A utilização de briquetes de misturas de carvão fóssil e biomassa em substituição ao coque como agente redutor pode contribuir para a diminuição das emissões de CO2 à atmosfera no processo de redução de minério de ferro. O fenômeno do amolecimento e fluidificação do carvão fóssil durante o aquecimento permite que o mesmo absorva certa quantidade de materiais inertes à coqueificação durante o tratamento térmico. O objetivo deste trabalho é correlacionar o efeito das principais variáveis de processo de fabricação (temperatura e tempo de tratamento térmico, tamanho de partícula dos componentes, porosidade e proporção de carvão vegetal e carvão fóssil) sobre as propriedades obtidas (resistência mecânica e reatividade ao CO2) de briquetes compostos de misturas de carvão fóssil e carvão vegetal, para uso na indústria siderúrgica. Briquetes de dois formatos diferentes foram preparados em matriz cilíndrica e em maquina briquetadeira e tratados termicamente em forno vertical aquecido com resistência elétrica sob atmosfera de nitrogênio. A resistência à compressão dos briquetes foi analisada em função das seguintes variáveis: proporção de carvão fóssil e carvão vegetal, taxa de aquecimento do tratamento térmico e tamanho de partícula dos carvões. A reatividade ao CO2 dos briquetes tratados termicamente foi analisada em função das seguintes variáveis: temperatura de ensaio e vazão de CO2. Foram comparados os resultados obtidos de ambos os formatos de briquetes. Com o aumento da proporção de carvão vegetal nos briquetes cilíndricos de biocoque, a densidade aparente e a resistência à compressão após tratamento térmico aumentaram para as misturas contendo 5, 10 e 15% de carvão vegetal. A partir dessa composição (15% de carvão vegetal) tanto a densidade final quanto a resistência à compressão apresentaram diminuição. Encontrou-se que tanto os briquetes cilíndricos a verde quanto os briquetes tratados termicamente apresentam perda de resistência mecânica com o aumento do tamanho de partícula do carvão fóssil. Os melhores valores de resistência à compressão foram obtidos em briquetes feitos com carvão fóssil em mistura de 15% em peso de carvão vegetal, tamanho de partícula abaixo de 0,044 mm, tratados termicamente a 1100°C durante 8 horas. Com o aumento na adição de carvão vegetal nos briquetes compostos de carvão fóssil e carvão vegetal, observou-se um aumento da reatividade do biocoque ao CO2. As micrografias dos briquetes tratados termicamente mostraram que a textura dos briquetes tende a ser mais homogênea com aumento de carvão vegetal de madeira na mistura. Os briquetes de biocoque fabricados em briquetadeira permitiram a ampliação do processo de fabricação de briquetes a uma escala laboratorial maior e mostraram a viabilidade industrial na fabricação do biocoque. Encontrou-se que a adição de carvão vegetal de madeira na mistura influencia diretamente na resistência a compressão e a reatividade ao CO2, devido a diferentes fatores como a composição das cinzas da madeira, a diminuição da fluidez devido à ação do inerte na mistura a carbonizar, a formação de uma estrutura porosa dentro da matriz carbonosa. Não encontrou-se correlação entre o índice de alcalinidade dos briquetes e sua reatividade ao CO2. / The substitution of metallurgical coke by briquetted mixtures of coal and biomass as a reducing agent can lower the emissions of greenhouse gases (CO2) in the iron and steelmaking industry. The thermal plasticity of the coking coal can be used to absorb an amount of inert materials during heat treatment. The objective of this study is to correlate the effect of the main processes variables (heat treatment temperature and duration, particle size of the materials, porosity and coal and charcoal ratio) on the properties (compressive strength and CO2 reactivity) of briquetted mixtures of coal and charcoal. Two types of briquettes were produced, one in a cylindrical die and another in a laboratory briquetting machine. The briquettes were heat treated in a vertical electrical furnace under nitrogen atmosphere. The compressive strength of the briquettes was analyzed as a function of the following variables: coal and charcoal ratio, heating rate and particle size. The CO2 reactivity of the heat treated briquettes was analyzed as a function of the following variables: temperature and CO2 flow. For the cylindrical briquettes, the increase of charcoal (5, 10, 15 wt%) in the coal-charcoal mixtures caused an increase on the bulk density and on the compressive strength of the heat treated briquettes. Above 15 wt% of charcoal in the mixtures, the bulk density and the compressive strength decreased. It was found out that both green and heat treated briquettes had a decrease in compressive strength with the increase of the coal particle size. Optimum results of compressive strength were obtained in the briquettes with 15 wt% of charcoal, particle size <0.044 mm, heat treatment temperature of 1100°C for 8 hours. The increase in charcoal proportion caused an increase in the CO2 reactivity of the briquettes. The SEM micrographs of the heat treated briquettes showed that the texture of the briquettes tend to be more homogeneous with the increase of charcoal in the mixture. The properties of the briquettes produced in the laboratorial briquetting machine showed that a large scale production could be viable. Also, it was found out that the addition of wood charcoal in the mixture directly affects the compressive strength and the CO2 reactivity of the briquettes due to factors such as: the ashes composition, the decrease in fluidity because of the inert material in the mixture, the formation of a porous structure inside the carbon matrix. It was not found a relation between the alkalinity index and the CO2 reactivity in the briquettes.