Nos últimos anos, novas tecnologias têm sido desenvolvidas para a redução da emissão de gás carbônico, um dos principais causadores do efeito estufa. Na indústria de ferro e aço, grande emissora de gás carbônico, tecnologias para uso mais eficiente de carvão fóssil tem sido desenvolvidas. Uma dessas tecnologias é o produto chamado de CCB (Carbon Composite Iron Ore Hot Briquette), um composto de minério de ferro e carbono briquetado a quente que usa a plasticidade térmica do carvão fóssil como aglomerante para aumento da resistência mecânica do aglomerado. Esse produto tem como vantagens a alta velocidade de reação e alta resistência mecânica a altas temperaturas, diferentemente das pelotas autorredutores que usam aglomerantes inorgânicos. Os objetivos deste trabalho foram: (a) propor um método para a fabricação de aglomerados autorredutores de minério de ferro e carvão fóssil via briquetagem a frio seguida de tratamento térmico; (b) identificar a principais variáveis de processo de fabricação; e (c) estudar o comportamento cinético durante a redução dos briquetes produzidos. Para fabricar os briquetes foram utilizados dois métodos de briquetagem, um em matriz cilíndrica de compressão uniaxial, e outro em prensa de rolos. Foram identificadas as principais variáveis de processo na fabricação dos briquetes: temperatura de tratamento térmico; tamanho de partícula dos componentes da mistura; características do carvão fóssil; pressão de compressão na conformação dos briquetes; proporção dos componentes; e taxa de aquecimento do tratamento térmico. A qualidade dos briquetes foi mensurada por sua resistência à compressão. Foi observado que a obtenção de um briquete autorredutor comparável com os CCBs, deve levar em conta as seguintes condições de fabricação: (a) tamanho de partícula do carvão fóssil entre 0,105 e 0,053 mm (150 e 270 mesh); (b) quantidade de carvão fóssil na mistura entre 25 e 30% em peso; e (c) temperatura de tratamento térmico de 500°C. Além disso, quanto maior a taxa de aquecimento do tratamento térmico, maior a resistência à compressão dos briquetes. A cinética de redução dos briquetes autorredutores tratados termicamente é bastante sensível à temperatura (E = 369 kJ/mol), principalmente quando comparada a pelotas autorredutoras de minério de ferro e carvão vegetal (E 200 kJ/mol). / In recent years, new technologies have been developed to reduce carbon dioxide emissions, one of the main causes of the greenhouse effect. Innovative energy saving technologies have been developed to improve the efficiency of coal usage, especially in the iron making industry, which emits large amounts of carbon dioxide. One of these technologies is a product known as CCB (Carbon Composite Iron Ore Hot Briquette), a self-reducing carbon composite iron ore that uses the thermal plasticity of coking coals as a binder to enhance the mechanical strength of the agglomerate. This product has advantages such as high reaction rate and high mechanical strength at high temperatures when compared against self-reducing pellets that uses inorganic binders. The objectives of this study are: (a) to propose a method for manufacturing composite briquettes of iron ore and coal hardened by heat treatment; (b) to identify the main process variables of the fabrication; and (c) to study the agglomerate reduction kinetics. Two methods of briquetting have been employed, one using a cylindrical die and the other using a laboratory roller press. The main process variables for manufacturing the briquettes have been identified: the heat treatment temperature; the particle size of the components; the coal characteristics; the briquetting pressure; the proportion of the components; and the heating rate. Compressive strength tests have been performed. It was observed that obtaining a self-reducing briquette as strong as the CCB should consider the following fabrication conditions: (a) coal particle size between 0,105 and 0,053 mm (150 and 270 mesh); (b) coal amount in the mixture between 25 and 30 wt%; and (c) heat treatment temperature of 500°C. Also, higher heating rates showed higher briquette compressive strengths. The self-reducing briquettes reduction kinetics are very sensitive to temperature (E = 369 kJ/mol), especially when compared against self-reducing pellets of iron ore and charcoal (E 200 kJ/mol).

