Compostos farmacêuticos são detectados em diversas matrizes ambientais. Estes compostos, quando não eliminados por técnicas avançadas de tratamento, contribuem para impactos ambientais negativos. Especificamente, efluentes hospitalares apresentam altas concentrações destes compostos principalmente pela excreção por pacientes. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir com a pesquisa científica em relação a efluentes hospitalares no Brasil, propondo alternativas de tratamento com ozônio para a remoção de fármacos. Para atingir o objetivo proposto, foi realizado um diagnóstico em um hospital visando identificar o consumo das principais classes farmacêuticas. A partir deste estudo, desenvolveu-se um planejamento de experimentos para avaliar os parâmetros mais adequados do processo de ozonização para a remoção de cafeína (CAF), amoxicilina (AMX) e ampicilina (AMP) em soluções aquosas. Foram avaliados experimentalmente os processos O3, O3/UV, O3/Fe2+, O3/UV/Fe2+. Investigou-se a influência da concentração inicial de fármaco, do pH, da potência de luz UV aplicada e da concentração inicial de Fe2+ utilizado como catalisador homogêneo. A variável de resposta foi a eficiência de mineralização. Os parâmetros obtidos pelo planejamento experimental foram aplicados para o Atenolol (ATE) e para soluções aquosas contendo a mistura de todos os compostos analisados (CAF, AMX, AMP e ATE). Um estudo cinético para determinação das constantes de reação foi realizado para a cafeína e atenolol. Para avaliar o tratamento com efluente hospitalar, uma caracterização (detecção de compostos farmacêuticos e parâmetros físico-químicos e toxicológicos) foi realizada antes e após o processo que apresentou a melhor eficiência de mineralização. Com o objetivo de extrapolar os estudos realizados e avaliar outros poluentes emergentes, além dos compostos farmacêuticos, realizaram-se experimentos com 90 compostos como drogas de abuso, hormônios e produtos de higiene pessoal que também podem estar presentes em efluentes hospitalares, avaliando a influência do pH e da dosagem de ozônio aplicada. Como principais resultados, os antibióticos e cardiovasculares foram as classes farmacêuticas mais consumidas no hospital. Pelo planejamento de experimentos, observou-se que todos os compostos avaliados foram rapidamente degradados (100% em menos de 15min) e as melhores eficiências de mineralização atingiram 70,8%, 60,4% e 63,6% para CAF, AMX e AMP, respectivamente. O sistema O3/UV/Fe2+ obteve a melhor eficiência de mineralização para o ATE (67,9%) e para a mistura dos compostos (69,5%). O estudo cinético possibilitou o cálculo das constantes cinéticas: kO3 =697,46 M-1 s-1 e kOH = 6,41x109 M-1 s-1 para a cafeína; e kO3 =146,56 M-1 s-1 e kOH = 15,29x109 M-1 s-1 para o atenolol. A eficiência de mineralização para os experimentos com efluente hospitalar atingiu 54,7% para o sistema O3/UV, sendo eficiente para a completa eliminação de diversos compostos farmacêuticos e remoção da toxicidade. Em relação à remoção dos 90 poluentes emergentes, observou-se que 53,3% dos compostos foram completamente degradados utilizando uma razão mMO3/mMC=0,3 em pH neutro. Os resultados encontrados indicam que o presente trabalho contribui para o avanço da pesquisa sobre efluentes hospitalares, pois apresenta uma alternativa de tratamento eficiente para a completa remoção de diversos compostos farmacêuticos, minimizando o impacto negativo destes no meio ambiente. / Pharmaceutical compounds (PhCs) are detected in various environmental matrices. These compounds, whether not eliminated by advanced treatment techniques, contribute to bacterial resistance and negative environmental impacts on water resource. Specifically, hospital wastewaster exhibit high concentrations of these compounds mainly by the excretion by patients. In this context, this paper aims to contribute to scientific research regarding hospital wastewater in Brazil, proposing treatment alternatives by ozone to remove PhCs. To achieve this purpose, it conducted a diagnosis in a hospital to identify the consumption of major pharmaceutical classes. With this result, it developed an experimental design to evaluate the most appropriate parameters of the ozonation process for the removal of caffeine (CAF), amoxicillin (AMX) and ampicillin (AMP) in aqueous solutions. This study evaluated the following processes experimentally: O3, O3/UV, O3/Fe2+ O3/UV/Fe2+. The influence of ozone dose, initial PhCs concentration, pH, power UV light applied and Fe2+ initial concentration used as homogeneous catalyst were investigated. Mineralization efficiency was the response variable. Parameters obtained by the experimental design were applied for Atenolol (ATE) and aqueous solutions containing the mixture of all compounds analyzed (CAF, AMX, AMP and ATE). A kinetic study for the determination of reaction constants was carried out for caffeine and atenolol. To evaluate the hospital wastewater treatment, a characterization (detection of pharmaceutical compounds and physico-chemical and toxicological parameters) was performed before and after the process that showed the best mineralization efficiency. In order to extrapolate the studies and evaluate other emergent pollutants, in addition to pharmaceutical compounds, were conducted experiments with 90 compounds such as illicit drugs, hormones and personal care products, which also may be present in hospital wastewater, evaluating the influence of pH and ozone dosage. Main results showed that antibiotics and cardiovascular were the most consumed pharmaceutical classes in the hospital. For the design of experiments, it was observed that all the evaluated compounds were rapidly degraded (100% in less than 15 minutes) and the best mineralization efficiency reached 70.8%, 60.4% and 63.6% for CAF and AMX AMP, respectively. The system O3/UV/Fe2+ obtained the best mineralization efficiency for ATE (67.9%) and mixture of compounds (69.5%). The kinetic study allowed the determination of the kinetic constants: kO3 = 697.46 M-1 s-1 and kOH = 6.41x109 M-1 s-1 for caffeine; and kO3 = 146.56 M-1 s-1 and kOH = 15.29x109 M-1 s-1 for atenolol. Mineralization efficiency for hospital wastewater experiments reached 54.7% by the system O3/UV, being efficient for complete elimination of various PhCs and removal of toxicity. Regarding the removal of 90 emergent pollutants, it was observed that 53.3% of the compounds were completely degraded using a ratio mMO3/MMC = 0.3 at neutral pH. The results indicated that this work contributes to the advance of research on hospital wastewater, because it presents an effective alternative treatment for complete removal of various pharmaceutical compounds, minimizing the negative impact on the environment.