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-12-20T11:19:21Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4788088 bytes, checksum: 353ba660a90f58fce2d60664ad5ca308 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-20T11:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4788088 bytes, checksum: 353ba660a90f58fce2d60664ad5ca308 (MD5) Previous issue date: 2003-12-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Caatinga é o termo genérico para designar um complexo de vegetação decídua e xerófila constituída de vegetais lenhosos, rica em cactáceas e brome- liáceas rígidas. Os recursos florestais da caatinga representam uma fonte de energia artesanal e industrial tradicional, sendo utilizado como lenha das padarias às fábricas de doces, das olarias às caieiras, das indústrias de torrefação de café ao consumo doméstico (urbana e rural). Apesar da importância da vegetação da caatinga como fonte de energia, ainda é grande a carência de informações, principalmente quanto ao aspecto tecnológico, ou seja, sobre as características da qualidade da madeira e do carvão produzido pelas espécies do semi-árido. Portanto, o objetivo deste estudo foi estabelecer a variabilidade da qualidade da madeira e do carvão como determinantes da discriminação das espécies Croton sonderianus Müll. Arg., Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir. e Aspidospema pyrifolium Mart., de ocorrência no semi-árido do Nordeste do Brasil, e de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, usado como referência, tendo como elementos de avaliação as características dendrométricas, anatômicas e químicas da madeira, assim como os rendimentos dos produtos da carbonização, e as propriedades químicas e físicas do carvão vegetal. Foi também avaliada a decomposição térmica da madeira por meio de análises termogravimétrica e de calorimetria diferencial exploratória. Os resultados foram interpretados com o auxílio de análises univariadas (ANOVA e teste de média - teste de Tukey) e análises multivariadas, empregando o método de otimização de Tocher, com base na distância euclidiana média, nos componentes principais e nas análises discriminantes. Foi utilizada madeira de Croton sonderianus, Mimosa tenuiflora e Aspidosperma pyrifolium, provenientes de três localidades diferentes da microrregião de Patos – PB, e de Eucalyptus grandis, oriundo de três locali- dades diferentes, da microrregião de Viçosa – MG (área experimental de Cachoerinha e Silvicultura/UFV e em Belo Oriente – CENIBRA). A espécie Croton sonderianus apresenta poros predominantemente solitários, geminados e múltiplos em agrupamento radial; poros distribuídos em porosidade em anel semicircular; parênquima axial variando de paratraqueal escasso a apotraqueal difuso; raios predominantemente multisseriados e bisseriados, sendo menos freqüentes os unisseriados; fibras de paredes espessas e muito curtas. A espécie Mimosa tenuiflora apresenta poros predominantemente solitários, geminados e múltiplos em agrupamento radial; poros distribuídos em porosidade difusa uniforme; parênquima axial paratraqueal vasicêntrico, vasicêntrico confluente, aliforme e aliforme confluente; raios multisseriados, bisseriados e, menos freqüentemente, unisseriados; fibras de paredes espessas e muito curtas. A espécie Aspidosperma pyrifolium apresenta poros predominantemente solitários, ocorrendo também geminados e múltiplos em agrupamento radial; poros distribuídos em porosidade difusa uniforme; parênquima axial apotraqueal em faixas e difuso; raios predominantemente unisseriados, muito raramente com duas células; fibras de paredes espessas e muito curtas. O Eucalyptus grandis apresenta poros predominantemente solitários, ocorrendo também geminados e múltiplos em agrupamento radial; poros distribuídos em porosidade difusa; parênquima axial variável de paratraqueal escasso a paratraqueal vasicêntrico, pouco abundante; raios predominantemente unisseriados, ocorrendo também os bisseriados; fibras com paredes de espessura média e curtas. A característica que mais contribuiu para a distinção das espécies foi a porosidade. Pelas análises univariadas e multivariadas constatou-se que houve dissimilaridade entre as espécies e que as características dendrométricas e de qualidade da madeira são as principais responsáveis pela dissimilaridade entre as espécies. Dentre essas, a DBM e o volume apresentaram-se como características de maior importância na dissimilaridade. As características anatômicas mais importantes na dissimila- ridade foram o comprimento e a espessura da parede da fibra, e as menos relevantes foram a largura e a área de vaso. Dentre as características químicas, a mais importante foi o teor de holocelulose. Quando foram avaliadas as carac- terísticas de qualidade do carvão, constatou-se que as mais importantes para a dissimilaridade entre as espécies foram densidade aparente, teor de carbono fixo e densidade verdadeira. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que as três espécies de ocorrência no semi-árido Nordestino apresentam boas caracte- rísticas para produção de carvão, tendo as espécies Mimosa tenuiflora e Aspidosperma pyrifolium apresentado o melhor resultado. / “Caatinga” (a stunted sparce forest) is a generic term to designate a complex of deciduous and xerophilous vegetation composed by woody plants, with many hard Cactaceae and Bromeliaceae. The forest resources of the Caatinga represent an energy source of traditional craftsmanship and industry, being used as fuelwood from bakeries to sweets factories, from earthenware factories to lime-burners, from coffee roasters industries to domestic stoves (urban and rural). Despite the importance of this vegetation as energy source there is still a great lack of information, mainly on the technologic aspect, that is, about the quality of wood and coal characteristics produced by species of the semi-arid. Therefore, the objective of this work was to establish the variability of the wood and coal quality determinants for the discrimination of the species Croton sonderianus Müll. Arg., Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir. and Aspidospema pyrifolium Mart., which occur in the Northeastern Brazilian semi-arid, using as reference the specie Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden. The evaluation parameters were the dendrometric, anatomic and chemical characteristics of the wood, as well as the yields of the carbonization products and the chemical and physical