Com o aumento crescente das restrições ambientais acompanhado do aumento crescente da demanda energética e matéria-prima pela população que cresce em proporções assustadores com poucos indícios de sua descida fizeram com que buscassem alternativas com viabilidade econômica e reduzisse os impactos ambientais. Para o carvão mineral, a alternativa encontrada é a Gaseificação do Carvão em Subsolo. Das vantagens encontradas com o processo, as mais interessantes são: a segurança operacional e pouca infraestrutura necessária, competitividade no preço do produto gerado (gás sintético) e pouco gerenciamento do rejeito produzido já que as cinzas são deixadas nas cavidades em subsolo. Uma das dificuldades encontradas é mostrar a mudança do comportamento mecânico e acústicos das rochas e maciço rochoso quando submetido a alta temperatura ou pós-operacional com o resfriamento das cavidades geradas durante o processo. O maciço rochoso, o sistema de fraturas e as suas propriedades mecânicas (resistência à compressão e resistência à tração) e as propriedades física (permeabilidade e anisotropia) influênciam o design operacional do processo. Com os resultados obtidos foi possível uma interdependência linear entre as velocidades das ondas P e S, essa mesma interrelação foram observadas antes e depois do ciclo de aquecimento e resfriamento com coeficiente de determinação (R²) de 0,9177 e 0,9472, respectivamente. As velocidades das ondas P e S são reduzidas com a temperatura. A redução é mais evidente na onda P com redução máxima de 39% do valor inicial. A velocidade da onda S é reduzida continuamente a partir dos 800°C, passando de 7 % para 3% da velocidade inicial. A regressão feita com a resistência à compressão dos ensaios triaxiais diverge dos resultados obtidos nos ensaios uniaxiais. Os resultados da resistência à tração e os de resistência à compressão apresentaram aumento e redução da resistência em diferentes temperaturas. A resistência à compressão não apresentou qualquer regressão com as velocidades ultrassônicas, enquanto que o módulo de Elasticidade estático apresentou uma regressão linear crescente com a velocidade da onda P com coeficiente de determinação (R²) de 0,7922. / With the increasing increase of environmental restrictions, accompanied by an increasing increase in energy and raw material demand by the population that grows to frightening proportions with little evidence of their descent, they have sought to find alternatives with economic viability and reduce environmental impacts. For coal, the alternative found is Coal Gasification in Subsoil. Of the advantages found in the process, the most interesting are: operational safety and little infrastructure required, competitiveness in the price of the product generated (synthetic gas) and little management of the waste produced since the ashes are left in the underground cavities. One of the difficulties is to show the change in the mechanical and acoustic behavior of rocks and rock mass when submitted to high temperature or postoperational with the cooling of the cavities generated during the process. The rock mass, the fracture system and its mechanical properties (compressive strength and tensile strength) and physical properties (permeability and anisotropy) influence the operational design of the process. With the results obtained, a linear interdependence between the P and S velocities was possible. This same interaction was observed before and after the heating and cooling cycle with coefficient of determination (R²) of 0,9177 and 0,9472, respectively. P and S wave velocities are reduced with temperature. The reduction is more evident in the P wave with a maximum reduction of 39% of the initial value. The S wave velocity is continuously reduced from 800 ° C, from 7% to 3% of the initial velocity. The compressive strength with the triaxial tests differs from the results obtained in the uniaxial tests. The results of the tensile strength and the compressive strength showed increase and reduction of the resistance with different temperatures. The compressive strength did not show any regression with the ultrasonic velocities, while the static elasticity modulus presented an increasing linear regression with the P-wave velocity with determination coefficient (R²) of 0,7922.

MIB e Geosmina são os principais agentes causadores de gosto e odor em águas de abastecimento. O carvão ativado em pó (CAP) desempenha um ótimo papel na remoção de MIB e Geosmina, entretanto, estudos tem comprovado que sua capacidade de adsorção é consideravelmente prejudicada quando em contato com concentrações residuais de agentes oxidantes empregados na etapa de pré-oxidação. Com o objetivo de avaliar o efeito da presença de permanganato de potássio na fase líquida no processo de adsorção de MIB e Geosmina pelo CAP, este estudo foi desenvolvido combinando diferentes dosagens do agente oxidante (zero, 1 e 2 mg L-1 ) e CAP (20 e 40 mg L-1) visando a remoção de MIB e Geosmina. Observou-se uma redução nas concentrações residuais do permanganato de potássio na água, o que evidencia a existência de uma interação entre o agente oxidante e o CAP. A utilização do permanganato de potássio conjuntamente ao CAP mostrou-se prejudicial à remoção de MIB e Geosmina sendo que para a aplicação de 20 mg L-1 de CAP, a presença de 2 mg L-1 de agente oxidante na fase líquida provocou uma redução na remoção de MIB e Geosmina de cerca de 50%. A presença do permanganato de potássio na água, no entanto, não provocou alteração no tempo de contato necessário para a adsorção dos micropoluentes estudados no CAP. Fica evidente, portanto, a necessidade do controle da dosagem do agente oxidante a ser aplicado a fim de se evitar concentrações