El objetivo de la tesis es contribuir a la aceptación del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) como herramienta metodológica para la evaluación medioambiental de procesos químicos diseñados siguiendo las pautas de la Química Verde. Se pretende asimismo complementar e integrar la evaluación ambiental con la correspondiente evaluación económica, también desde una perspectiva de ciclo de vida. Con el objetivo de mostrar la potencial utilidad del ACV en este ámbito, se llevan a cabo dos casos de estudio en los cuales se evalúan diferentes Procesos Avanzados de Oxidación (PAOs) para el tratamiento de aguas residuales de la industria conteniendo contaminantes orgánicos persistentes. Las tecnologías evaluadas son: fotocatálisis en fase heterogénea, fotocatálisis en fase homogénea mediante procesos foto-Fenton, y ozonización. El primer caso de estudio se lleva a cabo a partir de datos a escala de laboratorio, mientras que el segundo caso de estudio, de carácter más detallado, se lleva a cabo mediante datos de planta piloto e industrial. Ambos estudios complementan la dimensión ambiental con la dimensión económica, utilizando la herramienta Coste del Ciclo de Vida (CCV). A continuación, se lleva a cabo una discusión sobre la utilidad del ACV en el ámbito de los procesos químicos, dependiendo de la escala de análisis: desde el laboratorio hasta la aplicación comercial. Finalmente, se presentan las conclusiones globales de la tesis, que pueden resumirse del siguiente modo:- La cuantificación de los avances alcanzados mediante la aplicación de los principios de la Química Verde requiere herramientas, habiéndose mostrado la potencial utilidad del ACV en este ámbito mediante dos casos de estudio sobre PAOs.- Se ha mostrado la posibilidad de aplicar el ACV tanto al nivel más básico de la Química Verde (laboratorio) hasta el más avanzado (aplicación comercial). Sin embargo los resultados obtenidos mediante ACVs basados en datos de laboratorio no necesariamente coinciden con los obtenidos en un estudio detallado, debido a: 1) falta de optimización de los procesos en laboratorio y 2) exclusión de procesos o fases del ciclo de vida que pueden ser relevantes, debido a la falta de datos. Por ello, tales estudios deben ser utilizados únicamente como evaluaciones preliminares.- El ACV despliega su potencialidad en estudios detallados, utilizando datos originados a escala piloto o industrial. Asimismo, el CCV se presenta como un complemento muy apropiado para el ACV, principalmente también en el caso de estudios detallados. / The goal of the thesis is to contribute to the acceptance of Life Cycle Assessment (LCA) as a methodological tool for environmental evaluation of chemical processes designed by following the guidelines of Green Chemistry. This work also intends to complement and to integrate in the same framework the environmental assessment with the respective economic assessment, taking into account a life cycle perspective as well. In order to demonstrate the potential suitability of the LCA tool in this context, two case studies are carried out on the subject of Advanced Oxidation Processes (AOPs) for treating industrial wastewaters containing persistent organic pollutants. In particular, the evaluated AOP technologies are: heterogeneous photocatalysis, homogeneous photo-Fenton, and ozonation. The first case study is carried out by exclusively using data derived from laboratory experiments, while the second case study is more detailed, and carried out by using data from pilot plants and industrial plants. Both studies include, along with the environmental assessment, the corresponding economic assessment, based on Life Cycle Costing (LCC). Following these studies, a discussion is made on the suitability of LCA in the context of chemical processes depending on the scale of analysis. Finally, the overall conclusions of the thesis are outlined, which can be summarised as follows:- In order to assess the advances derived from applying Green Chemistry principles in the design of chemicals and chemical processes, methodological tools are needed. This thesis supports that LCA can be used for such a purpose, as has been shown by means of two case studies on AOPs.- Application of LCA can be carried out at several stages: from the most basic, namely the laboratory scale, to the most advanced, namely commercial application. However, results obtained by means LCA studies based exclusively on laboratory-derived data do not necessarily match the results obtained in a detailed LCAs, mainly due to: 1) lack of optimization of the conditions in which the chemical process takes place in laboratory tests, and 2) excluding relevant operations or life cycle phases which are hardly quantifiable when evaluated from laboratory tests. For this reason, it is suggested that laboratory-derived LCAs should be used only as a means of obtaining preliminary environmental information.- The potential of LCA as a tool is displayed when detailed studies, based on large-scale application data, are carried out. The LCC tool, on the other hand, presents itself as a very suitable complement, mainly when performing detailed studies.