properties of the charcoal. The thermal decomposition of the wood by means of thermogravimetric analyses and exploratory differential calorimetry were also evaluated. The results were interpreted with the help of univariate analyses (ANOVA and mean test – Tukey test), and multivariate analyses, using the Tocher optimization method, based on the mean Euclydean distance, on the main components and on the discriminant analyses. The woods of Croton sonderianus, Mimosa tenuiflora and Aspidosperma pyrifolium, from three different places of the microregion of Patos-PB, and Eucalyptus grandis, from three different places: microregion of Viçosa-MG (experimental area of Cachoeirinha and Silvicultura/UFV, and in Belo Oriente-CENIBRA-MG) were used. The wood of the species Croton sonderianus presents predominantly solitary, geminated and multiple porous in radial groups; porous distributed in a semi-ring porosity; axial parenchyma from scarce paratracheal to diffuse apotracheal; predominantly multiseriate and biseriate rays, being less frequent the uniseriate ones; very short fibers with thick walls. The wood of the species Mimosa tenuiflora presents predominantly solitary, geminated and multiple porous in radial groups; porous distributed in uniform diffuse porosity; axial parenchyma paratracheal vasicentric, confluent vasicentric, aliform and confluent aliform; multiseriate, biseriat rays and, less frequently, uniseriate ones; very short fibers with thick walls. The wood of the species Aspidosperma pyrifolium presents predominantly solitary porous, which also occur geminated and multiple in radial groups; porous distributed in uniform diffuse porosity; axial parenchyma apotracheal in strips and diffuse; predominantly uniseriate rays, very rarely with two cells; very short fibers with thick walls. The wood of the species Eucalyptus grandis presents predominantly solitary porous, which also occur geminated and multiple in radial groups; porous distributed in diffuse porosity; variable axial parenchyma from scarce paratracheal to vasicentric paratracheal, not abundant; predominantly uniseriate rays, also occurring the biseriate ones; very short fibers with thick walls. The characteristic that contributed the most for the distinction of the species was the porosity. Through the univariate and multivariate analyses it was found that there were dissimilarity among the species and that the dendrometric and wood quality characteristics are the main factors responsible by the dissimilarities among species. Among these, the DBM and the volume were the characteristics with greater importance for the dissimilarity. The anatomic characteristics with the greatest importance for the dissimilarity were the length thickness of the fiber walls, and the less significant were the vase width and area. Among the chemical characteristics, the most important one was the holocellulose content. When the charcoal quality characteristics were evaluated, it was found that the most important ones for the dissimilarity among species were the apparent density, fixed carbon content and actual density. Based on the results obtained, it can be concluded that the three species occurring in the Northeastern semi-arid present good characteristics for the coal production, and that the species Mimosa tenuiflora and Aspidospema pyrifolium showed the best results. / Não foi localizado o cpf do autor.

Amostras de cinzas geradas na combustão do carvão e de cinzas provenientes da queima dos resíduos da cana-de açúcar foram usadas como fonte de silício e alumínio para sintetizar zeólita 4A pelos métodos IZA e fusão alcalina seguida de tratamento hidrotérmico. A razão molar de Si/Al para a formação da zeólita foi ajustada pela adição de resíduo de alumínio da indústria terciária como fonte alternativa de alumínio. Os efeitos da temperatura, do tempo de fusão e o tempo da reação hidrotérmica foram investigados. Os resíduos e os produtos sintetizados foram caracterizados por diferentes técnicas, tais como: fluorescência de Raio X, difração de Raio X, capacidade de troca catiônica, entre outros. A zeólita sintetizada a partir de cinzas leves de carvão foi usada para a remoção de Cd2+ e Zn2+ de solução aquosa em sistema de batelada. Os dados de equilíbrio de adsorção foram avaliados usando-se equações não lineares dos modelos de Langmuir, Freundlich, Temkin e Dubinin-Radushkevich (D-R). Os modelos de D-R e Freundlich foram os que melhor se ajustaram aos dados experimentais do Cd2+ e Zn2+, respectivamente. A capacidade máxima de adsorção foi de 78,0 mg.g-1 para o Cd2+ e 35,8 mg.g-1 para o Zn2+. Os resultados mostraram que o resíduo de alumínio e as cinzas de carvão e de biomassa podem ser usados como matéria prima para obtenção de zeólita 4A, considerado um material de valor agregado e com promissoras propriedades de adsorção. / Ash samples generated in the combustion of coal and ash from the burning of sugarcane residues were used as a source of silicon and aluminum to synthesize zeolite 4A by IZA and alkaline fusion followed by hydrothermal treatment. The Si/Al molar ratio for zeolite formation was adjusted by the addition of aluminum residue from the tertiary industry as an alternative source of aluminum. The effects of temperature, melting time and hydrothermal reaction time were investigated. The residues and the synthesized products were characterized by different techniques, such as: X-ray fluorescence, X-ray diffraction, cation exchange capacity, among others. The zeolite synthesized from fly ash was used to remove Cd2+ and Zn2+ from aqueous solution in a batch system. The adsorption equilibrium data were evaluated using non-linear equations of the Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich (D-R) models. The D-R and Freundlich models were the best fit for the experimental data of Cd2+ and Zn2+, respectively. The maximum adsorption capacity was 78.0 mg.g-1 for Cd2+ and 35.8 mg.g-1 for Zn2+. The results showed that the coal and biomass ashes mixed with aluminium residues can be used as feedstock to obtain 4A zeolite, considered a value-added material with promising adsorption properties.

