MESCH / Department of Hydrology and Water Resources

As climate change progresses, the number of extreme weather events are predicted to rise and generate an increase in climate related humanitarian emergencies. These emergencies result in complex displacements of populations, unsanitary conditions, and a corresponding increase in diarrheal disease risks within affected communities. Because diarrheal disease ranks as one of the major contributors to overall morbidity and mortality rates following a disaster, it is critically important that aid agencies are prepared to make informed decisions regarding the prevention of disease transmission. As water is one of the main transmission routes of diarrheal disease, providing clean and safe drinking water is acknowledged as one of the most important and effective interventions. Once we acknowledge the importance of this resource, we also acknowledge the need for quick, simple, and effective water treatment solutions. The term point-of-use (POU) water treatment defines water treatment systems and technologies that are used at the point of consumption. These systems often treat relatively small batches of water and are operated by the consumer or head of household. POU water treatment systems and safe storage techniques have been shown to improve water quality and decrease diarrheal disease incidence and are therefore an effective option in humanitarian emergencies. One type of POU water treatment product - coagulant/disinfection products (CDPs) which are also known as flocculant/disinfectants, have been increasingly used in response to humanitarian emergencies. CDPs are shown to provide microbial and aesthetic (i.e. turbidity reductions) water quality improvements and post-treatment protective free chlorine residuals (FCRs). The relative simplicity of CDPs allows quick intervention for communities with few resources plus CDPs are durable, small, and ready for quick deployment. However, limited research has been completed on the different CDPs on the market or on methods to improve them. This thesis explores CDPs and their role in emergency response through two interlinked perspectives: 1. First, in an overall review compiled as Manuscript #1 (Chapter 2), I assess the existing and current CDPs, how they perform in comparison to global water treatment guidelines, and where their limitations lie. The outcomes of this study provide a simple analysis for aid agencies to carefully select the CDPs used in emergency interventions; and 2. I take the findings from the research completed in Chapter 2 to develop a computational modelling approach to improving the residual protective capacity of the CDPs. These results are presented in Manuscript #2 (Chapter 3) . The outcomes are intended to serve two purposes: (1) to provide a baseline computational model to guide and encourage improvement and testing of these products by manufacturers; and (2) to provide an educational tool to facilitate understanding of these products and the key functions taking place during their treatment. This thesis addressed the research objective of invoking conversation surrounding effective emergency response through developing solutions to provide clean drinking water in at-risk communities during complex humanitarian emergencies. / Graduate

A cianobactéria Arthrospira (Spirulina) platensis, é um dos micro-organismos fotossintetizantes mais estudados e cultivados, e atualmente tem sido utilizado para a produção de biomassa, com elevado conteúdo de proteínas, vitaminas, minerais, aminoácidos essenciais, ácidos graxos poli-insaturados e pigmentos, com potencial uso como complemento alimentar para humanos, bem como em alimentação de animais. No entanto, o cultivo de micro-organismos fotossintetizantes tem uma demanda hídrica bastante alta. Dessa forma, é importante a realização de trabalhos que avaliem a possibilidade de reuso de meio de cultivo de Arthrospira, que, além de reduzir os custos com nutrientes, contemplam o aspecto ambiental, evitando salinização do solo e eutrofização de corpos hídricos. Este trabalho avaliou a reutilização de meios do cultivo de Arthrospira (Spirulina) platensis tratados com carvão ativado em pó e diferentes agentes coagulantes. Os efluentes foram obtidos dos cultivos de A. platensis com nitrato de sódio como fonte de nitrogênio em processo descontínuo, em minitanques. Os efluentes