residuais que possam interagir com o CAP reduzindo sua capacidade de remoção de MIB e Geosmina. / MIB and Geosmin are the main agents causing taste and odor in domestic water supply. Powdered activated carbon (PAC) plays an important role in the removal of MIB and Geosmin, however, studies have shown that its adsorption capacity is considerably impaired when in contact with residual concentrations of oxidizing agents used in the pre-oxidation stage. This study evaluated the effect of adding potassium permanganate in the liquid phase during the adsorption of MIB and Geosmin to PAC. The removal of MIB and Geosmin was evaluated with different dosages of the oxidizing agent, potassium permanganate (zero, 1 and 2 mg L-1) and PAC (20 and 40 mg L-1). The results showed a reduction in the residual permanganate in water, indicating an interaction between the oxidizing agent and the PAC. The use of potassium permanganate together with PAC reduced the MIB and Geosmin removal. The addition of 20 mg L-1 of PAC, in the presence of 2 mg L-1 of oxidizing agent in the liquid phase reduced the removal of MIB and Geosmin by 50%. The contact time required for the adsorption of the micropollutants to PAC, however, was not affected by the presence of potassium permanganate in the water. Therefore, the need to control the oxidizing agent\'s dosage is evident. Dosage control of the oxidizing agent can reduce its residual concentrations, which may interact with the PAC reducing its ability to remove MIB and Geosmin.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-07-06T16:41:24Z No. of bitstreams: 1 Flavio Michels Bianchi_.pdf: 5656297 bytes, checksum: babcb37759c827b4912894a5e8a91ccd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-06T16:41:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Flavio Michels Bianchi_.pdf: 5656297 bytes, checksum: babcb37759c827b4912894a5e8a91ccd (MD5) Previous issue date: 2018-03-21 / Nenhuma / Baseado na tecnologia de leito fluidizado borbulhante, um combustor em escala de bancada foi utilizado para conduzir trabalho de pesquisa em coqueima de misturas de carvão mineral e biomassa (serragem). O carvão mineral presente no sul do Brasil é na sua maioria do tipo sub-betuminoso e é beneficiado para alcançar requisitos típicos das usinas termelétricas localizadas no sul do Brasil. Tem aproximadamente 40% de cinzas e uma substancial quantidade de enxofre (aproximadamente 2%). A umidade é um componente comum nas biomassas e que pode dificultar a combustão da biomassa pura exigindo ajustes operacionais. Além disso, o percentual de umidade normalmente sugere poderes caloríficos menores quando comparados com o carvão. Verificando algumas características destes combustíveis a queima combinada aparece como possibilidade de minimizar problemas associados a queima singular destes combustíveis. A proposta deste trabalho foi de determinar a melhor proporção de mistura para a operação de coqueima, misturando carvão mineral e biomassa de madeira em um combustor de leito fluidizado borbulhante em escala de bancada. Resultados experimentais sugerem que misturas de combustível contendo até 10% de biomassa oferecem melhores resultados em termos de emissões e controle da estabilidade das temperaturas. Também foi pretendido avaliar o impacto das emissões nos gases de exaustão quando comparado com a queima simples de carvão mineral em leito fluidizado borbulhante. O estudo apresentou boa eficiência de combustão para os casos considerados, incluindo baixas emissões de CO e alcatrões. As emissões de SO2 não foram afetadas pela presença da biomassa. Ademais, o regime de fluidização de 6 umf e o excesso de ar de 70% foram estimados como mais assertivos para a operação baseados no desempenho e temperatura dos gases de exaustão. / Based on bubbling fluidized bed technology, a bench scale combustor was used to conduct research works in co-firing of coal and biomass (wood shavings) blends. South Brazilian subbituminous coal, beneficiated to achieve typical thermal power plant requirements located in south Brazil. Still have about 40% of ash content and a substantial amount of sulfur (around 2%). Related to some processes including an environmentally friendly concept of combustion, but not giving up the reliability of coal in terms of supply and storage, a co-firing of coal together with biomass agrees with these interests. Biomass wood shavings in the south of Brazil are cheap, easy to find and an obviously renewable source of energetic fuel. Nevertheless, this kind of biomass is rich in moisture. The moisture is a usual component of biomasses, which may hinders the combustion of biomass alone requiring operational adjustments. Furthermore, the percentage of moisture normally suggests lower heating values when compared to coal. Characteristics of these fuels indicate that cofiring can minimize problems associated with the single burning of these fuels. The purpose of this work was to determine the best blend proportion of operation for co-firing, mixing coal and wood shavings in a bubbling fluidized bed bench scale combustor. Experimental results suggest that fuel blends containing up to 10% biomass provide better results in terms of emissions and temperature control. It was also intended to evaluate the impact on flue gas emissions when compared with just coal burning in a bubbling fluidized bed. The study presented good combustion efficiency for the considered cases, including low emissions of CO and tars. SO2 emissions were not affected by the presence of biomass. In addition, the fluidization regime of 6 umf and the excess air of 70% were estimated as more assertive for the operation based on the performance and temperature of the exhaust gases.