A análise exploratória de dados e considerada como um método informal, apenas visual do comportamento dos dados, que abrange também a análise gráfica dos resíduos, auxiliando no reconhecimento de "outliers". O objetivo desse trabalho é de encontrar um método de classificação das variedades da cana-de-açúcar para sua liberação para o plantio. Tentando atingir o objetivo, utilizando-se da técnica da análise de variância, mais precisamente, do método das comparações múltiplas há necessidade de verificação das hipóteses para a validade da mesma. Apresentou-se a análise exploratória para a verificação das suposições de normalidade, não-aditividade e homogeneidade, que a análise de variância exige. Como foram violadas as suposições, tentou- se encontrar uma transformação que satisfizesse às condições exigidas. Utilizando-se da técnica de regressão linear simples, onde pelo coeficiente angular determinou-se a transformação, no caso (descrito na dissertação). Foram reaplicadas as técnicas da análise exploratória e as condições exigidas foram satisfeitas. Finalmente, utilizando o método das comparações múltiplas, classificaram-se as variedades em quatro classes de resistência. / The exploratory data analysis is considered to be an informal and only visual method of the data conduct that also encloses the graphic residual analysis, helping in distinguishing the outliers. The objective of this work is to find out a method of classifying the sugar cane varieties, in order to liberate to the plantation. Trying to achieve the objective, using the variance analysis technics, more accurately, the multiple comparison method, it is necessary to verify those hypothesis to consider them effective. The exploratory analysis was introduced to verify the normality, non-additivity, and homogeneity assumptions, which are demanded by the variance analysis. As the assumptions were violated, it was tried to find out a transformation which satisfy the demanded conditions. Using the simply linear regression, where by the angular coefficient the transformation was determined, as (see disertation). The exploratory analysis technics were reapplied and the demanded conditions were satisfied. Finally, using the multiple comparison method for the means, four classes of resistance were classified.

This thesis presents a more in-depth understanding of the interaction between the pathogenic fungus Sporisorium scitamineum and sugarcane, a disease known as \"cane smut\". The development of a long structure like a \"whip\" from the meristem of infected plants is the main characteristic of the disease, allowing the effective dispersion of teliospores in the field. Infected plants have a reduced sucrose content and juice quality, leading to considerable economic losses. In the first chapter, the gene expression profile of the pathogen during its development in planta - in the first moments of infection and after the emission of the whip - and in vitro was evaluated using the RNAseq technique. Were analyzed genes preferentially expressed in each condition, differentially expressed in comparison to its growth in vitro, and expressed only during interaction. The results allowed the identification of some potential pathogenicity mechanisms, active effectors and gene clusters expressed only during interaction. In the second chapter, the transient expression technique was used to determine the target cell compartment of some of the candidate effectors and to establish a viable protocol for the study of S. scitamineum proteins. The four putatively secreted genes most expressed during the initial moments of the interaction were fused to the gene encoding the fluorescent green protein (Citrine) and expressed in Nicotiana benthamiana. The results of confocal microscopy and westernblots indicated an accumulation of each candidate protein in the membrane, cytosol and/or nucleus, in addition to the occurrence of post-translational modifications. These data offer new study opportunities for the identification of plant proteins that interact with such effectors. In the third chapter, the transcriptional responses of sugarcane in the first moments of a compatible interaction and after the development of the whip were analyzed using again the data obtained from the dual RNAseq cane-smut. Among the main responses, was identified an increase in MADS-type transcription factors expression, indicating that the whip development may use a route similar to flowering, whose signaling seems to start as early as the colonization. In addition, whip development is accompanied by increased transcription of genes involved in energetic pathways, and hormones synthesis and signaling pathways. Genes encoding RGAs were differentially expressed and may be related to pathogen effector\'s recognition. In the fourth chapter, the metabolic profile of sugarcane was evaluated during disease progression, confirming that in the meristem of infected plants carbon allocation is channeled to energetic pathways, besides the regulation of several amino acids and changes in plant cell composition in response to whip development. Metabolomics approach also allowed the identification of a probable mycotoxin derived from S. scitamineum. The results obtained in this study contributed to increase the understanding of the interaction between S. scitamineum and sugarcane that is characterized by high complexity and specialization to the host, and can be used in a way to help the characterization of resistant varieties and contribute to the improvement of sugarcane with resistance to smut. / Esta tese apresenta uma compreensão mais aprofundada da interação entre o fungo patogênico Sporisorium scitamineum e a cana-de-açúcar, doença conhecida como \"carvão da cana\". O desenvolvimento de uma longa estrutura similar a um \"chicote\" a partir do meristema de plantas infectadas é a principal característica da doença, permitindo a efetiva dispersão dos teliósporos no campo. As plantas doentes apresentam um teor reduzido de sacarose e qualidade do sumo, levando a perdas econômicas consideráveis. No primeiro capítulo, o perfil de expressão gênica do patógeno durante o seu desenvolvimento in planta - nos primeiros momentos da infecção e após a emissão do chicote - e in vitro foi avaliado utilizando a técnica RNA-Seq. Foram analisados os genes preferencialmente