BASTOS NETO, M. Estudos de ciclos de carga e descarga de reservatórios para armazenamento de gás natural adsorvido. 135 f. 2005. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-30T12:31:28Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_mbastosneto.pdf: 1963746 bytes, checksum: 6e0171d8c95029b957fc4545a2cbde19 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T13:32:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_mbastosneto.pdf: 1963746 bytes, checksum: 6e0171d8c95029b957fc4545a2cbde19 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T13:32:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_mbastosneto.pdf: 1963746 bytes, checksum: 6e0171d8c95029b957fc4545a2cbde19 (MD5) Previous issue date: 2005-10-21 / This study presents experimental data analyses of charge and discharge cycles in a prototype vessel of adsorbed natural gas (ANG) storage in a bed of activated carbon, compared with simulations obtained with a mathematical model proposed to foresee the behavior of pressure, average temperature and stored mass and delivery of natural gas in a given reservoir. To validate the model, each input parameter was independently calculated through analyses of the used carbon sample’s textural characteristics and the acquirement of adsorption equilibrium isotherms of methane in the same carbon sample. It was also obtained the adsorption isotherms of ethane, propane and butane, constituent of the natural gas (NG) in smaller proportions, for evaluation of the composition influence in the storage process efficiency. The textural characteristics analyses were run in a volumetric apparatus through the obtaining of nitrogen isotherms at 77 K. The adsorption equilibrium data of the NG components were acquired with the support of a magnetic suspension balance. In an initial stage, it was used experiments with natural gas and simulations with pure methane. The results showed discrepancies in the model prediction, leading to the conclusion that it is inadequate to assume that the natural gas presents behavior similar to the one of its larger proportion component, methane, for this case. Consequently, in another stage, simulations were compared with experiments using pure methane and a good agreement was observed in the results comparisons. Histories of pressure and stored mass were satisfactorily well predicted and, despite heat effects, not precisely taken into account in the model, there was a reasonably good agreement between simulation and experiment for the average temperature inside the vessel. Conclusively, the model was suitable for the prediction of the phenomena involved in an ANG storage process. / Este estudo apresenta análises de dados experimentais de ciclos de carga e descarga em um vaso protótipo de armazenamento de gás natural adsorvido (GNA) em um leito de carvão ativado, comparados com simulações obtidas com um modelo matemático proposto para prever o comportamento da pressão, temperatura média e massa armazenada e disponibilizada de gás natural num dado recipiente. Para validar o modelo, cada parâmetro de entrada foi calculado independentemente através de análises das características texturais da amostra de carvão utilizada e do levantamento de isotermas de equilíbrio de adsorção de metano no mesmo carvão. Também foram determinadas as isotermas de adsorção de etano, propano e butano, constituintes do gás natural (GN) em menores proporções, para avaliação da influência da composição na eficiência do processo de armazenamento. As análises das características texturais foram conduzidas num aparato volumétrico através da obtenção de isotermas de nitrogênio a 77 K. Os dados de equilíbrio de adsorção dos componentes do GN foram adquiridos com auxílio de uma balança de suspensão magnética. Numa etapa inicial foram utilizados experimentos com gás natural e simulações com metano puro. Os resultados mostraram discrepâncias nas previsões do modelo, conduzindo-nos à conclusão de que é inadequado assumir que o gás natural apresenta comportamento semelhante ao de seu componente em maior proporção, o metano, para este caso. A partir deste fato, as simulações foram comparadas com experimentos usando metano puro e uma boa concordância foi observada nas comparações dos resultados. A pressão e a massa armazenada foram preditas satisfatoriamente bem e, apesar dos efeitos térmicos não precisamente levados em conta no modelo, foi observada uma concordância razoavelmente boa entre simulação e experimento para a temperatura média dentro do recipiente. Conclusivamente, o modelo foi satisfatório para a previsão dos fenômenos envolvidos num processo de armazenamento de GNA.