La industria textil produce grandes cantidades de agua residual con un alto contenido de materia orgánica y color. Debido a la amenaza ambiental que supone su naturaleza refractaria, surge la necesidad del tratamiento antes de la descarga. Los procesos biológicos, físicos y químicos convencionales resultan ineficaces en la decoloración y mineralización completa de estos efluentes. Como alternativa emergen los Procesos Avanzados de Oxidación (PAOs), basados principalmente en la generación de radicales hidroxilo (HO·) altamente reactivos. Éstos pueden aplicarse de forma exclusiva o combinados con tratamientos biológicos con el fin de reducir su elevado consumo de reactivos y energía. Entre los diferentes PAOs disponibles, los procesos de Fenton y, particularmente, los procesos de foto-Fenton (basados en la generación de HO· mediante la adición de peróxido de hidrógeno y una sal ferrosa en disolución acuosa) suponen la mejor opción debido a su elevada eficacia y bajo coste económico. Adicionalmente, los procesos de foto-Fenton pueden llevarse a cabo bajo radiación solar, ofreciendo nuevas ventajas económicas y medioambientales. Esta tesis doctoral se centra básicamente en la aplicación del proceso de foto-Fenton como etapa previa en la degradación de soluciones de azo colorantes reactivos biorrecalcitrantes, con el propósito de generar un nuevo efluente compatible con un tratamiento biológico aerobio posterior de menor coste e impacto ambiental que el primero. La evolución de parámetros clave como el color, el carbono orgánico total, la aromaticidad, la toxicidad, la biodegradabilidad, la naturaleza de los intermedios de degradación, así como el efecto de la fuente de irradiación (luz artificial, luz solar), la temperatura, el tiempo de reacción y la concentración de reactivos, proporcionan información acerca de las condiciones idóneas para el acoplamiento PAO/tratamiento biológico. Los resultados obtenidos confirman la idoneidad del PAO propuesto con este fin, tanto a escala de laboratorio como en planta piloto. Mediante el proceso de foto-Fenton aplicado bajo condiciones de oxidación suaves, las soluciones bajo estudio resultan incoloras, de naturaleza biodegradable y no tóxica. De este modo, el tratamiento combinado foto-Fenton/tratamiento biológico aerobio permite su degradación completa. La luz solar como fuente de radiación en el proceso de foto-Fenton proporciona los mejores resultados. Por otro lado, la secuencia oxidativa parece comenzar por la decoloración por rotura del grupo azo seguida de la degradación de aromáticos para formar ácidos carboxílicos alifáticos -dando lugar a la formación de CO2 y H2O- o el anillo triazina de naturaleza recalcitrante. Una parte importante de los heteroátomos presentes en la molécula original aparecen como productos finales de naturaleza inorgánica inocua.El trabajo está ampliado con un estudio económico y medioambiental del proceso secuencial foto-Fenton (luz artificial)/tratamiento biológico. La evaluación medioambiental se ha realizado mediante la herramienta de Análisis de Ciclo de Vida. En comparación con los procesos simples foto-Fenton bajo luz artificial y foto-Fenton bajo luz solar, el tratamiento combinado resulta la mejor opción en ambos contextos. Los mayores impactos se asocian, en este orden, al consumo de peróxido de hidrógeno y de energía para alimentar la luz artificial. En consecuencia, y atendiendo a los resultados obtenidos previamente, es posible concluir que el proceso de foto-Fenton asistido con luz solar como pre-tratamiento de un proceso biológico sería la mejor opción en términos de efectividad, impacto medioambiental y coste operacional. Finalmente, como alternativa a la estrategia de oxidación química/tratamiento biológico aerobio, el PAO se aplica como post-tratamiento a un proceso biológico anaerobio. Los PAOs considerados son la ozonización y el proceso de foto-Fenton. Los resultados obtenidos manifiestan la idoneidad de la secuencia propuesta, obteniéndose unos mejores niveles de degradación mediante el proceso con ozono. Estos resultados son de especial interés en futuras aplicaciones para el tratamiento de aguas residuales textiles reales. / The textile industry produces large quantities of wastewater that is highly coloured and contains large concentrations of organic matter. Due to the environmental threat that supposes its recalcitrant nature, the application of specific treatment is required prior discharge. Conventional biological, physical and chemical processes are quite inefficient to completely mineralise and decolourise these effluents. Alternatively appear the Advanced Oxidation Processes (AOPs), principally based on the generation of highly reactive hydroxyl radicals (HO·). They may be applied as exclusive processes or combined with biological treatments in an attempt to reduce their large chemicals and energy consumption. Among available AOPs, the Fenton and, particularly, the photo-Fenton processes (based on HO· generation by means of hydrogen peroxide and a ferrous salt addition in aqueous solution) are of special interest since they achieve high reaction yields with a lower operational cost. Additionally, the photoassisted