A remoção da matéria orgânica biodegradável e não biodegradável presente em efluentes de branqueamento de polpa celulósica kraft foi investigado utilizando processos biológicos anaeróbios seguidos de processos de oxidação avançada (POA) baseados em ozônio. Os experimentos foram realizados utilizando-se efluentes da planta de branqueamento de polpa celulósica kraft de duas indústrias. O reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) em escala de bancada operou em regime contínuo durante 418 dias e o efluente biotratado era submetido à oxidação avançada aplicando ozônio e ozônio/UV em regime de batelada. Os resultados demonstraram que a sequência de tratamento Anaeróbio + POA baseados em ozônio, favoreceu satisfatoriamente a remoção da matéria orgânica (biodegradável e não biodegradável) presente no efluente de branqueamento de polpa celulósica Kraft, medida como DQO, COd, AOX, lignina solúvel em ácido (LSA), e valores da absorbância em comprimentos de onda na região UV-VIS do espectro (UV215, UV254, UV280, VIS346).Verificou-se com testes de ecotoxicologia aquática utilizando Daphnia similis e Ceriodaphnia sp, que os efluentes de branqueamento são tóxicos aos organismos aquáticos. Do mesmo modo, ensaios de genotoxicidade utilizando células da região meristemática da raiz do Allium cepa L (cebola comum), revelaram que esses efluentes apresentam atividade mutagênica, genotoxica e citotóxica. No entanto, observou-se que tantos os efeitos tóxicos bem como os genotóxicos e mutagênicos, estão estreitamente relacionados com o conteúdo da matéria orgânica biodegradável, uma vez que, após o processo anaeróbio apresentaram-se remoções estatisticamente significativas para todos os efeitos já mencionados (até 100%) com concomitante remoção da demanda química de oxigênio (até 55 \'+ OU -\' 9%) e do carbono orgânico dissolvido (até 57 \'+ OU -\' 7%). Ainda, verificou-se que após a aplicação do ozônio/UV, embora, o teste de biodegradabilidade aeróbia pelo método de Zahn Wellens revelasse que esse efluente era o mais biodegradável, tanto a toxicidade crônica como a genotoxicidade e a citotoxicidade resultaram estatisticamente significativas em relação ao controle negativo. Este resultado indica que, efetivamente a matéria orgânica biodegradável deset tipo de efluentes pode se relacionar com a presença de efeitos tóxicos e genotóxicos. Tal fato não foi verificado no caso do tratamento apenas com ozônio. / Removal of biodegradable and non biodegradable organic matter present in kraft pulp mill effluent was investigated integrating an anaerobic biological process and advanced oxidation processes based on ozone. The experiments were carried out using two different Brazilian pulp mill. The bench scale Horizontal Anaerobic Immobilized Sludge Bioreactor (HAIS) was operated during 418 days; subsequently the biotreated effluent was oxidized applying ozone and ozone/UV in batch regime. The results show that the treatment sequence, anaerobic process + advanced oxidation processes based on ozone, results in removal of both organic matter biodegradable and non-biodegradable measured as chemical oxidation demand (COD), dissolved organic carbon (COd), adsorbable organic halides (AOX), acid soluble lignin (ASL) and absorbance values in the UV-VIS spectrum (i.e. UV215, UV205, UV280, VIS346). Ecotoxicological tests using Daphnia similis and Ceriodaphnia sp. confirmed that bleached kraft pulp mill is toxic to aquatic organisms. Moreover, genotoxicity tests with meristematic cells of Allium cepa (i.e. common onion) roots show that this type of effluent results in mutagenic, genotoxicological and citotoxicological activities. It is to be highlighted however that both toxicological and genotoxicological effects are closely related to the biodegradable organic matter, thus, after the anaerobic processes the removal of these effects occur, concomitant to reductions is chemical oxygen demand (55 \'+ OU -\' 9%) and dissolved organic carbon (57 \'+ OU -\' 7%). It was also observed that after ozone/UV application, both the chronic toxicity and genotoxicity activity were statically significant if compared with the negative control, although the Zahn Wellens test revealed that this effluent had the highest biodegradability. These results confirmed that biodegradable organic matter could be related with toxic and genotoxic effects. In the case of ozone application alone this behavior was not observed.