Embora os compostos nitrogenados estejam presentes em baixas concentrações no diesel, eles têm papel relevante na qualidade deste produto. Neste estudo, um método cromatográfico bidimensional foi desenvolvido para a identificação e quantificação de compostos nitrogenados em amostras de diesel, com a quantificação realizada usando o método de adição de padrão. Usou-se primeiramente a análise do diesel com adição de padrão, sem qualquer fracionamento prévio, obtendo resultados satisfatórios (linearidade entre 0,05 mg L-1 e 2,0 mg L-1, e LOD < 0,06 mg L-1 e LOQ < 0,16 mg L-1). Posteriormente, testou-se 2 métodos de extração dos compostos nitrogenados. O primeiro usando sílica impregnada com cobre como fase estacionária e outro em especial, usando carvão ativado gerado na pirólise da casca de arroz como adsorvente em barra sortiva, o qual apresentou resultados mais promissores, com coeficientes de correlação > 0,996, LOD < 0,00045 mg L-1 e LOQ < 0,00137 mg L-1, desvio padrão relativo (RSD) < 3,5% para a precisão e < 6,0% para reprodutibilidade e recuperação média em torno de 91% (para o carbazol). Os dois métodos foram validados e aplicados a amostras de diesel comercial. A técnica de extração com barra sortiva (BAμE-LD/GC×GC-qMS) contendo carvão ativo derivado da biomassa apresentou baixos imites de detecção e quantificação, alta precisão e recuperações dentro dos padrões normais para este tipo de amostra. Este é o primeiro trabalho com a análise de nitrogenados em diesel por GCxGC sem fracionamento prévio e também a primeira aplicação da BAμE-LD/GC×GC-qMS usando carvão ativado derivado de biomassa, em uma amostra não aquosa. Desta forma abre-se uma grande gama de aplicações para esta técnica. / Although the N-compounds can be presented at low concentrations in diesel, they play an important role in the quality of this product. In this study, a two-dimensional chromatographic method was developed for the identification and quantification of N-compounds in diesel samples with standard addition method. Firstly, the diesel samples were analyzed without prior treatment, only adding standards, obtaining satisfactory results (linearity between 0.05 mg L-1 and 2.0 mg L-1 and LOD < 0.06 and LOQ < 0.16 mg L-1). Later, two extraction techniques of N-compounds were tested. The first using silica impregnated with copper as the stationary phase and one in particular using activated carbon generated in the pyrolysis of rice husk as adsorbent in bar adsorptive, wich presented more promising results, with correlation coefficients higher than 0.996, LOD < 0.00045 mg L-1 and LOQ < 0.00137 mg L-1, relative standard deviation (RSD) < 3.5% for accuracy and < 6.0% for reproducibility and the average recovery was around 91% (for carbazole). Both methods were validated and applied to commercial diesel fuel samples. The microextraction technique with sorptive bar (BAμE-LD/GC×GC-qMS) containing activated carbon derived from biomass showed low LOD and LOQ, high precision and recoveries within the normal standards for this type of sample. This work is the first on N-compounds analysis in diesel using GC×GC without prior fractionation and the first application of BAμE-LD/GC×GC-qMS using activated carbon derived from biomass, in a nonaqueous sample. Thus, it opens up a wide range of applications for this technique.

Amostras de carvão de um perfil estratigráfico da Mina São Vicente Norte, jazida de Leão-Butiá, formação Rio Bonito, Bacia do Paraná, Rio Grande do Sul, foram submetidas a estudo geoquímico orgânico de biomarcadores com o intuito de identificar o grau de carbonificação, ambiente deposicional e origem de matéria orgânica constituinte do sedimento. Foram estudadas amostras de seis camadas de carvão e suas subdivisões: camada superior S1 (S1-A, S1-B e S1-C), camada superior S2/S3, camada inferior CI, camada I2 (I2-3, I2-2 e I2-1) e camada inferior I3 (I3-A e I3-B), as quais foram submetidas à extração com mistura azeotrópica de diclorometano/metanol em equipamento SoxtecTM. Os extratos livres de S elementar foram submetidos à cromatografia líquida preparativa, e as frações de hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, analisadas por cromatografia a gás com detector de massas (GC-MS). As análises mostraram baixo grau de carbonificação, devido à predominância dos n-alcanos ímpares sobre os pares e presença marcante dos hopanos ββ com predominância do epímero R sobre o S, somado às baixas razões dos índices de naftalenos e fenantrenos. Os valores superiores a um para a razão pristano/fitano, em todas as amostras, indicaram um ambiente deposicional sub-oxidante, e as correlação das razões Pr/n-C17 x Fi/n-C18 assinalam contribuição de matéria orgânica majoritariamente terrestre e classificação de querogênio predominantemente do tipo III. A contribuição majoritária da matéria orgânica terrestre para a formação do carvão também foi evidenciada pelo perfil de distribuição dos esteranos, com o predomínio dos esteranos C29 sobre os esteranos C27 e C28, bem como a identificação dos compostos reteno e cadaleno, compostos típicos de vegetais superiores (coníferas), em