A drenagem ácida de mina (DAM) gerada no processo de mineração de carvão, na presença de minerais sulfetados, tem provocado danos ambientais significativos no ecossistema de sua abrangência. Tecnologia de tratamento ativo baseada em processos de Neutralização, Precipitação e Sedimentação tem sido empregada para atenuar a carga de poluentes no efluente, antes do seu descarte em corpos receptores. A mesma, apesar da sua eficiência vem se mostrando bastante onerosa quando aplicada durante um longo período, devido aos custos com insumos, manutenção, potencial humano e energia. Nos últimos anos, vem sendo desenvolvidos sistemas que socorrem-se da ocorrência natural de processos químicos, biológicos e físicos para purificar água de mina contaminada. Estes são designados sistemas passivos, cuja implantação e funcionamento tem se mostrado menos onerosa em relação ao sistema ativo. Capão da Roça, situado no município de Charqueadas é uma das regiões do Brasil onde ocorre contaminação de solos e rios pela DAM gerada a partir de um depósito de rejeitos. Aplicando o fluxograma recomendado por diversos autores para a seleção do sistema passivo, tomando em conta as características do efluente achou-se viável instalar um canal aberto de calcário para o tratamento da DAM do Capão da Roça em virtude de a mesma apresentar acidez maior que a alcalinidade, oxigênio dissolvido maior que 5mg/l, Fe+3 maior que 25% em relação ao Fe2+. A quantidade de efluente e a declividade do terreno da área estudada permite que se opere com vazão maior que 12m3/h no sistema passivo. De acordo com a acidez do efluente foi determinado o tempo de detenção de 1hora para o tratamento da DAM no sistema. A partir de estudos similares sobre o uso de calcário em sistemas passivos, encontrou-se a massa de 338,6 toneladas para o empreendimento funcionar em 10 anos, considerando uma dissolução de calcário de 100%, num canal com 10% de declividade, 1m de profundidade e 2, 5 metros de largura para tamponar uma solução de DAM com vazão de 1000 L.min-1 num canal de 47metros de cumprimento. De acordo com cálculos baseados num modelo empírico, ficou demonstrado que o diâmetro e área de superfície do calcário poderão diminuir ao longo do tempo, considerado a sua dissolução. / Acid mine drainage (AMD) generated in the coal mining process in the presence of sulfide minerals, have been causing significant environmental damages to the ecosystem of its coverage. Active treatment technology based on neutralization, precipitation and sedimentation processes, has been used to alleviate the load of pollutants in the effluent prior to discharges into receiving bodies. Despite their efficiency has proved quite costly when applied over a long period due to input costs, maintenance, manpower and energy. In recent years project defined 'passive treatment' has been developed as the improvement of water quality using only naturally occurring chemical, biological and physical processes, hence, the deployment and operation have been less costly compared to the active systems. Capão da Roça, located in the municipality of Charqueadas is one of the regions of Brazil where occurs contamination of soils and rivers by AMD generated from a waste dump. Using the flowchart recommended by several authors for selecting the passive system, taking into account the wastewater characteristics, was found to be feasible to install an open limestone channel for the treatment of AMD because it has higher acidity than alkalinity, dissolved oxygen greater than 5mg / l, Fe3+ greater than 25 % in relation to Fe2+. The amount of effluent and the slope of the study area terrain allows to operate with a flow rate greater than 12m3/ h in the passive system. According to the acidity of the effluent was determined retention time of 1 hour for the treatment of the AMD system. From similar studies on the use of limestone in passive systems, was found the mass of 338.6 tons for the enterprise operating over 10 years, assuming a 100% limestone dissolution channel with a 10% slope, 1 meter deep and 2,5 meters wide to buffer an AMD solution with a flow rate of 1000 L.min-1 in channel with 47 meters of length. According to the calculations based on empirical model, it was shown that the diameter and the surface area of limestone may decline over time, considering its dissolution.