expressos em cada condição, diferencialmente expressos em relação ao crescimento em meio de cultura, ou expressos apenas durante a interação. Os resultados permitiram a elaboração de hipóteses sobre os mecanismos de patogenicidade, sobre os genes candidatos a efetores ativos e a identificação de agrupamentos de genes expressos apenas durante a interação. No segundo capítulo, para determinar o compartimento celular alvo de alguns dos efetores candidatos e estabelecer um protocolo viável para o estudo de proteínas de S. scitamineum foi utilizada a técnica de expressão transiente. Os quatro genes mais expressos durante os momentos iniciais da interação que fazem parte do secretoma do fungo foram fusionados ao gene que codifica a proteína verde fluorescente (Citrina) e expressos em Nicotiana benthamiana. Os resultados de microscopia confocal e westernblots indicaram um acúmulo de cada uma das proteínas candidatas na membrana, citosol e/ou núcleo, além da ocorrência de modificações pós-traducionais. Esses dados oferecem novas oportunidades de estudo para a identificação de proteínas vegetais que interagem com tais efetores. No terceiro capítulo, as respostas transcricionais da cana-de-açúcar nos primeiros momentos de uma interação compatível e após o desenvolvimento do chicote foram analisadas utilizando novamente os dados obtidos a partir do dual RNAseq cana-carvão. Entre as principais respostas da cana destacou-se um aumento da expressão de genes que codificam fatores de transcrição do tipo MADS, indicando que o desenvolvimento do chicote pode usar uma rota semelhante à do florescimento, cuja sinalização parece iniciar logo nos primeiros momentos de colonização. Além disso, o desenvolvimento do chicote é acompanhado pelo aumento da transcrição de genes envolvidos em vias energéticas, e vias de síntese e sinalização hormonal. Genes que codificam para RGAs foram diferencialmente expressos e podem estar relacionados ao reconhecimento de efetores. No quarto capítulo, foi avaliado o perfil metabólico da cana-de-açúcar durante a progressão da doença, confirmando que no meristema de plantas infectadas ocorre um aumento da alocação de carbono em vias energéticas, além da regulação de vários aminoácidos e mudanças em relação à composição da parede celular em resposta ao desenvolvimento do chicote. A abordagem metabólica também permitiu a identificação de uma provável micotoxina derivada de S. scitamineum. Os resultados obtidos neste estudo contribuíram para aumentar a compreensão da interação entre S. scitamineum e a cana-de-açúcar que se caracteriza pela alta complexidade e especialização ao hospedeiro, e poderão ser utilizados de forma a auxiliar a caracterização de variedades resistentes e contribuir para o melhoramento da cana-de-açúcar com resistência ao carvão.

Proveniente das atividades de mineração, a drenagem ácida de minas (DAM) é uma solução aquosa caracterizada por valores de pH menores que 3 e diversidade de metais dissolvidos com concentrações que variam de 100 a 300mg.L-1, representa riscos ambientais, em especial, impactos hídricos, em conseqüência da solubilização e mobilização de metais pesados. A pesquisa por novos processos de tratamento de efluentes contaminados com metais tem focado sua atenção na capacidade que certos materiais biológicos têm de fixar íons metálicos. A biossorção é um processo vantajoso quando comparado aos tratamentos convencionais porque não requer custos de investimento e operação, é um processo rápido e pode ser seletivo, além disso, o metal pode ser recuperado e o biossorvente reutilizado. Rhodococcus opacus é uma bactéria, gram-positiva, não patogênica, de fácil aquisição que apresenta em sua parede celular compostos que lhe conferem hidrofobicidade, características que tornam esta espécie microbiana um potencial agente de sorção. O objetivo deste trabalho é avaliar a capacidade do Rhodococcus opacus como biossorvente destinado ao tratamento da drenagem ácida de minas proveniente da mineração de carvão. As características da superfície do microrganismo e os possíveis mecanismos de interação envolvidos na sorção dos metais pelo Rhodococcus opacus foram avaliados através da medida de potencial zeta, análise de espectroscopia de infravermelho e análise de imagens obtidas no icroscópio eletrônico de varredura (MEV). A porcentagem de metais presentes na composição das células de Rhodococcus opacus foi obtida através do ensaio de erda ao fogo e é de aproximadamente 1,8%. O equilíbrio do processo biossortivo em sistema multimetálico foi atingido em cerca de 1minuto, captando 48,2mg.g-¹ o que correspondo a aproximadamente 11,7% de remoção. O PIE da Rhodococcus opacus ocorreu em pH próximo a 2,6. / Originating from mining and mineral industry activities, the acid mine drainage (AMD) is an aqueous solution with pH lower than 3 and diversity of dissolved metals, with concentrations about 100 to 300mg.L-1, leads to serious environmental problems, specially on acquatic ecosystems, due to the solubilization of heavy metals. The search for new technologies on the treatment of effluents contaminated with metals is focused on some biological materials capacity of binding metallic ions. Treatment by biosorption is worthwhile when compared with conventional processes because it does not require high investiments, it is faster, metals can be recovered and biosorbent can be regenerated. Rhodococcus opacus is a gram-positive, nonpathogenic bacteria, that is easily obtained. Its hydrophobicity is due to compounds present in its surface. Such characteristics turn these microorganisms into a potential sorption agent. This paper aims to evaluate the Rhodococcus opacus capacity as a biosorbent in AMD treatment by batch experiments. The characteristics of the microorganism surface and the involved interaction mechanisms in the heavy metals sorption by Rhodococcus opacus, was evaluated based in the potential zeta measurements, infrared spectroscopy and electron microscopy scanning analysis. The metals percentage present in the composition of Rhodococcus opacus cells was obtained by loss on ignation technique, and was approximately 1.8%. The equilibrium of biosorptive process in the multi-metallic system was achieved at about 1 minute, uptake 48.2mg.g-1 corresponding to approximately 11.7% of removal. The Rhodococcus opacus IEP occurred at pH around 2.6.