concordância com os dados da análise petrográfica. Os dados observados para as amostras de carvão da Mina São Vicente Norte foram similares às amostras de outras jazidas da mesma formação (Rio Bonito) no Rio Grande do Sul, como por exemplo, da Jazida de Candiota. / Coal samples from a stratigraphic profile of São Vicente Norte Mine, Leão-Butiá Coal Field, Rio Bonito Formation, Paraná Basin, Rio Grande do Sul, were submitted to a biomarker geochemical study aiming to identify the degree of carbonification, the depositional environment and the origin of the organic matter of the sediment. Samples of six coal layers and their subdivisions have been studied: superior layer S1 (S1-A, S1-B and S1-C), superior layer S2/S3, inferior layer CI, inferior layer I2 (I2-3, I2-2 and I2-1) and inferior layer I3 (I3-A and I3-B), which were submitted to SoxhtecTM extraction with dichloromethane/methanol azeotropic mixture. The elemental sulphur free extracts were submitted to liquid preparative chromatography and the aliphatic and aromatic hydrocarbons were analyzed by gas chromatography with mass detector (GC-MS). The analyses showed low degree of carbonification due to the predominance of odd over even n-alkanes and the striking presence of -hopanes with predominance of R over S epimers added to the low rates of naphthalene and phenantrene indexes. The values higher than one for the rate pristane/phytane, in all of the samples, indicate a sub-oxidant deposicional environment and the correlation of the rates Pr/n-C17 x Ph/n-C18 indicate organic matter contribution, mainly terrestrial, and predominance of type III kerogen. The predominant contribution of the terrestrial organic matter for the coal formation was also enhanced by the steranes distribution profile with the predominance of C29 steranes over C27 and C28 steranes, as well as the identification of the retene and cadalene, typical compounds of higher plants (conifers) according to the petrographic data. The data from the São Vicente Norte Mine samples were similar to that of other coal fields from the same formation (Rio Bonito) located in Rio Grande do Sul like, for instance, Candiota Coal Field.

Este estudo foi feito a partir de uma amostra de carvão extraído na mina da Vale- Moçambique, localizada no distrito de Moatize, Província de Tete. O trabalho visa analisar o sistema de reagentes na flotação de finos de carvão mineral pertencente à camada UCB. Dentre os métodos de beneficiamento de carvão, a flotação se destaca como um dos mais importantes para a concentração deste material, em particular no tratamento de partículas finas. A alimentação total da planta de processamento da Vale- Moçambique é de 8000 tph de carvão, onde 10% dessa alimentação corresponde a fração fina que alimenta o circuito de flotação. O material utilizado nesse estudo apresentou uma granulometria 96% menor do que 0,25 mm. Os reagentes utilizados nos ensaios de flotação foram betacol e óleo diesel como agentes hidrofobizantes e MIBC como espumante. O intervalo de concentrações de betacol na primeira fase de ensaios foi de 200 g/t a 500 g/t, e na segunda fase foi de 200 g/t a 500g/t de óleo diesel e manteve-se constante o MIBC em 300 g/t. Os resultados mostraram que é possível, a partir de uma alimentação com o teor de cinzas em torno de 22,84%, obter produtos com teores abaixo de 10% de cinzas, com uma recuperação mássica em torno de 50%. A recuperação de matéria carbonosa também foi avaliada e apresentou resultados positivos. Complementando esse estudo, foi avaliado o efeito da recuperação de H2O e foi observado que para as concentrações de betacol as recuperações variaram de 6 a 9%, e para óleo diesel mais MIBC foram de 4 a7%. / This study was done from a sample of coal mined at the Vale-Mozambique mine, located in Moatize district, Tete Province. The aim of this work is to analyze the reagent system in the flotation of coal fines belonging to the UCB layer. Among coal processing methods, flotation stands out as one of the most important for the concentration of this material, in particular in the treatment of fine particles. The total feed of the Vale-Mozambique processing plant is 8000 tph of coal, where 10% of this feed corresponds to the fine fraction that feeds the flotation circuit. The material used in this study had a particle size of 96% smaller than 0.25 mm. The reagents used in the flotation tests were betacol and diesel oil as hydrophobizing agents and MIBC as frother. The range of betacol concentrations in the first test phase was 200 g / t at 500 g / t, and in the second phase 200 g / t at 500 g / t of diesel oil and MIBC were kept constant at 300 g / t. The results showed that it is possible, from a feed with the ash content around 22.84%, to obtain products with levels below of 10% ash, with a mass recovery around 50%. The recovery of carbonaceous matter was also evaluated and presented positive results. Complementing this study, the effect of H2O recovery was evaluated and it was observed that for the concentrations of betacol the recoveries ranged from 6 to 9%, and for diesel oil plus MIBC were 4 to 7%.