O presente estudo tem por objetivo avaliar a eficiência da remoção de corantes têxteis por meio do processo de adsorção em batelada e em coluna de leito fixo, utilizando caroço de cacau e caroço de pêssego para a produção de carvão ativado. Isotermas de adsorção foram obtidas em seis (6) diferentes temperaturas (na faixa de 25 a 50ºC). A concentração inicial de corante variou entre 300 e 1500 mg.L-1 para o corante Violeta Reativo 5 (RV-5) e 500 e 1700 mg.L-1 para o corante Vermelho de Prociona MX-5B (PR-5B). No estudo cinético, o tempo de retirada de amostras foi variado entre 5 e 480 min e foram analisadas duas diferentes concentrações iniciais, 400 mg.L-1 e 1000 mg.L-1 para RV-5 e 400 mg.L-1 e 600 mg.L-1 para o PR-5B. Para avaliar a capacidade de remoção de corantes pelos adsorventes produzidos, foram simulados dois efluentes contaminados por corantes usualmente empregados no tingimento de tecidos. Os resultados obtidos indicaram que o processo segue o modelo de Liu para os dois corantes em todas as temperaturas analisadas, apresentando capacidade máxima de remoção do RV-5 de 603,3 mg.g-1 para o CCA e 517,1 mg.g-1 para o CAC e para o corante PR-5B as capacidades máximas obtidas foram 297,2 mg.g-1 para o CPA e 174 mg.g-1 para o CAC. O modelo cinético de ordem-geral apresentou o melhor ajuste aos dados cinéticos para todas as condições analisadas. Os parâmetros termodinâmicos de adsorção indicam que há uma interação física entre os corantes e os adsorventes analisados, e que a adsorção é exotérmica e espontânea. Para os efluentes têxteis simulados, o CCA se mostrou capaz de reduzir acima de 95% a concentração de contaminantes nos efluentes simulados. Quando o CPA foi utilizado, a remoção de contaminantes foi acima de 88%. Os experimentos em coluna de leito fixo para o PR-5B indicaram que o processo de adsorção é favorecido para menores valores de vazão de alimentação e concentração inicial e maior massa de adsorvente. Os dados obtidos neste estudo mostram que os carvões produzidos apresentam potencial para remoção de corantes da indústria têxtil. / This study purpose evaluate the efficiency of removal of textile dyes by adsorption process in batch and fixed bed column, using cocoa seed and peach stone for carbon production. The adsorption isotherms were constructed in six different temperatures ranging between 25 and 50°C and the initial dye concentration ranged between 300-1500 mg.L-1 for the dye Reactive Violet 5 (RV-5) and 500-1700 mg.L-1 for the dye Procion Red MX-5B (PR-5B). In the kinetic study the time-sampling was varied between 5 and 480 min using two different initial concentrations, 400.0 mg L-1 and 1000 mg.L-1 to RV-5 and 400 mg.L-1 and 600 mg.L-1 to PR-5B. To evaluate the ability of removing the dyes with the prepared adsorbents two contaminated effluents were simulated with dyes used in the dyeing of textiles. The results indicate that the process is better fitted by Liu isotherm model for both dyes in all temperatures used, obtaining a maximum capacity removal for RV-5 of 603.3 mg.g-1 using CCA and 517.1 mg.g-1 for CAC and for the dye PR-5B the maximum adsorption capacities obtained were 297.2 mg.g-1 for the CPA and 174 mg.g-1 for CAC. The general-order kinetic model presented the best fit to the kinetic data for all examined conditions. The adsorption thermodynamic parameters indicate that exist a physical interaction between the dyes and adsorbents analyzed, the adsorption is physical, spontaneous and exothermic. For the simulated textile effluents, CCA has been shown to reduce by 99.4% the concentration of contaminants in the effluent A and 95.6% of the effluent B. When activated peach carbon (CPA) was used, contaminant removal was 94.7% and 88.4% for effluents A and B, respectively. The tests in a fixed bed column for the PR-5B show that the adsorption process is favored for lower flow rate and lower initial concentration and higher mass of adsorbent. The data obtained in this study show that the carbons produced have potential for removal of dyes from textile industry.

A presença de elevada carga nitrogenada em corpos hídricos pode causar sérios impactos ambientais como a eutrofização e a toxicidade do meio. Um dos processos que possibilitam a remoção de nitrogênio de efluentes é a adsorção, na qual o uso de adsorventes alternativos tem sido aplicado para o aproveitamento de resíduos e redução dos custos no processo. Dentro deste contexto, o processo de extração e beneficiamento do carvão fóssil na Região Sul do Brasil produz um rejeito (RB) com características que possibilitam sua aplicação na síntese de zeólitas, as quais podem ser utilizadas como adsorventes. Assim, o objetivo da presente tese foi avaliar a remoção do íon amônio de soluções aquosas por adsorção utilizando-se zeólitas naturais e sintetizadas a partir do rejeito RB. Em um primeiro momento, experimentos de adsorção foram conduzidos utilizando-se zeólita Na-clinoptilolita para conhecimento dos parâmetros termodinâmicos e da capacidade de regeneração do material. Posteriormente, a síntese de zeólitas utilizando rejeito RB foi realizada variando-se a fonte de alumínio, o emprego da agitação