A remoção da matéria orgânica biodegradável e não biodegradável presente em efluentes de branqueamento de polpa celulósica kraft foi investigado utilizando processos biológicos anaeróbios seguidos de processos de oxidação avançada (POA) baseados em ozônio. Os experimentos foram realizados utilizando-se efluentes da planta de branqueamento de polpa celulósica kraft de duas indústrias. O reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) em escala de bancada operou em regime contínuo durante 418 dias e o efluente biotratado era submetido à oxidação avançada aplicando ozônio e ozônio/UV em regime de batelada. Os resultados demonstraram que a sequência de tratamento Anaeróbio + POA baseados em ozônio, favoreceu satisfatoriamente a remoção da matéria orgânica (biodegradável e não biodegradável) presente no efluente de branqueamento de polpa celulósica Kraft, medida como DQO, COd, AOX, lignina solúvel em ácido (LSA), e valores da absorbância em comprimentos de onda na região UV-VIS do espectro (UV215, UV254, UV280, VIS346).Verificou-se com testes de ecotoxicologia aquática utilizando Daphnia similis e Ceriodaphnia sp, que os efluentes de branqueamento são tóxicos aos organismos aquáticos. Do mesmo modo, ensaios de genotoxicidade utilizando células da região meristemática da raiz do Allium cepa L (cebola comum), revelaram que esses efluentes apresentam atividade mutagênica, genotoxica e citotóxica. No entanto, observou-se que tantos os efeitos tóxicos bem como os genotóxicos e mutagênicos, estão estreitamente relacionados com o conteúdo da matéria orgânica biodegradável, uma vez que, após o processo anaeróbio apresentaram-se remoções estatisticamente significativas para todos os efeitos já mencionados (até 100%) com concomitante remoção da demanda química de oxigênio (até 55 \'+ OU -\' 9%) e do carbono orgânico dissolvido (até 57 \'+ OU -\' 7%). Ainda, verificou-se que após a aplicação do ozônio/UV, embora, o teste de biodegradabilidade aeróbia pelo método de Zahn Wellens revelasse que esse efluente era o mais biodegradável, tanto a toxicidade crônica como a genotoxicidade e a citotoxicidade resultaram estatisticamente significativas em relação ao controle negativo. Este resultado indica que, efetivamente a matéria orgânica biodegradável deset tipo de efluentes pode se relacionar com a presença de efeitos tóxicos e genotóxicos. Tal fato não foi verificado no caso do tratamento apenas com ozônio. / Removal of biodegradable and non biodegradable organic matter present in kraft pulp mill effluent was investigated integrating an anaerobic biological process and advanced oxidation processes based on ozone. The experiments were carried out using two different Brazilian pulp mill. The bench scale Horizontal Anaerobic Immobilized Sludge Bioreactor (HAIS) was operated during 418 days; subsequently the biotreated effluent was oxidized applying ozone and ozone/UV in batch regime. The results show that the treatment sequence, anaerobic process + advanced oxidation processes based on ozone, results in removal of both organic matter biodegradable and non-biodegradable measured as chemical oxidation demand (COD), dissolved organic carbon (COd), adsorbable organic halides (AOX), acid soluble lignin (ASL) and absorbance values in the UV-VIS spectrum (i.e. UV215, UV205, UV280, VIS346). Ecotoxicological tests using Daphnia similis and Ceriodaphnia sp. confirmed that bleached kraft pulp mill is toxic to aquatic organisms. Moreover, genotoxicity tests with meristematic cells of Allium cepa (i.e. common onion) roots show that this type of effluent results in mutagenic, genotoxicological and citotoxicological activities. It is to be highlighted however that both toxicological and genotoxicological effects are closely related to the biodegradable organic matter, thus, after the anaerobic processes the removal of these effects occur, concomitant to reductions is chemical oxygen demand (55 \'+ OU -\' 9%) and dissolved organic carbon (57 \'+ OU -\' 7%). It was also observed that after ozone/UV application, both the chronic toxicity and genotoxicity activity were statically significant if compared with the negative control, although the Zahn Wellens test revealed that this effluent had the highest biodegradability. These results confirmed that biodegradable organic matter could be related with toxic and genotoxic effects. In the case of ozone application alone this behavior was not observed.