reaction presents the possibility of be driven under solar irradiation, offering further economic and environmental advantages. This doctoral dissertation is basically centred in the performance of the photo-Fenton process as a previous step to treat biorecalcitrant solutions polluted with commercial reactive azo dyes, aiming to generate a new effluent amenable to aerobic biotreatment (with a lower economic and environmental impact than the AOP). The evolution of key parameters such as the colour, the total organic carbon, the aromatic compounds content, the toxicity, the biodegradability, the generated by-products nature, as well as the type of irradiation effect (artificial light, solar light), the temperature, the reaction time and the reagents concentrations, provide information about the most suitable conditions to carry out the AOP/biological coupled treatment. Obtained results evidence the aptness of the AOP proposed with this aim, either at laboratory and pilot plant scale. With a partial oxidation run under proper mild conditions, the studied dye solutions become decolourised, biodegradable as well as non toxic. In this way, the combined photo-Fenton/biological treatment allows the complete mineralisation. The solar light as a source of irradiation provides the best results. On the other hand, the oxidative sequence appears to begin with the hydroxyl radical attack to azo groups, giving place to the solutions decolourisation. The following aromatics degradation generates either short chain carboxylic acids -finally yielding CO2 and water- or the recalcitrant triazine moiety. An important part of the heteroatoms initially present in the molecule gradually appear as innocuous final products of inorganic nature.The work is extended with an economic and environmental study of the sequential photo-Fenton (artificial light)/biological treatment process. The environmental evaluation has been realised by means of the Life Cycle Assessment tool. In comparison with single artificial light photo-Fenton process and solar driven photo-Fenton process, the combined treatment supposes the best option in both contexts. The major burdens are mainly attributed to the hydrogen peroxide requirements and the electrical energy consumption to run the artificial light, in this order. Consequently, and attaining to previously obtained results, the solar driven photo-Fenton process as a pre-treatment of a biological treatment would be the best option in terms of effectiveness, environmental impact and operational cost. Finally, as an alternative to the chemical/aerobic biological treatment, the AOP is performed as a post-treatment of an ensuing anaerobic biotreatment. Ozonation and photo-Fenton processes have been chosen for this role. Obtained results manifest the suitability of the proposed sequence, attaining the best degradation levels by means of ozonation process. These results are of special interest for real wastewater applications.

Stringent water quality regulations and general aesthetic issues have urged drinking water industry to apply advanced water treatment technologies that can meet multiple treatment objectives. Removal of significant amount of natural organic matter (NOM), including colour causing organics, to meet stringent disinfection by product (DBP) regulations from source water with low alkalinity and low turbidity is very challenging with conventional water treatment processes. Membrane filtration processes are effective in removing significant amount of NOM thus minimizing the formation of carcinogenic DBPs. However, fouling of membrane is a major problem affecting system performance. Improved pretreatment of feed water helps reduce or eliminate membrane fouling. This study characterized source water, examined fouling in nanofiltration (NF) membranes and explored various pretreatment options to reduce NF fouling. Resin fractionation was performed to characterize NOM and to identify the major fractions responsible for DBP formation in natural source water of the Tatamagouche water treatment plant (WTP) in Nova Scotia. The source water primarily comprised of hydrophilic neutrals (HIN) and hydrophobic acid (HOA) compounds, with the latter being a major contributor to the DBP formation. Fouling behaviour of the NF membranes was examined at bench- and full-scale levels to understand the impact of source water quality on membrane fouling in the Tatamagouche and Collins Park WTPs. Bench- and full-scale results revealed higher fouling in the Collins Park WTP which together supported ongoing membrane cleaning practices in the plant. Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS), demonstrated here as a novel technique, suggested that carbohydrates and proteins are the main foulants in the source water. Bench-scale experiments conducted to evaluate the performance of ozone (O3), ultraviolet (UV), hydrogen peroxide plus ozone (H2O2/O3), H2O2 plus UV (H2O2/UV) and O3 plus UV (O3/UV) for reducing NOM and DBP precursors suggested that the O3/UV AOP offers the optimum reduction of NOM. Integrating AOP pretreatments with NF membrane resulted in an improved permeate flux but not permeate quality of the NF membrane.