do meio durante a síntese e temperatura de calcinação do rejeito. A caracterização dos materiais foi feita através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia por Dispersão em Energia (MEV-EDS), Potencial Zeta (PZ), Fluorescência de Raios X (FRX), Porosimetria de Nitrogênio (BET), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Por fim, experimentos de adsorção de amônio foram feitos para o material que apresentou o maior conteúdo de íons sódio em sua composição. Quanto aos estudos com a Na-clinoptilolita, o estudo termodinâmico demostrou que a constante de equilíbrio (K0) da adsorção da zeólita estimada por diferentes métodos pode apresentar variação de até 105 de um método para outro. O estudo em questão também revelou que o método de Gaines e Thomas é o mais adequado para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos. Nos testes de regeneração da zeólita utilizando-se solução NaCl de 0,5 a 3,0 M foram obtidos valores acima de 76% de regeneração para toda faixa de concentração avaliada, sem o reuso da solução de NaCl. Os testes feitos com o reuso da solução salina na etapa da dessorção permitiram concluir que é possível tratar até 160 mL de efluente utilizando-se somente 20 mL de solução NaCl 1,0 M, mantendo-se uma capacidade de adsorção equivalente a 80% da capacidade original da zeólita. Através da aplicação de diferentes condições de síntese utilizando o rejeito RB, foram obtidos sete diferentes materiais. O material que apresentou maior conteúdo de Na+ em sua composição foi obtido utilizando-se: pré-tratamento do rejeito com calcinação a 800 °C, síntese sem agitação do meio reacional e sem adição de fonte de alumínio. As análises do material indicaram formação de zeólitas dos tipos SOD e LTA. Quanto à adsorção de íons amônio, o mesmo apresentou capacidade de adsorção (qe) equivalente a 6,8 mg·g-1 (a 25ºC), que corresponde a 34 % do valor obtido para a Na-clinoptilolita, indicando que a síntese ainda necessita de melhoramentos para tornar o material mais competitivo frente à zeólita natural comercializada. / The presence of high nitrogen loading in water bodies can cause serious environmental impacts, such as eutrophication and toxicity of the medium. One of the process that enables nitrogen removal from effluents is adsorption, in which the use of alternative adsorbents have been applied in order to reuse wastes from other production processes and for lowering costs. Within this context, the coal mining and beneficiation in southern Brazil generates a waste with features that allow its application in zeolite synthesis. Thus, the objective of this thesis was to evaluate the removal of ammonium from aqueous solutions by adsorption using a natural zeolite and a zeolite synthesized from coal beneficiation tailings. Firstly, adsorption experiments were conducted using the natural zeolite Na-clinoptilolite in order to understand the thermodynamics and regeneration of process. Then, zeolite synthesis experiments using coal beneficiation tailings (RB) were conducted by varying the source of aluminum, stirring during crystallization step, and the calcination temperature applied to RB. The characterization of materials was made through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Zeta Potential (ZP), X-rays Fluorescence (XRF), Porosimetry of Nitrogen (BET), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR) and Cation Exchange Capacity (CEC). Finally, a test of ammonium adsorption was made with the material that had the highest content of Na+ in its composition. Regarding the studies with Na-clinoptilolite, the thermodynamic study showed that the equilibrium constant (K0) to adsorption process estimated through different approaches can present variation of up to 105 from one method to another. This study also revealed that the Gaines and Thomas method was the most adequate to the estimative of thermodynamic parameters. In the Na-clinoptilolite regeneration tests using NaCl solution from 0.5 to 3.0 M were obtained values above 76% regeneration to whole concentration range evaluated, without the reuse of NaCl solution. Tests made with the reuse of saline solution in the desorption step showed that it is possible to treat up to 160 mL of effluent using only 20 mL of NaCl solution, maintaining an adsorption capacity of 80 % of zeolite original capacity. By applying different synthesis conditions using the by-product of coal processing, seven different materials were obtained. The material with the highest content of Na+ was obtained using: calcination at 800°C as a thermal pretreatment applied to the waste, no stirring of the reaction during crystallization step and no additional aluminum source. The analysis of this material indicated formation of zeolites SOD and LTA. This same material was tested for the adsorption of ammonium, resulting in adsorption capacity (qe) of 6.8 m2·g-1, under the same conditions as the test with Na-clinoptilolite (at 25 ºC), which corresponds to 34 % of Na-clinoptilolite capacity, indicating that the synthesis still need some improvement in order to make the synthetic material competitive faced with the natural one.