O presente trabalho apresenta uma proposta metodológica para se determinar a pegada hídrica ecotoxicológica (PHE) de produtos em uma perspectiva de ACV, dentro de uma abordagem crítica sobre o método. Cenários são construídos na forma de um estudo piloto de aplicação da metodologia para o etanol hidratado produzido por uma determinada Usina no Brasil e utilizado como combustível em carros a álcool ou carros flex. O trabalho também sugere que a PHE ou WEF (water ecotoxicity footprint ), na forma de um indicador, sirva de parâmetro tanto para o setor produtivo quanto para o mercado consumidor dentro do processo de tomada de decisão . O setor produtivo poderá utilizar o citado indicador dentro de um programa de metas de redução do nível de ecotoxicidade aquática de seu produto enquanto que, para o consumidor final, o conhecimento da PHE na forma de selo informativo servirá de alavanca rumo à evolução sustentável de nossa civilização que usará o seu poder de escolha na hora de adquirir determinado produto. Dentro da perspectiva de ACV, foram estudadas e inseridas formas de avaliação de impacto, no ponto médio, a nível local e regional com o uso de ferramentas de georeferenciamento. Na intenção de facilitar o uso da ACV no Brasil, o estudo estabelece parâmetros que tornam viável a obtenção de um indicador passível de comparação. Políticas Públicas poderão ser formadas com a possibilidade de incentivar a identificação e mitigação da ecotoxicidade aquática ao longo da cadeia de suprimentos do setor produtivo.. / This work presents a methodology to determine water ecotoxicity footprint of products in a perspective of LCA within a critical approach to the method. Scenarios are constructed in the form of a pilot study of application of the methodology for hydrous ethanol produced by a given plant in Brazil and used as fuel in flex cars. The work also suggests that the water ecotoxicity footprint, as an indicator, can be used as a parameter for both: the productive sector as well as for theend consumer within the decision-making process. The productive sector can use the cited indicator in a program targeting for reduction in aquatic ecotoxicity of your product while for the end consumer, knowledge of water ecotoxicity footprint in the form of a informative stamp will leverage towards sustainable development of our civilization that uses the power of choice when purchasing a product. From the perspective of LCA, were studied and included forms of impact assessment, at the midpoint, in local and regional level with the use of geo-referencing tools. With the intention of facilitating the use of LCA in Brazil, this study establishes criteria that make possible the comparison . Public policies can be formed with the possibility of encouraging the identification and mitigation of aquatic ecotoxicity along the supply chain of the productive sector..

O presente trabalho apresenta uma proposta metodológica para se determinar a pegada hídrica ecotoxicológica (PHE) de produtos em uma perspectiva de ACV, dentro de uma abordagem crítica sobre o método. Cenários são construídos na forma de um estudo piloto de aplicação da metodologia para o etanol hidratado produzido por uma determinada Usina no Brasil e utilizado como combustível em carros a álcool ou carros flex. O trabalho também sugere que a PHE ou WEF (water ecotoxicity footprint ), na forma de um indicador, sirva de parâmetro tanto para o setor produtivo quanto para o mercado consumidor dentro do processo de tomada de decisão . O setor produtivo poderá utilizar o citado indicador dentro de um programa de metas de redução do nível de ecotoxicidade aquática de seu produto enquanto que, para o consumidor final, o conhecimento da PHE na forma de selo informativo servirá de alavanca rumo à evolução sustentável de nossa civilização que usará o seu poder de escolha na hora de adquirir determinado produto. Dentro da perspectiva de ACV, foram estudadas e inseridas formas de avaliação de impacto, no ponto médio, a nível local e regional com o uso de ferramentas de georeferenciamento. Na intenção de facilitar o uso da ACV no Brasil, o estudo estabelece parâmetros que tornam viável a obtenção de um indicador passível de comparação. Políticas Públicas poderão ser formadas com a possibilidade de incentivar a identificação e mitigação da ecotoxicidade aquática ao longo da cadeia de suprimentos do setor produtivo.. / This work presents a methodology to determine water ecotoxicity footprint of products in a perspective of LCA within a critical approach to the method. Scenarios are constructed in the form of a pilot study of application of the methodology for hydrous ethanol produced by a given plant in Brazil and used as fuel in flex cars. The work also suggests that the water ecotoxicity footprint, as an indicator, can be used as a parameter for both: the productive sector as well as for theend consumer within the decision-making process. The productive sector can use the cited indicator in a program targeting for reduction in aquatic ecotoxicity of your product while for the end consumer, knowledge of water ecotoxicity footprint in the form of a informative stamp will leverage towards sustainable development of our civilization that uses the power of choice when purchasing a product. From the perspective of LCA, were studied and included forms of impact assessment, at the midpoint, in local and regional level with the use of geo-referencing tools. With the intention of facilitating the use of LCA in Brazil, this study establishes criteria that make possible the comparison . Public policies can be formed with the possibility of encouraging the identification and mitigation of aquatic ecotoxicity along the supply chain of the productive sector..