passaram por tratamentos físico-químicos com diferentes concentrações de carvão ativado em pó (30, 40 e 50 mg.L-1) e cloreto férrico (6, 10 e 14 mg.L-1) ou sulfato férrico (15, 25 e 35 mg.L-1) para serem reaproveitados em cultivos desse micro-organismo. O reuso de meio no cultivo de A. platensis mostrou resultados aceitáveis, observando-se que o crescimento desta cianobactéria foi satisfatório, com obtenção de concentração celular máxima (Xm) obtida de 1093 mg.L-1 em frasco Erlenmeyer, correspondente ao ensaio com meio tratado com 30 mg.L-1 de carvão ativado em pó (CAP) e 6 mg.L-1 de cloreto férrico. Esses resultados de crescimento celular foram da mesma ordem de grandeza que os resultados de Xm obtidos com meio novo e maiores que aqueles oriundos de crescimentos em meios tratados com sulfato férrico como agente coagulante, cujos valores de concentração celulares máximas não excederam 806 mg.L-1. Os cultivos em meios provenientes de tratamento com cloreto férrico não alteraram a composição da biomassa, chegando a valores de teor protéico da ordem de 47%. Conclui-se que o reuso de meio pode ser viável para a produção de biomassa de A. platensis, reduzindo o custo de produção pelo reuso dos nutrientes. / The cyanobacterium Arthrospira (Spirulina) platensis, one of the most studied and cultivated photosynthetic microorganisms and, currently has been used for biomass production of biomass, with high contents of protein, vitamins, minerals, amino acids, polyunsaturated fatty acids, and pigments, with potential use as a dietary supplement for human food supplement and animal feed. However, the cultivation of photosynthetic microorganisms have a very high water demand. Thus, is important to carry out studies evaluating the possibility of reuse of Arthrospira culture medium, which, in addition to reducing the costs of nutrients, include the environmental aspect, preventing soil salinization and eutrophication of water bodies. This work has evaluated the reuse of effluent medium from Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation treated with powdered activated carbon and different coagulants. The effluent, obtained from A. platensis batch cultivation in bench-scale open ponds, using sodium nitrate as a nitrogen source. The effluent went through physico-chemical treatments employing different concentrations of powdered activated carbon (30, 40, and 50 mg.L-1) and ferric chloride (6, 10, and 14 mg.L-1) or ferric sulphate (15, 25, and 35 mg.L-1) for them to be reused in cultured microorganism. The reuse through the cultivation of A. platensis showed acceptable results, observing that the growth of this cyanobacterium was satisfactory, obtaining maximum cell concentration (Xm) obtained 1093 mg.L-1 in Erlenmeyer flask, corresponding to the assay medium treated with 30 mg.L-1 of powdered activated carbon (PAC) and 6 mg.L-1 ferric chloride. The results of cell growth were the same order of magnitude as the results of Xm obtained with new culture medium and larger than those from growth in media treated with ferric sulfate as a coagulant agent, whose maximum values of cell concentration did not exceed 806 mg.L-1. The cultures in media from treatment with ferric chloride did not alter the composition of the biomass, reaching values of protein content of around 47%. It is concluded that the reuse of cultures medium may be feasible to produce biomass of A. platensis, reducing the production cost by recycling of nutrients.

O ferro é um importante elemento em reações catalíticas no meio ambiente, pois possui a capacidade de ser reduzido ou oxidado. Duas espécies de ferro solúvel podem estar presentes em amostras ambientais, o Fe (II) e o Fe (III). Métodos analíticos capazes de diferenciar e quantificar estas duas espécies de ferro são muito importantes para a compreensão dos processos metabólicos dos diversos microrganismos, e também para entender a atuação destes microrganismos na remobilização do coagulante utilizado em estações de tratamento de esgotos (ETEs), nas quais é possível utilizar como coagulante o FeCl3. Porém não há trabalhos publicados que recuperam o ferro coagulado utilizando bactérias redutoras de ferro. Os objetivos deste trabalho são: 1) avaliar o método colorimétrico de fenantrolina para quantificação de Fe (II) e os principais interferentes nessas análises; e 2) avaliar o potencial do Fe (II) gerado via