Orientador: Daniel Marcos Bonotto / Banca: Dejanira Franceschi de Angelis / Banca: Veridiana Teixeira de Souza Martins / Banca: Wanilson Luiz Silva / Banca: Vania Silvia Rosolen / Resumo: O carvão mineral representa a maior fonte de combustível não renovável no Brasil para geração de energia elétrica. Em Figueira, Paraná, o carvão extraído pela Companhia Carbonífera do Cambuí abastece a termelétrica do município e faz parte da maior reserva ainda em exploração no estado, tendo sido lá registrada a ocorrência anômala de urânio. Para a avaliação de impactos radiológicos associados às atividades de extração, beneficiamento e queima do carvão mineral na área, foi realizada uma avaliação da composição das águas e solos amostrados na área em termos químicos e radiométricos, além do uso de organismos como biomonitores para a verificação dos níveis de contaminação atmosférica e dos solos. Por meio das análises, realizadas no Laboratório de Isótopos e Hidroquímica - Unesp, Rio Claro, Brasil, e no Laboratório de Física Nuclear Aplicada - Universidade de Sevilha, Sevilha, Espanha, foi observado que efluentes ácidos são originados a partir da oxidação de minerais de sulfeto e resultam em um acréscimo da taxa de solubilização de radionuclídeos nas águas subterrâneas e superficiais da região. À jusante da área da mineração, o pH nas águas dos rios foi mais ácido e o teor de algumas espécies químicas mais elevado, o que pode ser devido à descarga de efluentes ácidos provenientes da mineração. O mesmo comportamento foi verificado para os solos. Nas águas subterrâneas, as concentrações de atividade dos radionuclídeos foram notavelmente mais elevadas nas áreas de processamento do carvão, de disposição dos rejeitos e à jusante da planta da mina. Por meio do biomonitoramento, a eficácia de algumas espécies de líquens e musgos como bioindicadores da qualidade do ar em áreas afetadas por mina de carvão e termelétrica foi testada e comprovada, ... (Resumo completo clicaracesso eletrônico abaixo) / Abstract: Coal represents the largest source of non-renewable fuels in Brazil for electric power generation. In the city of Figueira, Paraná State, the coal extracted by Cambuí Company supplies the thermal power plant in the city and is part of the largest reserve that is nowadays being exploited in the area, where it was registered anomalous occurrence of uranium. For the evaluation of radiological impacts associated with the extraction, processing and burning of coal in the area, it was carried out an investigation of the water and soil chemical and radiological composition and some organisms were evaluated as biomonitors for the investigation of the air and soil pollution. Through the analysis, carried out in the Laboratório de Isótopos e Hidroquímica - Unesp, Rio Claro, Brazil, and Laboratorio de Física Nuclear Aplicada - Universidad de Sevilla, Spain, it was observed that acid effluents are generated from the oxidation of sulfide minerals and can result in an increase in the solubilization rate of radionuclides, enhancing the possibility of groundwater and soil contamination at levels of difficult treatment and recovery. Downstream of the mining area, the pH in the rivers waters was more acidic and the content of some chemical species was higher, probably due to the discharge of acid effluent from the mine. The same behavior was observed for the soils. In groundwater, the radionuclides activity concentrations were significantly higher in the areas of the coal industrial processing and in the tailings pile and downstream of the mine. Through the biomonitoring, the efficiency of some species of lichens and mosses as bioindicators of the air quality in areas affected by coal mine and thermal power plant has been tested and proven. 210Po was the radionuclide that showed the highest activity concentration in the investigated species. Through the 234U/ 238U rates it was observed ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

De acordo com Babu et al. (2015), o carvão mineral é um importante recurso natural devido à sua aplicação em várias atividades econômicas, como geração de energia, produção de aço, fabricação de cimento e produção de combustível líquido. Em função do custo e da baixa qualidade do carvão brasileiro (não coqueificável, na maioria das reservas, com elevado teor de cinzas e baixo poder calorífico), como apontado por Süffert (1997), as empresas brasileiras dos setores siderúrgico e termoelétrico necessitam importar este insumo, por via marítima. O desafio no planejamento da logística de suprimento desta matéria prima é garantir o abastecimento ao mínimo custo de estoque e de espera dos navios. A garantia de abastecimento passa por uma programação adequada da chegada e descarga dos navios. Quando a descarga de navios é uma operação gargalo, é necessário maior cuidado com a programação de recebimento, de maneira com que não haja atrasos, que causem a falta de produto, nem em muita antecipação, que podem significar excessivos tempo de fila para recebimento do material por falta de área para estocagem. Com o objetivo de se programar adequadamente a chegada de navios, de forma a evitar filas muito grandes e desabastecimento foi proposto um modelo de programação de chegada de navios, com base nos dados do complexo de Pecém. Este modelo proposto utilizou um buffer de tempo pré-determinado, que foi testado e validado através de simulação, com objetivo de minimizar os atrasos, de forma que possam ser absorvidos por um estoque de segurança, e as antecipações, de forma que não haja risco de falta de área de estocagem. / According to Babu et al. (2015), coal is an important natural resource due to its application in various economic activities, such as power generation, steel production, cement manufacturing and liquid fuel production. Due to the cost and low quality of Brazilian coal (not coking, in most reserves, with high ash content and low calorific value), as pointed out by Süffert (1997), Brazilian companies in the steel and thermoelectric sectors need to import this input, by sea. The challenge in planning the logistics of supply of this raw material is to guarantee the supply at the minimum cost of inventory and waiting of the ships. The supply guarantee is subject to adequate scheduling of arrival and unloading of ships. When ship unloading is a bottleneck operation, greater care is required with the scheduling of receipt, so that there are no delays, which cause the lack of product, or in much anticipation, that can mean excessive queue time for receiving the shipment material for lack of storage area. In order to properly program, the arrival of ships, in order to avoid very large queues and shortage, a model for the arrival of ships was proposed, based on data from the Pecém complex. This proposed model used a pre-determined time buffer, which was tested and validated through simulation, in order to minimize the delays, so that they can be absorved by a security stock, and the anticipations, so that there is no risk lack of storage area.