Pela primeira vez incêndios florestais são identificados em uma associação de fácies contendo a Flora Dicroidium nos sedimentos avermelhados do Triássico Médio (Ladiniano) na parte sul da Bacia do Paraná (Formação Santa Maria, Rio Grande do Sul). A extensão geográfica dessa assembleia de plantas foi, assim, estendida no Gondwana brasileiro. As análises por petrografia orgânica, fluorescência, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de varredura (tipo field emission gun - MEV-FEG) revelaram a presença recorrente de carvão vegetal (charcoal) na sucessão vertical de fácies relacionadas a um modelo deposicional de fluxos efêmeros de baixa densidade do tipo inunditos. O carvão microscópico (micro-charcoal) ocorre como fragmentos comuns em diferentes fácies, enquanto que o carvão vegetal macroscópico (macro-charcoal) é representado por espécimes tridimensionais de lenhos atribuídos a gimnospermas (Pinaceae?) e por fragmentos achatados, finos e alongados atribuídos a pteridospermas (rachises de Dicroidium?) Os valores médios de reflectância da inertinita entre 2,80-6,61 %Ro medidos nos fragmentos de macro-charcoal evidenciaram processos de queima de alta temperatura, envolvendo tanto incêndios na copa quanto na interface copa-superfície. A recorrência de fragmentos queimados em várias fácies do perfil estudado indica a ocorrência de incêndios regionais que afetaram tanto as comunidades meso-xerófilas distais quanto às associações proximais higro- mesófilas, compostas majoritariamente por espécimes da Flora Dicroidium. A integração dos resultados obtidos a partir das múltiplas análises dos fragmentos de charcoal é consistente com um teor de oxigênio atmosférico superior a 20%. / For the first time wildfires are reported from an association of different facies containing a Dicroidium flora from the Middle Triassic (Ladinian) red beds in the southern part of the Paraná Basin (Santa Maria Formation, Rio Grande do Sul state). The geographical extension of the Dicroidium plant assemblage has thus been extended in the Brazilian Gondwana. Analyses through petrography, fluorescence microscopy, scanning (SEM) and field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM) revealed recurrent charcoal presence in a vertical facies succession of depositional cycles related to ephemeral prograding low density flows. Microscopic charcoal occurs as common fragments within different facies whereas macroscopic charcoal is represented by tridimensional wood specimens assigned to gymnosperms (Pinaceae?) and by flattened, thin, elongated remains assigned to pteridospermophytes (rachises of Dicroidium?). Average reflectance values between 2.80-6.61 %Ro measured in the macro-charcoals evidenced burning processes of high temperature, involving fires both in the crown and in the crown-surface interface. The recurrence of charcoal in several facies of the studied profile indicates regional wildfires, which affected hinterland, meso-xerophyllous coniferous assemblages and marginal hygro-mesophyllous Dicroidium-like assemblages. The integration of results obtained from the multiple charcoal analyses is consistent with atmospheric oxygen content higher than 20%.

Regulações ambientais cada vez mais rigorosas em relação ao gerenciamento dos resíduos orgânicos estão impelindo a indústria para uma maior sustentabilidade no sentido de melhorar a relação beneficio/custo e também atender a demanda dos clientes. A valorização dos resíduos orgânicos é uma das áreas de investigação atuais que tem atraído grande atenção nos últimos anos como uma alternativa potencial à eliminação de uma vasta gama de resíduos em aterros sanitários. Os resíduos orgânicos como o lodo de esgoto têm sido encarados como um recurso com um potencial significativo para ser empregado como matéria-prima para a produção de vários tipos de produtos, materiais e combustíveis. Este estudo tem como objetivo fornecer subsídios sobre o potencial de uso de lodo de esgoto para produzir carvões ativados e novos materiais adsorventes misturando com diferentes materiais polissiloxanos para adsorção de poluentes orgânicos a partir de soluções aquosas. Os materiais adsorventes foram caracterizados por varias técnicas analíticas e funcionais e utilizados na adsorção de diclofenaco (DCF) , nimesulida (NM) e alguns compostos fenólicos a partir de soluções aquosas Esta tese visa contribuir em (i) comparar os métodos de pirólise (pirólise convencional e aquecimento assistido por micro-ondas) na preparação de carvões ativados a partir de lodo de esgoto. Para isso foi aplicado um planejamento experimental e metodologia de superfície de resposta no sentido de determinar quais as variáveis dos dois processos são as que influenciam na qualidade do carvão produzido; (ii) a combinação de lodo de esgoto com polissiloxanos para preparar adsorventes para adsorção de fármacos a partir de soluções aquosas por processos de adsorção. Os achados gerais desta tese mostraram (i) que ambos os métodos de pirólise produzem carvões ativados com elevadas porosidades e áreas superficiais; (ii) demonstrou-se também que lodo de esgoto pode ser um excelente precursor para a preparação de carvões ativados e que pode com sucesso ser combinado com outros precursores (como polissiloxanos) a fim de se obter novos materiais com diferentes funcionalidades e características; (iii) foi demonstrado que os carvões ativados, híbridos e materiais compósitos desenvolvidos durante o presente estudo são ótimos adsorventes, especialmente para a remoção de diclofenaco DCF e NM a partir de solução aquosa e; (iv) tanto por microondas ou por pirólise convencional, é possível desenvolver CAs de lodo de esgoto com alta eficiência para a remoção de compostos fenólicos em comparação com outros tipos de CAs relatados na literatura. Estes resultados indicam que o lodo de esgoto e polissiloxanos têm grande potencial como precursores para a preparação de materiais adsorventes para o tratamento de água poluída por compostos orgânicos. / Increasingly tighter regulations regarding organic waste are pushing the manufacturing industry toward higher sustainability to improve cost-effectiveness and meet customers’ demand. Organic waste valorisation is one of the current research areas that have attracted a great deal of attention over the past few years as a potential alternative to the disposal of a wide range of residues in landfill sites. Bio-waste like sewage sludge emerged as a resource with a significant potential to be employed as a raw material for the production of chemicals, materials and fuels given its abundant volumes generated globally. This study aims at providing insights into the potential of the use of the sewage sludge to produce activated carbons (ACs) and novel adsorbent materials mixing with different polysiloxanes materials for adsorption of organic pollutants from aqueous solutions. The characterization of adsorbents were achieved by several analytical and functional techniques and used for adsorption of diclofenac (DCF) and nimesulide (NM) from aqueous solutions. The novelties of the present study are (i) to compare both pyrolysis methods (conventional pyrolysis and microwave assisted heating) for preparation of activated carbons from sewage sludge for that It was applied an experimental design and response surface methodology were used for the preparation and comparison of activated carbon produced by both methods, conventional furnace and microwave; (ii) the combination of sewage sludge with polysiloxanes to prepare adsorbents to uptake pharmaceuticals and phenolic compounds from aqueous solutions by adsorption processes. The general findings of this thesis showed (i) that both methods of pyrolysis produce very good activated carbons from sewage sludge with high specific surface areas and high developed porosities; (ii) It was also shown that the sewage sludge can be an excellent precursor to prepare activated carbons and novels materials by mixing it with other precursors such polysiloxanes; (iii) It was shown that the activated carbons, hybrids and composites materials developed during the present study are good adsorbents, especially for the removal of a model diclofenac (DCF) and nimesulide (NM) from aqueous solution and; (iv) that by microwave and conventional pyrolysis it is possible to develop sludge-ACs with very high efficiency for phenolic compounds compared with others kind of ACs reported in literature. These results indicate that sewage sludge and polysiloxanes have great potential as precursors for preparation of adsorbent materials for water treatment polluted by organic pollutants compounds.