metabolismo das bactérias redutoras de ferro como coagulante de matéria orgânica e inorgânica de águas residuárias. Os resultados para o método colorimétrico de fenantrolina são confiáveis somente para leituras de amostras que contenham Fe (II), mas não diferencia e quantifica corretamente espécies de Fe (III) em todos os valores de pH. A separação das diferentes espécies de ferro foi feita utilizando membrana de acetato de celulose com porosidade de 0,2 m e ajustando o valor do pH para valores entre 4 e 5. Para obtenção das concentrações de Fe (II) e Fe (III), é necessário realizar a leitura em amostras filtradas e não filtradas, pois o Fe (II) passa pela membrana e o Fe (III) fica retido. Desta forma, é possível realizar a distinção das espécies de ferro, e em seguida realizar a quantificação com testes colorimétricos, seja em campo ou em laboratório. A diferenciação das espécies de ferro se mostrou importante para quantificar corretamente o Fe (III) e o Fe (II) durante o tratamento de águas residuárias utilizando Fe (III) como coagulante na forma de FeCl3. Na comparação com a recuperação ácida, a biológica se mostrou mais eficiente por não apresentar metais pesados remobilizados na fração líquida, recuperando 58% do ferro quando adicionado o glicerol como fonte de carbono. Durante a remobilização do ferro houve a produção do metano, gás de interesse econômico. A escolha do coagulante e da concentração foi determinada pela remoção da turbidez, sendo o melhor coagulante para água residuária do CRUSP o FeCl3 na concentração de 60 mg/ L de Fe, pois removeu 99% da turbidez, 98% do fosfato, 85% dos carboidratos e 100% de proteínas presentes na água residuária. Aplicando-se o coagulante remobilizado (400 mg/L), foi possível remover 85% da turbidez. O ferro recuperado servirá novamente como coagulante, favorecendo a redução dos custos com o tratamento de água residuária. / Iron is an important element in catalytical action in the environment as it has an ability to be filtered or oxidized. Soluble iron species may be present in environmental samples, Fe (II) and Fe (III). Analytical methods capable of differentiating and quantifying these two iron species are very important for the remobilization of coagulation in sewage treatment plants (ETEs), in which FeCl3 can be used as a coagulant. It is not a job that recovers coagulated iron with iron reducing units. The objectives of this work are: 1) to evaluate the colorimetric method of phenanthroline for quantification of Fe (II) and the main interferents in these analyzes; and 2) to evaluate the potential of Fe (II) through the metabolism of iron-reducing bacteria as a coagulant of organic and inorganic wastewater. The results for the colorimetric method of phenanthroline are only for the readings of samples containing Fe (II), but do not differentiate and quantify the Fe (III) species at all pH values. The separation of the fish fiber species was left to the cellulose acetate test with the porosity of 0.2 m and adjusting the pH value to values between 4 and 5. For the concentration of Fe (II) and Fe (III), it is necessary to read in filtered and unfiltered samples, as Fe (II) passes through the membrane and Fe (III) is retained. In this way, it is possible to perform an analysis of the iron species, and then perform quantification with colorimetric tests, either in the field or in the laboratory. Differentiation of iron species has become important in correctly quantifying Fe (III) and Fe (II) during wastewater treatment using Fe (III) as a coagulant in the form of FeCl3. In comparison with an acid replica, a biological recovery is done through large amounts of remobilized in the liquid fraction, recovering 58% of the iron when the glycerol as carbon source. During the remobilization of the iron there was a production of methane, gas of economic interest. The choice of the coagulant and the capacity was determined by the removal of the turbidity, being the best coagulant for the residual water of the CRUSP the FeCl3 in the concentration of 60 mg/L of Fe, since it removed 99% of the turbidity, 98% of the phosphate, 85% of carbohydrates and 100% of proteins present in the wastewater. Applying the remobilized coagulant (400 mg/L), it was 85% turbidity remover. The recovered iron will again serve as a coagulant, favoring the reduction of costs with the treatment of wastewater.