O estudo geoquímico orgânico de biomarcadores foi aplicado ao perfil estratigráfico da jazida de carvão fóssil de Candiota, Rio Grande do Sul, proporcionando a determinação do grau de maturação, ambiente de óxi-redução, paleoambiente deposicional, tipo de matéria orgânica constituinte do sedimento e principal classe de plantas que originaram o carvão. Somado a isto, comparações com os dados petrográficos também foram realizadas. Para tal, as amostras foram extraídas com diclorometano em aparelhagem Soxhlet. Os betumes (extratos), de todo o perfil estratigráfico, apresentaram-se ricos em enxofre elementar e compostos aromáticos e polares. Através do emprego das técnicas de cromatografia a gás com detector de ionização em chama (GC-FID) e detector de massas (GC-MS) as frações puras de alifáticos e aromáticos dos betumes foram analisadas, onde foram determinados parâmetros geoquímicos. Os resultados indicaram que todas as amostras estudadas são de baixo grau de maturação, formadas em ambiente altamente oxidante, compostas por querogênio predominantemente do tipo III, paleoambiente deposicional majoritariamente terrestre, com pequena possibilidade de contribuições estuária e de mar aberto e tendo plantas coníferas como principais organismos depositados para sua formação, coincidindo com os dados obtidos por análise petrográfica. / The organic geochemical study of biomarkers was applied to the stratigraphic profile of fossil coal from Candiota, Rio Grande do Sul leading to the determination of maturity degree, oxyreduction environment, depositional paleoenvironment, type of organic matter constituent of the sediment and main class of plants that originated the coal. Besides that, comparisons with petrographic data were also carried out. To that purpose, samples were extracted with dichloromethane in Soxhlet extractor. The bitumens (extracts) from the entire stratigraphic profile resulted rich in elemental sulphur and aromatic and polar compounds. Through the use of gas chromatography techniques employing flame ionization detector (GC-FID) and mass detector (GC-MS) the bitumen pure aliphatic and aromatic fractions were analized and geochemical parameters were determined. Results indicate that all studied samples present low maturation degree, they were formed in a high oxidant environment, they are composed predominantly by type III kerogen. The depositional environment was mainly terrestrial, presenting low possibility of estuarine and open sea contributions and having conifers plants as principal deposited organisms for their formation. These results obtained were coincident with data from petrographical analysis.

O objetivo do presente trabalho foi estudar a utilização de rejeito de carvão, proveniente da região carbonífera de Santa Catarina, na fabricação de blocos de concreto para pavimentação em substituição ao agregado miúdo natural. Produziu-se um agregado miúdo reciclado de rejeitos de carvão (AMR) através do beneficiamento do rejeito bruto. A metodologia do trabalho compreendeu as seguintes etapas: (a) amostragem do rejeito de carvão no módulo de rejeitos de uma típica mineradora de carvão de Santa Catarina; (b) o beneficiamento gravimétrico do rejeito bruto visando a concentração dos minerais inertes e ajuste da granulometria; (c) a caracterização química, física, morfológica e mineralógica do AMR; (d) a produção dos blocos de concreto com cinco diferentes porcentagens de substituição (0, 25, 50, 75 e 100%) do agregado miúdo natural pelo AMR; (e) a avaliação dos blocos de concreto em relação a resistência à compressão, a resistência à abrasão e a absorção de água; e (f) realização de ensaios estáticos e cinéticos para a predição da ocorrência de lixiviado ácido a partir do rejeito de carvão, no AMR e nos blocos de concreto produzidos. Os resultados demonstram que é possível a transformação de 44% do material disposto em um módulo de rejeitos em AMR para construção civil. O material apresenta 90% de cinzas, teor de enxofre de 1,9% e teor de carbono de 3,5%. De acordo com a ferramenta estatística ANOVA, os resultados obtidos com os blocos produzidos com 25% e 50% de substituição não apresentam diferença significativa em relação aos blocos referência (0% de substituição) nas três variáveis de resposta analisadas. Os resultados dos ensaios estáticos e cinéticos demonstraram que o rejeito bruto e o AMR são potenciais geradores de drenagem ácida de minas (DAM). Os blocos produzidos não possuem a característica de gerar DAM devido à alta alcalinidade do cimento, sendo essa tecnologia conhecida como solidificação/estabilização (S/S). O estudo demonstra que é possível aproveitar parte dos rejeitos da mineração de carvão como agregado miúdo na produção de blocos de concreto para pavimentação, reduzindo o passivo ambiental das indústrias carboníferas catarinenses. Cria-se, assim, uma nova perspectiva para o gerenciamento de resíduos sólidos de mineração dentro dos princípios da produção mais limpa e desenvolvimento sustentável. / The aim of this study was the use of coal waste from the coal region of Santa Catarina in the manufacture of concrete block for paving to replace the natural fine aggregate. It was produced a recycled fine aggregate from coal waste (AMR) through the processing of raw waste. The methodology of the research comprised the following steps: (a) sampling of coal waste in the coal tailing of a typical coal mining company of Santa Catarina; (b) processing raw waste aiming to concentrate inert mineral stream and grain size adjustment; (c) chemical, physical, morphological and mineralogical characterization of the AMR; (d) production of concrete blocks with five different