A preservação ambiental e o uso de combustíveis fósseis para geração de energia têm estimulado a realização de pesquisas na busca de alternativas para a redução das emissões de gases poluentes como CO2, CO, SO2 e NOx. O uso da biomassa em sistemas de co-combustão em leito fluidizado é mencionado como uma destas alternativas. O presente trabalho utilizou biomassa residual da indústria de extração de tanino, o Resíduo de Cascas de Acácia Negra (RCAN), em conjunto com carvão mineral da Mina de Candiota – RS com o objetivo de estudar a fluidodinâmica entre diferentes composições destes materiais em sistema de leito fluidizado com areia em escala de laboratório e em uma unidade piloto. Também foi realizada a avaliação dos parâmetros operacionais e das emissões dos gases gerados na co-combustão das misturas em planta piloto com reator de leito fluidizado borbulhante. Durante a fluidização no sistema de escala laboratorial, os valores da velocidade mínima de fluidização, Umf, variaram consideravelmente com o aumento da concentração de RCAN no leito em relação à fluidização utilizando-se somente o carvão mineral Da mesma forma, a queda de pressão, ΔP, diminuiu com o aumento da concentração da biomassa no leito. Nas operações de co-combustão em planta piloto, as misturas de carvão mineral e RCAN necessitaram de menores porcentagens de excesso de ar (99,7% a 65,2%) no reator em comparação à queima apenas de carvão mineral (108,4% a 107,5%) para que se atingisse a temperatura de operação do leito. Em particular, a condição de maior quantidade de biomassa na alimentação pode se observar a menor porcentagem de excesso de ar (50,8%). Ainda, a co-combustão do RCAN com carvão mineral favoreceu a diminuição das concentrações de SO2 nos gases gerados em mais de 90%, mantendo as emissões em níveis aceitáveis conforme os limites de emissão estabelecidos pela resolução CONAMA Nº 436, de 22/12/2011 e Resolução SEMA Nº 016 de 2014. / The environmental issues brought by the use of fossil fuels for power generation have led to the development of research in the exploration for alternatives to reduce emissions of greenhouse gases or pollutants such as CO2, CO, SO2, and NOx. The biomass use in cofiring systems with fluidized bed has been mentioned as one of these alternatives. The present work used biomass waste from tannin extraction industry, Black Wattle Bark Waste (BWBW), jointly with coal for the purpose of studying the fluid dynamics biomass mixtures with coal and sand in different proportions of the materials in laboratory scale fluidized bed system. Also, operational parameters and emissions generated in a cofiring pilot plant with bubbling fluidized bed reactor were evaluated. The fluidization tests performed on a bench scale showed that the values of the minimum fluidization velocity, Umf, varied considerably with increasing concentration of BWBW compared with the fluidization of coal. Likewise, the pressure drop through the bed, ΔP, decreased with increasing concentration of biomass in the bed. In the cofiring operations, coal and mixtures BWBW required smaller percentages of excess air in the reactor (99,7% a 65,2%) in comparison with the pure coal (108,4% a 107,5%) burning to obtaining the bed operating temperature. The burning of the mixture with higher amounts of biomass in the reactor feed had the lowest percentage of excess air (50.8%). It was also evidenced a decrease of SO2 generation in more than 90% for the flue gas generated in the coal with BWBW cofiring keeping emissions at acceptable levels in comparison with emission limits of current legislation CONAMA Nº 436, from 22/12/2011 and legislation SEMA Nº 016 of 2014.