Nas mais diversas atividades industriais hoje existentes está presente a problemática dos resíduos gerados e seu gerenciamento. Os efluentes líquidos são uma grande fonte de poluição dos recursos hídricos, sendo necessário o controle das condições de seu descarte. Para efluentes contendo poluentes orgânicos uma das alternativas de tratamento que vem sendo muito utilizada é o uso de Processos Oxidativos Avançados - POA’s. Esses processos se baseiam na geração de radicais livres, principalmente o radical hidroxila (HO.), que possui alto poder oxidante e pode promover a degradação de vários compostos poluentes eficientemente. Esses processos têm obtido grande atenção devido ao aumento da complexidade e dificuldade no tratamento de águas residuárias, o que tem sido motivo para a busca de novas metodologias visando a remediação desses rejeitos. Diante disso, o presente trabalho tem por objetivo estudar os processos (POA’s), para a degradação da matéria orgânica em efluente oriundo da descontaminação de madeira tratada com Arseniato de Cobre Cromatado – CCA. Este efluente é gerado através de extração ácida em ciclos de madeira tratada com CCA que foram utilizados como postes tanto de eletricidade como de telefonia. O efluente gerado na extração ácida foi caracterizado através dos parâmetros de pH, Condutividade, Demanda Química de Oxigênio, Carbono Orgânico Dissolvido, Sólidos totais e metais. Após caracterização, o efluente foi submetido aos processos oxidativos avançados de Fotólise, Fotocatálise heterogênea, Eletrólise e Fotoeletrooxidação, a fim de degradar a matéria orgânica. Depois de realizados os processos, o efluente foi caracterizado novamente com os mesmos parâmetros. Pode-se concluir que todos os processos utilizados alcançaram resultados positivos, degradaram a matéria orgânica, mas o processo que obteve melhor rendimento de degradação foi o de Eletrólise que degradou 68% da matéria orgânica presente no efluente. / In the most diverse industrial activities exist today is present the problem of waste generated and its management. Liquid effluents are a major source of pollution of water resources, requiring the control of the disposal conditions. For wastewater containing organic pollutants the use of Advanced Oxidation Processes - POA's has been widely used. These processes are based on the generation of free radicals, especially the hydroxyl radical (HO.), which has high oxidizing power and can promote the degradation of several polluting compounds efficiently. These processes have achieved great attention due to the increasing complexity and difficulty in the treatment of residual waters, which has been the reason for the search of new methods for remediation of these wastes. Therefore, this paper aims to study these processes (POA's) for the degradation of organic matter in the effluent coming from the decontamination of wood treated with CCA - chromated copper arsenate. This effluent is generated by cycles of acid extraction of wood treated with CCA which were used as both telephone and electricity poles. The effluent generated by the acid extraction was characterized by the parameters pH, conductivity, chemical oxygen demand, dissolved organic carbon and metals. After characterization, the effluent was subjected to advanced oxidation processes photolysis, heterogeneous photocatalysis, Electrolysis and photoelectrooxidation (which are the three processes together) in order to degrade organic matter. After the effluent treatment, the solution was again characterized by the same parameters. It can be concluded that all the processes used have achieved positive results, degradeding organic matter, but the process that showed the best performance degradation was the electrolysis with 68% less organic matter.

Nas mais diversas atividades industriais hoje existentes está presente a problemática dos resíduos gerados e seu gerenciamento. Os efluentes líquidos são uma grande fonte de poluição dos recursos hídricos, sendo necessário o controle das condições de seu descarte. Para efluentes contendo poluentes orgânicos uma das alternativas de tratamento que vem sendo muito utilizada é o uso de Processos Oxidativos Avançados - POA’s. Esses processos se baseiam na geração de radicais livres, principalmente o radical hidroxila (HO.), que possui alto poder oxidante e pode promover a degradação de vários compostos poluentes eficientemente. Esses processos têm obtido grande atenção devido ao aumento da complexidade e dificuldade no tratamento de águas residuárias, o que tem sido motivo para a busca de novas metodologias visando a remediação desses rejeitos. Diante disso, o presente trabalho tem por objetivo estudar os processos (POA’s), para a degradação da matéria orgânica em efluente oriundo da descontaminação de madeira tratada com Arseniato de Cobre Cromatado – CCA. Este efluente é gerado através de extração ácida em ciclos de madeira tratada com CCA que foram utilizados como postes tanto de eletricidade como de telefonia. O efluente gerado na extração ácida foi caracterizado através dos parâmetros de pH, Condutividade, Demanda Química de Oxigênio, Carbono Orgânico Dissolvido, Sólidos totais e metais. Após caracterização, o efluente foi submetido aos processos oxidativos avançados de Fotólise, Fotocatálise heterogênea, Eletrólise e Fotoeletrooxidação, a fim de degradar a matéria orgânica. Depois de realizados os processos, o efluente foi caracterizado novamente com os mesmos parâmetros. Pode-se concluir que todos os processos utilizados alcançaram resultados positivos, degradaram a matéria orgânica, mas o processo que obteve melhor rendimento de degradação foi o de Eletrólise que degradou 68% da matéria orgânica presente no efluente. / In the most diverse industrial activities exist today is present the problem of waste generated and its management. Liquid effluents are a major source of pollution of water resources, requiring the control of the disposal conditions. For wastewater containing organic pollutants the use of Advanced Oxidation Processes - POA's has been widely used. These processes are based on the generation of free radicals, especially the hydroxyl radical (HO.), which has high oxidizing power and can promote the degradation of several polluting compounds efficiently. These processes have achieved great attention due to the increasing complexity and difficulty in the treatment of residual waters, which has been the reason for the search of new methods for remediation of these wastes. Therefore, this paper aims to study these processes (POA's) for the degradation of organic matter in the effluent coming from the decontamination of wood treated with CCA - chromated copper arsenate. This effluent is generated by cycles of acid extraction of wood treated with CCA which were used as both telephone and electricity poles. The effluent generated by the acid extraction was characterized by the parameters pH, conductivity, chemical oxygen demand, dissolved organic carbon and metals. After characterization, the effluent was subjected to advanced oxidation processes photolysis, heterogeneous photocatalysis, Electrolysis and photoelectrooxidation (which are the three processes together) in order to degrade organic matter. After the effluent treatment, the solution was again characterized by the same parameters. It can be concluded that all the processes used have achieved positive results, degradeding organic matter, but the process that showed the best performance degradation was the electrolysis with 68% less organic matter.