As cianotoxinas, potencialmente prejudiciais à saúde dos homens e animais, são toxinas produzidas pelas cianobactérias e que podem estar presentes em reservatórios utilizados para captação de água para abastecimento, sobretudo em função do agravamento das condições sanitárias das bacias hidrográficas. Diante disso, torna-se fundamental que a água esteja adequada ao consumo humano em sua distribuição. Uma das formas de tratamento para remoção das cianotoxinas que vem sendo estudada é por meio do uso de carvão ativado granular &#40;CAG&#41;, cuja eficiência depende de suas características intrínsecas e das condições operacionais. Outra possibilidade para remoção de tais toxinas se dá por meio da utilização de microrganismos capazes de promover sua biodegradação. A presente pesquisa analisou o potencial de remoção de microcistina por meio de adsorção por três diferentes CAGs comerciais &#40;materiais de origem: casca de coco, mineral e osso&#41; e por meio da degradação biológica por dois gêneros de bactérias. Para isso, foi utilizado um extrato de toxina produzido por meio do cultivo de Microcystis aeruginosa &#40;cepa BB005&#41; em meio WC, ao longo de 30 dias, com fotoperíodo de 12 h. Os carvões foram caracterizados de acordo com a massa específica aparente, umidade, pH, teor de cinzas, número de iodo, índice de azul de metileno e área superficial específica. Em seguida, foram realizados ensaios de adsorção com a microcistina &#40;concentração inicial de 100 &#181;g.L-1&#41; para construção de isotermas com tempo de equilíbrio de 1 h. As análises de toxina foram realizadas pelo método ELISA e os dados foram ajustados aos modelos matemáticos de Langmuir e de Freundlich. Os melhores resultados de adsorção foram obtidos a partir do carvão de origem mineral &#40;99&#37; de remoção&#41;, que apresentou valores maiores para número de iodo &#40;710 mgI2.g-1&#41;, índice de azul de metileno &#40;169 mL.g-1&#41;, área superficial específica &#40;911 m2.g-1&#41; e porcentagem de microporos &#40;70&#37;&#41;, com melhor ajuste da isoterma obtido pelo modelo de Freundlich &#40;R2 &#61; 0,88&#41;. Os ensaios de biodegradação da microcistina com os gêneros Sphingomonas sp. e Brevundimonas sp foram realizados com a toxina esterilizada e não esterilizada &#40;concentração inicial de 75 &#181;g.L-1&#41;. Os resultados demonstraram que tais bactérias não foram capazes de degradar a toxina esterilizada. Entretanto, foi observada degradação nos ensaios em que a toxina não estava esterilizada &#40;porcentagem de remoção de 98&#37;&#41;, indicando a presença de algum microrganismo e/ou enzima atuante nesse processo, uma vez que o cultivo da cepa para obtenção do extrato não foi realizado sob condições de assepsia. Recomenda-se, para futuras pesquisas, a identificação do responsável pela biodegradação da microcistina, bem como a aplicação do carvão mineral em maior escala &#40;filtro de leito fixo&#41;. Deste modo, será possível avaliar a formação de biofilme no leito de carvão, e comparar o desempenho da adsorção e da biodegradação na remoção do poluente-alvo em escala mais próxima à real. / The cyanotoxins, which are potentially harmful to the health of humans and animals, are toxins produced by cyanobacteria. They can be found in reservoirs used for water supply, especially due to the degradation of sanitary conditions within the watersheds. Therefore, it is essential to assure potable water for human consumption in its distribution. The use of granular activated carbon &#40;GAC&#41; has been studied for advanced water treatment and cyanotoxins\' removal. The efficiency of such technology depends on activated carbon intrinsic characteristics and operating conditions. Removing such toxins through biodegration by microrganisms is another possibility. The present study was perfomed in laboratory conditions and analyzed microcystin removal by adsorption by three commercial GACs &#40;source materials: coconut shell, mineral and bone&#41; and through the biological degradation by two genera of bacteria. An extract of toxin was produced by the cultivation of Microcystis aeruginosa &#40;strain BB005&#41;, in medium WC throughout 30 days, with a 12 h photoperiod. The activated carbon samples were characterized regarding the apparent density, moisture, pH, ash content, iodine number, methylene blue index and specific surface area. Thereafter, adsorption experiments were conducted with microcystin &#40;initial concentration of 100 &#181;g.L-1&#41; for estimating isotherms considering an equilibrium time of 1 h. The toxin analyses were performed by the ELISA &#40;Enzyme-Linked Immunosorbent Assay&#41; and the data were adjusted to the mathematical models of Langmuir and Freundlich. The best adsorption results were obtained with the mineral carbon &#40;removal percentages of 98&#37;&#41;, which also showed the highest values for the iodine number &#40;710 mgI2.g-1&#41;, methylene blue index &#40;169 mL.g-1&#41;, specific surface area &#40;911 m2.g-1&#41; and percentage of micropores &#40;70%&#41;, with best adjustment of the isotherm through the Freundlich model &#40;R2 &#61; 0.88&#41;. The biodegradation tests of microcystin with Sphingomonas sp. and Brevundimonas