percentages of replacement (0, 25, 50, 75 and 100%) of natural fine aggregate by AMR; (e) evaluation of concrete blocks regarding the compressive strength, abrasion resistance and water absorption; and (f) performance of static and kinetic tests for predicting the occurrence of acid leached from the raw waste, AMR and concrete blocks produced. The results show that it is possible to transform 44% of the coal tailing in an AMR for construction. The material has 90% of ash, sulfur content of 1.9% and carbon content of 3.5%. According to the ANOVA, the results obtained with the blocks produced 25% and 50% of replacing present no significant difference for the reference blocks (0% replacement) on the three response variables examined. The results of kinetic and static tests showed that the raw waste and AMR are potential generators of acid mine drainage (AMD). The produced blocks have not the characteristic of generating AMD due to high alkalinity of cement. This technology is known as solidification/stabilization (S/S). The study shows that it is possible to make good use of the coal wastes from mining as fine aggregate in the production of concrete block for paving. It reduces the environmental liability of coal industries in Santa Catarina and creates therefore a new perspective for the management of solid waste from mining within the principles of cleaner production and sustainable development.

Este estudo avaliou as comunidades microbianas do solo de dois ecossistemas para tentar encontrar particularidades e relações entre os microrganismos e as características do solo. Para isto, foram estudadas a diversidade, a abundância relativa e a composição microbiana do solo, utilizando-se sequenciamento Illumina do gene de rRNA 16S. Foram avaliadas 5 áreas de solo construído após a mineração de carvão, uma área de floresta e uma de campo-nativo em Candiota/RS, assim como uma área experimental agrícola sob diferentes sistemas de manejo e rotação de culturas, na Estação Experimental Agronômica da UFRGS, em Eldorado do Sul/RS. Foi observada uma redução drástica na diversidade microbiana nos solos construídos comparando-se com solos de mata ou pastagem nativa. Os gêneros mais abundantes nos solos construídos foram Thiobacillus, Sphingomonas, Novosphingobium, Acinetobacter, e Variovorax. Bradyrhizobium foi o gênero mais abundante na área de floresta (6,4% do total de sequencias) e Bacillus no site pastagens (4,8% do total de sequencias). A diversidade microbiana nos solos construídos aumentou com o tempo, porem mesmo 20 anos após o processo de construção do solo, a diversidade, composição e abundância de microrganismos não retornou aos níveis originais, indicando que os solos construídos não foram recuperados adequadamente com o manejo de solo que foi aplicado. A comunidade microbiana dos solos agrícolas foi significativamente diferente comparando-se os sistemas de plantio convencional e de plantio direto. A diversidade microbiana foi maior nas parcelas em pousio ou onde foram cultivadas apenas gramíneas. O gênero mais abundante nos sistemas convencional e de plantio direto foi Sphingomonas. A bactéria anaeróbia Clostridium demonstrou ser dominante nos solos sob sistema de plantio direto e também onde foram cultivadas gramíneas. A população de Burkholderia foi dominante nos solos onde havia o cultivo da leguminosa Lablab. Os teores de P, Mg, carbono orgânico total, N total e N mineral foram significativamente maiores no sistema de plantio direto. Os resultados confirmaram que tanto o distúrbio causado pela mineração e construção do solo, quanto o manejo agrícola, interferem na diversidade, abundância e composição da comunidade microbiana. Este trabalho sugere a utilização do gênero Bradyrhizobium como um microrganismo “assinatura” em solos naturais, tais como florestas, pastagens ou em locais onde a agricultura cessou há várias décadas, assim como, o gênero Clostridium como um microrganismo “assinatura” do solo agrícola estudado sob plantio direto. A diversidade microbiana demonstrou neste estudo estar totalmente relacionada com a diversidade de plantas. Ambos os solos estudados demonstraram que as características do solo selecionam a comunidade microbiana. / This study examined the soil microbial communities from disturbed ecosystems in order to find particularities and relationships between microorganisms and their specific habitat’s soil features. For this study, the soil features were analyzed, as well as the microbial communities relative abundance, diversity, and composition using Illumina high throughput sequencing of the 16S rRNA gene. Five post-mined sites under restoration, and two sites in an agricultural long-term experiment under different treatments were studied in South Brazil. A drastic decrease in microbial diversity was observed in the post-mined soils when compared to native forest or grassland regional soils. The most abundant genera in the constructed soils were Thiobacillus, Sphingomonas, Novosphingobium, Acinetobacter, and Variovorax. Bradyrhizobium was the most abundant genus in the forest soil (6.4% of total reads) and Bacillus in the grassland soil (4.8 % of total reads). The microbial diversity in constructed soil increased over time, but even twenty years after soil construction, the diversity, composition and abundance of microorganisms did not return to the original levels. The findings indicate that constructed soils were not recovered after the soil management applied. When compared in tillage and no-tillage systems, the microbial community in the studied agricultural sites greatly differed. The microbial diversity was higher in fallow plots, and where only