Compostos farmacêuticos são detectados em diversas matrizes ambientais. Estes compostos, quando não eliminados por técnicas avançadas de tratamento, contribuem para impactos ambientais negativos. Especificamente, efluentes hospitalares apresentam altas concentrações destes compostos principalmente pela excreção por pacientes. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir com a pesquisa científica em relação a efluentes hospitalares no Brasil, propondo alternativas de tratamento com ozônio para a remoção de fármacos. Para atingir o objetivo proposto, foi realizado um diagnóstico em um hospital visando identificar o consumo das principais classes farmacêuticas. A partir deste estudo, desenvolveu-se um planejamento de experimentos para avaliar os parâmetros mais adequados do processo de ozonização para a remoção de cafeína (CAF), amoxicilina (AMX) e ampicilina (AMP) em soluções aquosas. Foram avaliados experimentalmente os processos O3, O3/UV, O3/Fe2+, O3/UV/Fe2+. Investigou-se a influência da concentração inicial de fármaco, do pH, da potência de luz UV aplicada e da concentração inicial de Fe2+ utilizado como catalisador homogêneo. A variável de resposta foi a eficiência de mineralização. Os parâmetros obtidos pelo planejamento experimental foram aplicados para o Atenolol (ATE) e para soluções aquosas contendo a mistura de todos os compostos analisados (CAF, AMX, AMP e ATE). Um estudo cinético para determinação das constantes de reação foi realizado para a cafeína e atenolol. Para avaliar o tratamento com efluente hospitalar, uma caracterização (detecção de compostos farmacêuticos e parâmetros físico-químicos e toxicológicos) foi realizada antes e após o processo que apresentou a melhor eficiência de mineralização. Com o objetivo de extrapolar os estudos realizados e avaliar outros poluentes emergentes, além dos compostos farmacêuticos, realizaram-se experimentos com 90 compostos como drogas de abuso, hormônios e produtos de higiene pessoal que também podem estar presentes em efluentes hospitalares, avaliando a influência do pH e da dosagem de ozônio aplicada. Como principais resultados, os antibióticos e cardiovasculares foram as classes farmacêuticas mais consumidas no hospital. Pelo planejamento de experimentos, observou-se que todos os compostos avaliados foram rapidamente degradados (100% em menos de 15min) e as melhores eficiências de mineralização atingiram 70,8%, 60,4% e 63,6% para CAF, AMX e AMP, respectivamente. O sistema O3/UV/Fe2+ obteve a melhor eficiência de mineralização para o ATE (67,9%) e para a mistura dos compostos (69,5%). O estudo cinético possibilitou o cálculo das constantes cinéticas: kO3 =697,46 M-1 s-1 e kOH = 6,41x109 M-1 s-1 para a cafeína; e kO3 =146,56 M-1 s-1 e kOH = 15,29x109 M-1 s-1 para o atenolol. A eficiência de mineralização para os experimentos com efluente hospitalar atingiu 54,7% para o sistema O3/UV, sendo eficiente para a completa eliminação de diversos compostos farmacêuticos e remoção da toxicidade. Em relação à remoção dos 90 poluentes emergentes, observou-se que 53,3% dos compostos foram completamente degradados utilizando uma razão mMO3/mMC=0,3 em pH neutro. Os resultados encontrados indicam que o presente trabalho contribui para o avanço da pesquisa sobre efluentes hospitalares, pois apresenta uma alternativa de tratamento eficiente para a completa remoção de diversos compostos farmacêuticos, minimizando o impacto negativo destes no meio ambiente. / Pharmaceutical compounds (PhCs) are detected in various environmental matrices. These compounds, whether not eliminated by advanced treatment techniques, contribute to bacterial resistance and negative environmental impacts on water resource. Specifically, hospital wastewaster exhibit high concentrations of these compounds mainly by the excretion by patients. In this context, this paper aims to contribute to scientific research regarding hospital wastewater in Brazil, proposing treatment alternatives by ozone to remove PhCs. To achieve this purpose, it conducted a diagnosis in a hospital to identify the consumption of major pharmaceutical classes. With this result, it developed an experimental design to evaluate the most appropriate parameters of the ozonation process for the removal of caffeine (CAF), amoxicillin (AMX) and ampicillin (AMP) in aqueous solutions. This study evaluated the following processes experimentally: O3, O3/UV, O3/Fe2+ O3/UV/Fe2+. The influence of ozone dose, initial PhCs concentration, pH, power UV light applied and Fe2+ initial concentration used as homogeneous catalyst were investigated. Mineralization efficiency was the response variable. Parameters obtained by the experimental design were applied for Atenolol (ATE) and aqueous solutions containing the mixture of all compounds analyzed (CAF, AMX, AMP and ATE). A kinetic study for the determination of reaction constants was carried out for caffeine and atenolol. To evaluate the hospital wastewater treatment, a characterization (detection of pharmaceutical compounds and physico-chemical and toxicological