A contaminação de ambientes aquáticos decorrente de acidentes com gasolina, álcool combustível e misturas binárias representa um risco crescente, tendo em vista as projeções do setor para os próximos 50 anos. O objetivo do presente estudo foi avaliar a toxicidade aguda da Gasolina C, Gasolina P e álcool combustível isoladamente e em misturas binárias, assim como de suas respectivas Frações Solúveis em Água (FSA) e Frações Dispersas em Água (FDA) sobre Daphnia similis. O estudo ainda incluiu a avaliação da toxicidade aguda remanescente na matriz água de uma contaminação antiga (intemperismo) com a Gasolina C. Paralelamente, foram conduzidos ensaios de toxicidade aguda com amostras ambientais (água subterrânea, superficial e elutriato a partir de sedimentos) de uma área alagada com histórico de contaminação antiga. O cultivo e os ensaios com D. similis foram de acordo com a NBR 12.713 (2009). Tanto a gasolina C quanto a P foram extremamente tóxicas para os organismos, apresentando valores médios de CE50% em 48 h de 0,00113% e 0,058% respectivamente. As diferenças entre os resultados obtidos com a Gasolina C e aqueles obtidos com suas frações FSA e FDA foram significativas (p < 0,05), sendo que não houve diferença significativa entre a toxicidade aguda da FSA e da FDA (p < 0,05). Os resultados obtidos com os ensaios com Gasolina P e FDA não apresentaram diferenças significativas entre si (p < 0,05), mas, foram significativamente diferentes daqueles obtidos com FSA (p < 0,05). Os resultados dos ensaios de toxicidade aguda com misturas binárias sugeriram efeito menos que aditivo (antagonismo). Os resultados da simulação de uma contaminação antiga demonstraram redução acentuada da toxicidade para D. similis ao longo de apenas 28 dias. Entretanto, com relação aos ensaios com as amostras ambientais da área com histórico de contaminação, apesar da ausência ou baixa toxicidade nas amostras de água superficial (sugerindo intemperismo), toxicidade alta foi observada em amostras de água subterrânea e no elutriato de sedimentos, sugerindo condições de adsorção aos sedimentos com alto teor de argila e/ou aprisionamento dos compostos em zona saturada. / The contamination of aquatic environments due to accidents with gasoline, alcohol fuel and their mixtures represents an increasing risk due to the projections made by the petroleum-based fuels industry for the next 50 years. The objective of the present study was to assess the acute toxicity of gasoline C, gasoline P, ethanol fuel separately and in mixtures, as well as their respective water-soluble fractions (WSF) and water-disperse fraction (WDF) on the bioindicator Daphnia similis. The study also included the assessment of the remaining acute toxicity in an aged gasoline C-contaminated water matrix with aging simulation for a 28-day period. Parallel to that, toxicity assays were conducted with environmental samples, including surface water, elutriate of sediments and groundwater from an aged contaminated area. The cultivation and the assays with D. similis were carried out according to NBR 12.713 (2009). Both gasoline C and P were highly toxic to D. similis, with CE50% in 48 h of 0.00113% e 0.058% respectively. The differences in acute toxicity between Gasoline C and its fractions WSF and WDF were significant (p <0.05). However, no significant difference was found between WSF and WDF fractions. Gasoline P and its WDF fraction had no significant differences (p < 0.05), but their toxicity were significant different from that one obtained with the FSA fraction (p < 0.05). Acute toxicity assays carried out with gasoline C and P mixed with ethanol fuel suggested effect less than additive (antagonism). The results obtained with the simulation of an aged contamination with Gasoline C showed sharp reduction in toxicity along 28 days. However, regarding the assays with environmental samples from an aged contamination, although absence or low toxicity was observed in the superficial water, severe toxicity was found in the sediments elutriate and in the groundwater, which was confirmed by the high concentrations of gasoline hydrocarbons in both matrixes. The results suggest that the contaminant was entrapped in the saturated zone and/or adsorbed to the sediments with high clay content.