grasses were grown. The most abundant genus in tilled and in no-tilled soil was Sphingomonas. The anaerobe bacteria Clostridium was very abundant in notilled soil, and also dominated the microbial population in soils where grasses were grown. Burkholderia dominated in plots containing the legume Lablab bean. The P, Mg, total organic carbon, total N, and mineral N levels were significantly higher in the no-tillage system. The results confirmed that those environmental disturbances from coal mining and agricultural, led to changes in the nutrition level, switching the abundance of some functional groups responsible for the degradation of compounds as well as for the biogeochemical cycle. Also, it was found that the genus Bradyrhizobium can be used as a signature microorganism in natural soils, such as forest and grassland or in sites where the agriculture had been stopped many decades ago. Similarly, Clostridium can be used as a signature in the studied no-tilled soils. The microbial diversity is higher in natural soils and is reduced in constructed soils after coal mining as well as soils under agricultural management. Both soil environments that were studied had a particular microbial community where a few genera dominates the niche. The environmental niche occupied by each group of microorganisms also had particular soil features that changed according to the soil management.

Esse trabalho teve como meta estudar os efeitos provenientes das atividades de mineração de carvão sobre as águas superficiais e sedimentos de corrente em seis pontos localizados na bacia do Arroio do Conde, região do Baixo Jacuí, RS. Para avaliar a influência antrópica nos cursos d’água superficiais, foram utilizadas as informações adquiridas no presente trabalho, durante o período de setembro à dezembro de 1997 e nos meses de fevereiro, abril e junho de 1998, e as pertencentes ao estudo realizado por Teixeira e Sanchez (1998), correspondente ao período entre maio de 1994 à novembro de 1995. Quanto aos sedimentos de corrente, foram utilizados os dados obtidos nesse trabalho nos meses de janeiro, outubro e dezembro de 1997, e por Teixeira e Sanchez (1998) durante os meses de outubro de 1992, abril de 1993, agosto e novembro de 1994, fevereiro, maio e setembro de 1995. Com base nos dados disponíveis, os resultados para as águas superficiais indicaram influência antrópica mais significativa no Arroio Capão da Roça, evidenciada pela estimativa dos fluxos de transferência elevada para todos os elementos metálicos analisados. Os sedimentos de corrente apresentaram teores elevados de Carbonototal e Enxofretotal para o Arroio Capão da Roça e um aumento gradual de montante para jusante para os elementos Cu, Ni e Zn. As áreas que sofrem maior influência antropogênica apresentaram concentrações elevadas de Fe e Cr, e as localizadas a jusante das principais fontes de contaminação por carvão revelaram concentrações elevadas de Mn, Cd e Co, bem como enriquecimento moderado para os elementos Co, Cu, Zn, Cd, Ni e Fe. Não houve acumulação significativa de metais nos sedimentos da bacia hidrográfica estudada. Técnicas estatísticas de Análise Fatorial e Funções Discriminantes Canônicas foram utilizadas como ferramentas complementares para integração, síntese e apresentação visual dos resultados de águas superficiais e sedimentos de corrente, respectivamente. A determinação de um Índice de Poluição para as águas superficiais, possibilitou definir os locais críticos em relação aos parâmetros analisados, bem como revelou boa qualidade para os cursos d’água situados a jusante desses locais. A técnica das Funções Discriminantes Canônicas permitiu diferenciar os sedimentos de corrente mediante a identificação dos parâmetros que apresentaram maior variabilidade entre os seis pontos estudados (Ni, Co, Zn, Carbonototal e Enxofretotal). De forma geral, com exceção de alguns pontos específicos, a bacia do Arroio do Conde não encontra-se comprometida pela influência antrópica proveniente do carvão. / The goal of this study was to understand the effects of the coal mining activities on fluvial waters and stream sediments of the Arroio do Conde basin, Baixo Jacuí region, Rio Grande do Sul State. Besides the data collected in this work, from September 1997 to June 1998, data from Teixeira and Sanchez (1998) were add to evaluate the anthropogenic influence in fluvial waters and stream sediments contamination. Fluvial waters analysis showed that the strongest influence was in the Arrio Capão da Roça were the data indicate high metais transference flux. In the same stream, high grades of carbon and sulfur and na increasing content of Cu, Ni and Zn in up stream sediments were identified. The zones of higher anthropogenic influence contain high concentrations on Fe and Cr and the zones located downstream of the sources of coai contamination showed high levels of Mn, Cd, and Co, as well moderate enrichment of Cu, Zn, Cd, Ni and Fe. No significant acumulation of metais was identified in the stream sediments of the Arroio do Conde basin. Factorial analysis (FA) and canonic discriminant functions (CDF) were applied as complementary tools in the general analysis and integration of results for fluvial waters and stream sediments. The definition of a Pollution Index for fluvial waters alloweed to define the criticai polluted areas as well indicated the good quality of downstream waters far from those areas. The CDF technique was able to classify steam sediments based on the variability of the studied parameters (Ni, Co, Zn, C and S). With a few exceptions, in a general way the Arroio do Conde basin was not seriously polluted by the coal mining activities.