parameters) was performed before and after the process that showed the best mineralization efficiency. In order to extrapolate the studies and evaluate other emergent pollutants, in addition to pharmaceutical compounds, were conducted experiments with 90 compounds such as illicit drugs, hormones and personal care products, which also may be present in hospital wastewater, evaluating the influence of pH and ozone dosage. Main results showed that antibiotics and cardiovascular were the most consumed pharmaceutical classes in the hospital. For the design of experiments, it was observed that all the evaluated compounds were rapidly degraded (100% in less than 15 minutes) and the best mineralization efficiency reached 70.8%, 60.4% and 63.6% for CAF and AMX AMP, respectively. The system O3/UV/Fe2+ obtained the best mineralization efficiency for ATE (67.9%) and mixture of compounds (69.5%). The kinetic study allowed the determination of the kinetic constants: kO3 = 697.46 M-1 s-1 and kOH = 6.41x109 M-1 s-1 for caffeine; and kO3 = 146.56 M-1 s-1 and kOH = 15.29x109 M-1 s-1 for atenolol. Mineralization efficiency for hospital wastewater experiments reached 54.7% by the system O3/UV, being efficient for complete elimination of various PhCs and removal of toxicity. Regarding the removal of 90 emergent pollutants, it was observed that 53.3% of the compounds were completely degraded using a ratio mMO3/MMC = 0.3 at neutral pH. The results indicated that this work contributes to the advance of research on hospital wastewater, because it presents an effective alternative treatment for complete removal of various pharmaceutical compounds, minimizing the negative impact on the environment.

The aim of this thesis is the study of application of the synergistic effects of various advanced oxidation processes (AOP) used for decomposition of chemical compounds resistant to biodegradation. The synergistic effect of photocatalytically active material and low temperature plasma were tested in my thesis. Model substances with photocatalytically active material were exposed to atmospheric plasma discharge (Gliding Arc) in order to improve generation of the active hydroxyl groups and oxidation processes. The first chapter of the theoretical part summarizes the knowledge of advanced oxidation processes, their principles and utilization. Next chapters are dedicated to basic summary of titanium dioxide and types of creating the thin films. The last part of theoretical chapter describes the types of plasma discharges. The experimental part describes the equipment for decomposition of chemical compounds resistant to biodegradation using AOP. Next chapter of the experimental part is dedicated to decomposition of organic dye AO7 and antibiotic Verapamil hydrochloride. The last chapter summarizes the results of the experiments.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-26Bitstream added on 2014-06-13T19:05:16Z : No. of bitstreams: 1 bautitz_ir_dr_araiq.pdf: 1429037 bytes, checksum: 829d82f530873474d283e8b3fb58ff6e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A contaminação de compartimentos aquáticos com resíduos de fármacos é frequentemente relatada na literatura. Fármacos residuais de várias classes terapêuticas são detectados em concentrações que variam de ng L-1 a µg L-1 . Embora estes resíduos sejam encontrados em baixas concentrações, alguns estudos relatam a ocorrência de efeitos adversos a organismos aquáticos. Portanto, faz-se necessário o estudo de processos que promovam a degradação destes contaminantes emergentes. Nesse contexto, foi avaliada neste trabalho a eficiência do processo foto-Fenton na degradação dos fármacos diazepam, propranolol e lincomicina e também a eficiência de reações baseadas em ferro metálico para a degradação de diazepam. O monitoramento da concentração dos fármacos foi feito por meio da técnica de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detector de arranjo de diodos (CLAE-UV) e a remoção da matéria orgânica foi avaliada por análises de Carbono Orgânico Total (COT). O processo foto-Fenton foi eficiente na degradação dos fármacos, pois promoveu total oxidação em aproximadamente 8 minutos de tratamento e mais de 80% de remoção de COT após 60 minutos, sob lâmpada de luz negra. Sob radiação solar, a oxidação dos três fármacos estudados ocorreu em aproximadamente 5 minutos de tratamento, além de um percentual de mais de 90% de remoção de COT alcançado em 60 minutos. Tanto sob radiação solar quanto sob lâmpada de luz negra, a espécie de ferro que promoveu maior degradação foi FeOx (0,20 mmol L-1 ), e das concentrações de H2O2 avaliadas (1,0, 5,0, 10,0 mmol L-1 ), as concentrações 5,0 e 10,0 mmol L-1 promoveram os melhores índices de degradação. A avaliação da interferência da matriz efluente de estação de tratamento de esgoto (ETE), onde normalmente os fármacos residuais são encontrados, demonstrou que... / Contamination of the aquatic environment with pharmaceutical residues is frequently reported in the literature. Pharmaceutical residues of several therapeutical