A contaminação de ambientes aquáticos decorrente de acidentes com gasolina, álcool combustível e misturas binárias representa um risco crescente, tendo em vista as projeções do setor para os próximos 50 anos. O objetivo do presente estudo foi avaliar a toxicidade aguda da Gasolina C, Gasolina P e álcool combustível isoladamente e em misturas binárias, assim como de suas respectivas Frações Solúveis em Água (FSA) e Frações Dispersas em Água (FDA) sobre Daphnia similis. O estudo ainda incluiu a avaliação da toxicidade aguda remanescente na matriz água de uma contaminação antiga (intemperismo) com a Gasolina C. Paralelamente, foram conduzidos ensaios de toxicidade aguda com amostras ambientais (água subterrânea, superficial e elutriato a partir de sedimentos) de uma área alagada com histórico de contaminação antiga. O cultivo e os ensaios com D. similis foram de acordo com a NBR 12.713 (2009). Tanto a gasolina C quanto a P foram extremamente tóxicas para os organismos, apresentando valores médios de CE50% em 48 h de 0,00113% e 0,058% respectivamente. As diferenças entre os resultados obtidos com a Gasolina C e aqueles obtidos com suas frações FSA e FDA foram significativas (p < 0,05), sendo que não houve diferença significativa entre a toxicidade aguda da FSA e da FDA (p < 0,05). Os resultados obtidos com os ensaios com Gasolina P e FDA não apresentaram diferenças significativas entre si (p < 0,05), mas, foram significativamente diferentes daqueles obtidos com FSA (p < 0,05). Os resultados dos ensaios de toxicidade aguda com misturas binárias sugeriram efeito menos que aditivo (antagonismo). Os resultados da simulação de uma contaminação antiga demonstraram redução acentuada da toxicidade para D. similis ao longo de apenas 28 dias. Entretanto, com relação aos ensaios com as amostras ambientais da área com histórico de contaminação, apesar da ausência ou baixa toxicidade nas amostras de água superficial (sugerindo intemperismo), toxicidade alta foi observada em amostras de água subterrânea e no elutriato de sedimentos, sugerindo condições de adsorção aos sedimentos com alto teor de argila e/ou aprisionamento dos compostos em zona saturada. / The contamination of aquatic environments due to accidents with gasoline, alcohol fuel and their mixtures represents an increasing risk due to the projections made by the petroleum-based fuels industry for the next 50 years. The objective of the present study was to assess the acute toxicity of gasoline C, gasoline P, ethanol fuel separately and in mixtures, as well as their respective water-soluble fractions (WSF) and water-disperse fraction (WDF) on the bioindicator Daphnia similis. The study also included the assessment of the remaining acute toxicity in an aged gasoline C-contaminated water matrix with aging simulation for a 28-day period. Parallel to that, toxicity assays were conducted with environmental samples, including surface water, elutriate of sediments and groundwater from an aged contaminated area. The cultivation and the assays with D. similis were carried out according to NBR 12.713 (2009). Both gasoline C and P were highly toxic to D. similis, with CE50% in 48 h of 0.00113% e 0.058% respectively. The differences in acute toxicity between Gasoline C and its fractions WSF and WDF were significant (p <0.05). However, no significant difference was found between WSF and WDF fractions. Gasoline P and its WDF fraction had no significant differences (p < 0.05), but their toxicity were significant different from that one obtained with the FSA fraction (p < 0.05). Acute toxicity assays carried out with gasoline C and P mixed with ethanol fuel suggested effect less than additive (antagonism). The results obtained with the simulation of an aged contamination with Gasoline C showed sharp reduction in toxicity along 28 days. However, regarding the assays with environmental samples from an aged contamination, although absence or low toxicity was observed in the superficial water, severe toxicity was found in the sediments elutriate and in the groundwater, which was confirmed by the high concentrations of gasoline hydrocarbons in both matrixes. The results suggest that the contaminant was entrapped in the saturated zone and/or adsorbed to the sediments with high clay content.