Uma das principais consequências dos processos de mineração e beneficiamento do carvão é a elevada produção de rejeitos. Esses materiais retornam às cavas de mineração ocasionando efeitos negativos ao meio ambiente, como a drenagem ácida de mina. Uma alternativa em potencial para esses rejeitos é aplica-los no tratamento de efluentes líquidos como sólidos sorventes. Dentre os principais poluentes aquosos destacam-se os metais pesados e, entre eles, o cromo hexavalente, devido aos seus efeitos carcinogênicos e mutagênicos, sendo altamente prejudicial aos organismos vivos. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo utilizar o rejeito do beneficiamento do carvão de Moatize (Moçambique) como sólido sorvente para a remoção de cromo hexavalente de águas contaminadas. O sólido foi utilizado em duas granulometrias diferentes: no intervalo entre 0,7 e 1,5 mm (R1) e menor que 0,074 mm (R2). As amostras foram caracterizadas segundo sua massa específica, densidade aparente, área superficial (BET), volume de poros e diâmetro de poros (BJH), ponto de carga zero, composição química (FRX) e mineralógica (DRX). Ensaios experimentais foram realizados a fim de determinar as melhores condições de sorção, onde foram avaliados o efeito do pH, do tempo de residência e da concentração de sorvente As melhores condições encontradas para o sólido R1 foram: pH 2, 10 h de ensaio e concentração de sorvente de 8 g L-1, onde foi obtido 98,6% de remoção de Cr(VI). A maior remoção para o sólido R2 foi de 98,8%, obtida utilizando-se: pH 2, 50 min de ensaio e concentração de sorvente de 10 g L-1. Comparando com o limite previsto pela legislação brasileira CONAMA 430 para despejos industriais as concentrações finais de cromo hexavalente em solução ficaram abaixo do valor máximo estabelecido (0,1 mg L-1). A partir destas condições encontradas, foram construídas isotermas de equilíbrio e os modelos de Langmuir, Freundlich e Sips foram ajustados aos dados experimentais. Para o sólido R1, os modelos de Langmuir e Sips demostraram um bom ajuste, apresentando valores de R2 de 0,897 e 0,907 respectivamente. Já para o sólido R2, o modelo de Sips foi o que melhor representou os dados experimentais, com um R2 de 0,954. Os resultados encontrados indicam que o rejeito de carvão de Moatize pode ser utilizado para o tratamento de águas contaminadas com cromo hexavalente. / One of the main consequences of coal mining and beneficiation process is the large production of waste and by-products. These materials return to the mines generating significant negative impacts to the environment. One of the possible applications for the coal wastes is in the wastewater treatments, where it can be used as a sorbent. Amongst the main water pollutants, heavy metals stand out, especially hexavalent chromium, due to its carcinogenic and mutagenic effects, being highly prejudicial to the living organisms. In this context, the objective of this study is to use coal beneficiation waste from Moatize (Mozambique) as a sorbent to remove hexavalent chromium from aqueous solution. Coal waste was utilized in two different particle sizes: between 0.7 and 1.5 mm and smaller than 0.074 mm. These solids were characterized for their specific weight, bulk density, superficial area (BET), pore volume and diameter (BJH), point of zero charge, chemical composition (XRF) and mineral composition (XRD). Experiments were conducted to determinate the best sorption conditions, were the operating parameters investigated were: solution pH, contact time and sorbent concentration The best conditions for Cr(VI) sorption onto R1 were: pH 2, 10 h and 8 g L-1 of sorbent concentration, were 98.6% removal was obtained. Cr(VI) maximum removal onto R2 of 98.8% was achieved at pH 2, 50 min and 10 g L-1 of sorbent concentration. Comparing with the limit permitted by Brazilian legislation, CONAMA 430, for industrial wastewaters, the final Cr(VI) concentration in water were below the maximum established by law (0.1 mg L-1). From these results, equilibrium isotherms were build and the mathematical models of Langmuir, Freundlich and Sips were fitted to the experimental data. For the R1 sorbent, Langmuir and Sips models fitted better the experiments, with R2 values of 0.897 and 0.907, respectively. Sips model described better the experimental data when the R2 sorbent was used, with a R2 of 0.954. Results showed that Moatize’s coal waste can be utilized for hexavalent chromium wastewater treatment.