sp. were carried out with the sterile and non-sterile toxin &#40;initial concentration of 75 &#181;g.L-1&#41;. The results showed that these bacteria were not able to promote degradation of the toxin when it was sterilized. However, the degradation was observed in those tests in which the toxin was not sterilized &#40;reduction up to 98%&#41;, suggesting the presence of a microrganism and&#47;or an enzyme responsible for this process, since the cultivation of the strain for obtaining the extract was not performed under sterile conditions. As for future research, it is recommendedthe identification of the factor responsible for the biodegradation of the microcystin, as well as the study of the use of the activated carbon from mineral source in a larger scale &#40;fixed-bed filter&#41;. This would help to reach a scale closer to the real water treatment plants and evaluate the biofilm formation in the carbon bed, allowing the comparison of the performance of both adsorption and biodegradation processes in the removal of the target pollutant.

A indústria de ferro e aço corresponde a cerca de 8% das emissões globais de CO2. O carvão vegetal é uma alternativa existente ao uso de carvão fóssil e coque na indústria metalúrgica e é utilizado em alguns altos fornos no Brasil. Embora possua algumas vantagens em termos de maior reatividade e menor teor de cinzas em relação ao coque, o carvão vegetal possui baixa resistência mecânica e alta friabilidade, dificultando o transporte, manuseio e os processos. Não existem normas para avaliar a resistência à compressão de carvão vegetal, e os métodos existentes empregados em outras pesquisas consistem em preparar corpos de prova livres de defeitos e comprimi-los na direção das fibras. Por se tratar de um material com formato irregular, granular e anisotrópico, estes ensaios podem não revelar o comportamento de um leito de carvão vegetal, como um todo, quando sujeito a cargas compressivas. Isto pode não representar condições industriais, onde a carga sobre o carvão não é aplicada exclusivamente na direção das fibras, mas é aplicada de maneira aleatória. Esta dissertação propõe uma abordagem para se quantificar os efeitos da aplicação de cargas compressivas sobre um leito de carvão vegetal distribuído aleatoriamente. Isto representa uma tentativa de simular condições mais próximas das industriais, como ocorreria em um alto forno, em vez de fazer a análise de pedaços individuais de carvão. Foi montado um aparato consistindo em um tubo contendo um leito de carvão e com um êmbolo empurrado por máquina de ensaio universal. As experiências consistem em utilizar o aparato para realizar repetições de ensaios de compressão de carvão de tamanho inicial controlado. Assim, é obtida uma distribuição granulométrica em função da carga aplicada, que é classificada por peneiramento e pesagem. A partir disto, a distribuição granulométrica é analisada de forma qualitativa e quantitativa com uso de ferramentas estatísticas. Através dos índices de quebra e sobrevivência, o método produz resultados reprodutíveis com número de repetições suficiente. Desta forma, é possível prever o comportamento de um leito de carvão vegetal sob compressão. / The iron- and steel industry is responsible for about 8% of the total global CO2 emissions. Charcoal is an existing alternative to the use of coal and coke in the metallurgical industry and is used in some blast furnaces in Brazil. Although it has some advantages against coke in terms of higher reactivity and lower ash contents, charcoal has inherently low mechanical strength and high friability, imposing difficulties to its transportation, handling and use in processes. There are no standards to evaluate charcoal compression strength, and the existing methods used in other researches consist in using prepared specimens and compressing them in the direction of the fibres. As charcoal is irregular shaped, granular and anisotropic, these tests may not reveal the behaviour of a charcoal bed, as a whole, when undergoing compressive loads. This may not relate to industrial conditions, where the load on charcoal is not exclusively applied on the direction of the fibres, but is randomly applied instead. This dissertation proposes an approach to quantify the effects of applying load on randomly distributed bulk charcoal. This represents an attempt of simulating conditions similar to what is expected in the industrial practice, such as in a blast furnace, rather than analysing individual pieces of charcoal. An apparatus has been prepared consisting of a tube and a piston that is pushed by an universal test machine. The experiments consist in carrying out repeated tests of compression of controlled sized charcoal with the apparatus. A particle size distribution is obtained as a function of the applied load, which is then classified by screening and weighing. Based on that, the particle size distribution is analysed both qualitative and quantitatively by using statistical tools. By means of the friability and survivability indexes, the method generates reproducible results with a sufficient number of repeats. In this way, it is possible to predict the behaviour of charcoal bulk under compression.