Modelling and evaluating the aquatic fate of detergents - Abstract Within this thesis an environmental assessment and evaluation method for analysing aquatic ecotoxicological impacts of household laundry is developed. The methodology allows comparative assessments of different product alternatives, washing habits, and wastewater treatment techniques in order to identify their relevance with respect to waterborne discharges. Elements from both analytical tools Life Cycle Assessment (LCA) and Environmental Risk Assessment of chemicals (ERA) are combined in this methodology. The core consists of the Geography-referenced Regional Exposure Assessment Tool for European Rivers (GREAT-ER), which calculates concentrations of `down-the-drain' chemicals in surface waters due to point releases. In order to simulate the aquatic fate of detergents, a new GREAT-ER emission model is developed, called GREAT-ER product mode, which calculates calculates concentration increases of detergent ingredients in surface waters based on product formulations and assumptions concerning washing habits. Two evaluation methods, the Critical Length (CL) and the Product Risk Ratio (PRRx), are defined for evaluating the results. CL is the sum of mean concentration increases, divided by substance-specific no effect concentrations (NECs), over all river stretches and all ingredients weighted by the lengths of the stretches. PRRx is the (percentual) number of river stretches in a region, in which the x-percentiles of the predicted concentration increases of at least one ingredient exceed a substance-specific NEC. The emission model requires input data that can be derived from the functional unit of an LCA, which allows an assessment of other impact categories by using any existing LCA method. The methodology is applied to a case study which is based on scenarios given in the comprehensive product assessment `Washing and washing agents' (`Produktlinienanalyse', PLA). In order to apply the GREAT-ER product mode, the Rur river basin in Western North-Rhine Westphalia is chosen as study area. The catchment integration includes the development of a simple hydrological model that combines a nonlinear regression analysis with a local refinement procedure. The quality of the integration of the Rur catchment data is analysed by a comparison of monitoring data and predicted concentrations of detergent and cleaning agent ingredients using actual consumption data of the two years 1993 and 2000. The product mode results show that use habits have a larger influence on the results than product formulations. However, the largest influence is caused by varying wastewater treatment techniques. Boron and the surfactants are the most relevant detergent ingredients. Furthermore, using different detergents for white and coloured laundry lowers the predicted emissions significantly. Based on this methodology, sustainable development indicators (SDIs) for describing the aquatic aspects of household laundry are defined. CL is proposed as pressure indicator and PRRx as state indicator for describing aquatic aspects of the sustainability of household laundry in a region. Different regions can be compared by normalising the CL by the region's population and expressing the PRRx as a percentage of stretches in a region. Annually evaluating regional CLs and PRRxs allows the assessment whether a region is moving towards a more sustainable state. Concluding, the new method analyses and evaluates the environmental fate of detergents discharged after use via the wastewater pathway. It provides information not obtainable by other existing methods, which has been made possible due to the focussing on a specific application, for which the method is developed. Its application in the context of sustainable development offers a means to evaluate environmental implications of this important human activity.