Esta tese consiste em três artigos científicos sobre a preparação, caracterização e aplicação de diferentes carvões ativos no tratamento de soluções aquosas contaminadas com compostos orgânicos. No primeiro artigo, foi produzido um carvão ativo usando casca de bacuri junto com componentes inorgânicos através de pirólise em um forno tubular convencional. O carvão ativo ABC-1.5 apresentou altos valores de área superficial e volume de poros, apropriados para a adsorção do corante Azul Brilhante (BB-FCF). A capacidade de adsorção do ABC-1.5 foi comparada com a de nanotubos de carbono de parede múltipla (MWCNT). As quantidades máximas removidas de BB-FCF a 50 ºC foram 647,9 e 231,5 mg g-1 para ABC-1.5 e MWCNT, respectivamente. ABC-1.5 e MWCNT foram aplicados ao tratamento de dois efluentes simulados, apresentando porcentagem de remoção de até 95,88% e 79,84%, respectivamente. O segundo estudo foi sobre a utilização de ativação química induzida por micro-ondas para preparar um carvão ativo de casca de cacau para remoção de diclofenaco de sódio (DFC) e nimesulida (NM) Foi possível realizar a pirólise em menos de 10 min. As quantidades máximas adsorvidas de DCF e NM pelo carvão ativo MWCS-1.0 a 25 ◦C foram 63,47 e 74,81 mg g−1, respectivamente. Nos testes com efluentes hospitalares simulados, o MWCS-1.0 apresentou porcentagem de remoção de até 95,58%. Na terceira publicação, nanocompósitos magnéticos de carvão ativo (MAC-1 e MAC-2) foram preparados através de um método pirolítico simples usando uma mistura de benzoatos de ferro(III)/cobalto(II) e oxalatos de ferro(III)/cobalto(II), respectivamente, e foram utilizados como eficientes adsorventes para remoção de amoxicilina (AMX) e paracetamol (PCT). MAC-2 apresentou melhores propriedades magnéticas para separação do carvão ativo após a remoção dos fármacos. As capacidades máximas de adsorção obtidas para MAC-2 foram 444,2 mg g−1 (AMX) e 399,9 mg g−1 (PCT). / This thesis consists of three scientific papers on the preparation, characterization and application of different activated carbons in the treatment of aqueous solutions contaminated with organic compounds. In the first paper it was produced an activated carbon using bacuri shell together with inorganic components through pyrolysis in a conventional tubular furnace. ABC-1.5 showed high surface area and pore volume, suitable for the Brilliant Blue dye (BBFCF) adsorption. The adsorption capacity of ABC-1.5 was compared with that of multiwalled carbon nanotubes (MWCNT). The maximum amounts removed of BB-FCF at 50 ºC were 647.9 and 231.5 mg g-1 for ABC-1.5 and MWCNT, respectively. ABC-1.5 and MWCNT were applied for the treatment of two simulated effluents, showing percentages of removal of up to 95.88% and 79.84%, respectively. The second study was about the use of microwave-induced chemical activation to prepare an activated carbon from cocoa shell for removal of sodium diclofenac (DFC) and nimesulide (NM) It was possible to perform the pyrolisis in less than 10 min. The maximum amounts adsorbed of DCF and NM onto MWCS- 1.0 at 25 ◦C were 63.47 and 74.81 mg g−1, respectively. In the tests with simulated hospital effluents, MWCS-1.0 presented a percentage of removal of up to 95.58%. In the third publication, magnetic activated carbon nanocomposites (MAC-1 and MAC-2) were prepared by a simple pyrolytic method using a mixture of iron(III)/cobalt(II) benzoates and iron(III)/cobalt(II) oxalates, respectively, and were used as efficient adsorbents for the removal of amoxicillin (AMX) and paracetamol (PCT). MAC-2 presented better magnetic properties for the separation of the activated carbon after the removal of the drugs. The maximum adsorption capacities obtained for MAC-2 were 444.2 mg g−1 (AMX) and 399.9 mg g−1 (PCT).