A cianobactéria Arthrospira (Spirulina) platensis, é um dos micro-organismos fotossintetizantes mais estudados e cultivados, e atualmente tem sido utilizado para a produção de biomassa, com elevado conteúdo de proteínas, vitaminas, minerais, aminoácidos essenciais, ácidos graxos poli-insaturados e pigmentos, com potencial uso como complemento alimentar para humanos, bem como em alimentação de animais. No entanto, o cultivo de micro-organismos fotossintetizantes tem uma demanda hídrica bastante alta. Dessa forma, é importante a realização de trabalhos que avaliem a possibilidade de reuso de meio de cultivo de Arthrospira, que, além de reduzir os custos com nutrientes, contemplam o aspecto ambiental, evitando salinização do solo e eutrofização de corpos hídricos. Este trabalho avaliou a reutilização de meios do cultivo de Arthrospira (Spirulina) platensis tratados com carvão ativado em pó e diferentes agentes coagulantes. Os efluentes foram obtidos dos cultivos de A. platensis com nitrato de sódio como fonte de nitrogênio em processo descontínuo, em minitanques. Os efluentes passaram por tratamentos físico-químicos com diferentes concentrações de carvão ativado em pó (30, 40 e 50 mg.L-1) e cloreto férrico (6, 10 e 14 mg.L-1) ou sulfato férrico (15, 25 e 35 mg.L-1) para serem reaproveitados em cultivos desse micro-organismo. O reuso de meio no cultivo de A. platensis mostrou resultados aceitáveis, observando-se que o crescimento desta cianobactéria foi satisfatório, com obtenção de concentração celular máxima (Xm) obtida de 1093 mg.L-1 em frasco Erlenmeyer, correspondente ao ensaio com meio tratado com 30 mg.L-1 de carvão ativado em pó (CAP) e 6 mg.L-1 de cloreto férrico. Esses resultados de crescimento celular foram da mesma ordem de grandeza que os resultados de Xm obtidos com meio novo e maiores que aqueles oriundos de crescimentos em meios tratados com sulfato férrico como agente coagulante, cujos valores de concentração celulares máximas não excederam 806 mg.L-1. Os cultivos em meios provenientes de tratamento com cloreto férrico não alteraram a composição da biomassa, chegando a valores de teor protéico da ordem de 47%. Conclui-se que o reuso de meio pode ser viável para a produção de biomassa de A. platensis, reduzindo o custo de produção pelo reuso dos nutrientes. / The cyanobacterium Arthrospira (Spirulina) platensis, one of the most studied and cultivated photosynthetic microorganisms and, currently has been used for biomass production of biomass, with high contents of protein, vitamins, minerals, amino acids, polyunsaturated fatty acids, and pigments, with potential use as a dietary supplement for human food supplement and animal feed. However, the cultivation of photosynthetic microorganisms have a very high water demand. Thus, is important to carry out studies evaluating the possibility of reuse of Arthrospira culture medium, which, in addition to reducing the costs of nutrients, include the environmental aspect, preventing soil salinization and eutrophication of water bodies. This work has evaluated the reuse of effluent medium from Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation treated with powdered activated carbon and different coagulants. The effluent, obtained from A. platensis batch cultivation in bench-scale open ponds, using sodium nitrate as a nitrogen source. The effluent went through physico-chemical treatments employing different concentrations of powdered activated carbon (30, 40, and 50 mg.L-1) and ferric chloride (6, 10, and 14 mg.L-1) or ferric sulphate (15, 25, and 35 mg.L-1) for them to be reused in cultured microorganism. The reuse through the cultivation of A. platensis showed acceptable results, observing that the growth of this cyanobacterium was satisfactory, obtaining maximum cell concentration (Xm) obtained 1093 mg.L-1 in Erlenmeyer flask, corresponding to the assay medium treated with 30 mg.L-1 of powdered activated carbon (PAC) and 6 mg.L-1 ferric chloride. The results of cell growth were the same order of magnitude as the results of Xm obtained with new culture medium and larger than those from growth in media treated with ferric sulfate as a coagulant agent, whose maximum values of cell concentration did not exceed 806 mg.L-1. The cultures in media from treatment with ferric chloride did not alter the composition of the biomass, reaching values of protein content of around 47%. It is concluded that the reuse of cultures medium may be feasible to produce biomass of A. platensis, reducing the production cost by recycling of nutrients.