classes are detected in concentrations that vary from ng L-1 to µg L-1 . Although these residues were found in low concentrations, some studies reported the occurrence of adverse effects to aquatic organisms. Therefore, the study of processes that promote the degradation of these emerging pollutants becomes necessary. In this context, the efficiency of the photo-Fenton process in the degradation of the pharmaceuticals diazepam, propranolol and lincomycin and also the efficiency of reactions based on metallic iron for the degradation of diazepam was evaluated in this work. The monitoring of the pharmaceuticals concentration was carried out using High Performance Liquid Chromatography with diode array detector (HPLC-UV) and the removal of the organic matter concentration was evaluated by Total Organic Carbon (TOC) analysis. The photo-Fenton process was efficient for the degradation of the pharmaceuticals since it promoted total oxidation after approximately 8 minutes treatment and more than 80% of TOC removal after 60 minutes under black light radiation. Under solar radiation, the oxidation of the three pharmaceuticals studied occurred after approximately 5 minutes and more than 90% of TOC removal was achieved in 60 minutes. FeOx (0,20 mmol L-1 ) promoted higher degradation not only under solar but also under blacklight radiation. Among the H2O2 concentrations evaluated (1,0, 5,0, 10,0 mmol L-1 ), the concentrations of 5,0 and 10,0 mmol L-1 promoted higher degradation. The evaluation of the interference of the matrix effluent of sewage treatment plant (STP), where the pharmaceutical residues are normally found, demonstrated that the oxidation of the pharmaceuticals was not hindered in the presence of this matrix. However, ... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZuzileneSE_DISSERT.pdf: 1395431 bytes, checksum: 1be063abe68213c4ae7025f93618fa6d (MD5) Previous issue date: 2009-12-01 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The oil and petrochemical industry is responsable to generate a large amount of waste and wastewater. Among some efluents, is possible find the benzene, toluene, ethilbenze and isomers of xilenes compounds, known as BTEX. These compounds are very volatily, toxic for environment and potencially cancerigenous in man. Oxidative advanced processes, OAP, are unconventional waste treatment, wich may be apply on treatment and remotion this compounds. Fenton is a type of OAPs, wich uses the Fenton s reactant, hydrogen peroxide and ferrous salt, to promove the organic degradation. While the Photo-Fenton type uses the Fenton s reactant plus UV radiation (ultraviolet). These two types of OAP, according to literature, may be apply on BTEX complex system. This project consists on the consideration of the utilization of technologies Fenton and Photo-Fenton in aqueous solution in concentration of 100 ppm of BTEX, each, on simulation of condition near of petrochemical effluents. Different reactors were used for each type of OAP. For the analyticals results of amount of remotion were used the SPME technique (solid phase microextraction) for extraction in gaseous phase of these analytes and the gas chromatography/mass espectrometry The arrangement mechanical of Photo-Fenton system has been shown big loss by volatilization of these compounds. The Fenton system has been shown capable of degradate benzene and toluene compounds, with massic percentage of remotion near the 99%. / A ind?stria de petr?leo e petroqu?mica em geral ? respons?vel por gerar uma grande quantidade de res?duos e efluentes qu?micos. Dentre alguns efluentes, ? poss?vel encontrar os compostos benzeno, tolueno, etilbenzeno e is?meros de xilenos, conhecidos como BTEX. Esses compostos s?o bastante vol?teis, t?xicos ao meio ambiente e potencialmente causadores de c?ncer no ser humano. Processos oxidativos avan?ados, POAs, s?o tecnologias n?o convencionais de tratamento de efluente, os quais podem ser aplicados no tratamento e remo??o desses compostos. Fenton ? um tipo de POA, o qual utiliza o reagente de Fenton, per?xido de hidrog?nio e sais de ferro, para promover a oxida??o de org?nicos. Enquanto que o tipo Foto-Fenton utiliza-se dos reagentes de Fenton acrescido de radia??o UV (ultra violeta). Esses dois tipos de POA, segundo a literatura, podem ser aplicados a sistemas compostos de BTEX. O presente trabalho consiste na avalia??o da utiliza??o das tecnologias Fenton e Foto-Fenton em solu??es aquosas de concentra??o de 100 ppm de BTEX, cada, simulando-se uma condi??o aproximada de efluente petroqu?mico. Foram utilizados reatores distintos para cada tipo de POA. Para as respostas anal?ticas de quantidade de remo??o foram utilizadas as t?cnicas SPME (solid phase microextraction) para extra??o em fase gasosa desses analitos e a cromatografia gasosa/espetrometria de massas. O arranjo mec?nico do sistema Foto-Fenton mostrou grandes perdas por volatiliza??o desses compostos. O sistema Fenton mostrou-se capaz de degradar os compostos benzeno e tolueno, com percentagens m?ssicas de remo??o na ordem de 99%.