Orientador: Mirna Lucia Gigante / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-13T15:20:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_AtilioCoutinho_M.pdf: 503770 bytes, checksum: 540f2feaadf6c5c1a64a84c5acd8f42a (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o efeito da pré-acidificação do leite e da redução da dosagem de coagulante na fabricação e maturação do queijo Prato. Inicialmente, para definir a porcentagem de redução de coagulante a ser adotada, avaliou-se o efeito do pH sobre o tempo de coagulação do leite. A variação do pH (6,8; 6,6; 6,4 e 6,2) foi obtida através da injeção direta de CO2 ao leite pasteurizado (72-75ºC/15-20 seg.). O delineamento experimental utilizado foi o Split-plot e o experimento completo foi repetido três vezes. Os resultados indicaram a redução do tempo de coagulação com a gradativa queda de pH, além da possibilidade da redução de aproximadamente 65% do coagulante, para a manutenção da mesma condição de coagulação (40 minutos a 35ºC), no pH 6,4. Na segunda etapa do trabalho, compararam-se as características de processamento, composição e comportamento durante a maturação do queijo Prato controle e do fabricado após préacidificação (CO2) do leite a pH 6,4 e da redução de 65% do coagulante. A composição foi avaliada um dia após a fabricação dos queijos, enquanto a proteólise, a firmeza e a capacidade de derretimento após 1, 5, 10, 15, 20, 25 e 40 dias. O experimento completo foi repetido três vezes e os resultados foram avaliados por análise de variância e de regressão linear. Os tratamentos não afetaram significativamente a recuperação de proteínas, caseína, gordura e cinzas dos queijos e nem o rendimento de fabricação. Os queijos e o soro não apresentaram diferença significativa na composição, exceto no teor de umidade, que foi menor no queijo obtido a partir de leite pré-acidificado com CO2 e com redução de 65% do coagulante. Os tratamentos afetaram significativamente a proteólise, a capacidade de derretimento e a firmeza dos queijos. Os queijos fabricados a partir da pré-acidificação do leite com redução de 65% do coagulante apresentaram menor proteólise, maior firmeza e menor capacidade de derretimento. Embora no início da maturação, do 1º ao 15º dia, o comportamento da proteólise primária e secundária tenha sido semelhante, a proteólise do queijo controle foi aproximadamente duas vezes maior que do queijo com teor reduzido de coagulante ao final do 40° dia de avaliação, permitindo um maior tempo de manutenção das propriedades físicas do queijo após as transformações iniciais do produto / Abstract: The objective of this study was to evaluate the effect of preacidification of milk and the quantity of coagulant reduction on manufacture and ripening of Prato cheese. Initially, to determine the percentual reduction of coagulant to be used, it was evaluated the effect of pH on the time of coagulation of milk. The variation of pH (6.8, 6.6, 6.4 and 6.2) was obtained by direct injection of CO2 under pressure to the pasteurized milk (72-75ºC/15-20 seconds). It was used a Split-plot experimental design and the experiment was repeated three times. The results indicated the possibility of reduction of approximately 65% of the coagulant to maintain the coagulation condition (40 min at 35° C) at pH 6.4. In the next stage, the characteristics of processing, composition and the ripening of Prato cheese control were compared with the cheese made by preacidification of milk and 65% less coagulant. The cheese composition was evaluated one day after its manufacture, while the proteolysis, firmness and melting capacity were evaluated after 1, 5, 10, 15, 20, 25 and 40 days. The complete experiment was repeated three times and the results were analyzed by ANOVA and linear regression. The treatments did not affect the recovery of protein, casein, fat and ash of the cheese neither the yield of process significantly (p < 0,05). The cheese and whey compositions were not significantly different (p < 0,05), except the cheese moisture content, which was lower in Prato cheese made from milk preacidified with CO2 followed 65% less coagulant. The treatments significantly affected (p < 0,05) the proteolysis, the melting capacity and the firmness. The cheeses made from preacidification of milk with 65% less coagulant had lower proteolysis, higher firmness and lower melting capacity. Although at the beginning of ripening the behavior of primary and secondary proteolysis was similar between the 1st and the 15th day, the proteolysis of control cheese was approximately two times faster than the cheese made from preacidification of milk with 65% less coagulant until the 40th day of analysis, allowing cheese physical properties sustain after the initial changes of the product / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

The aim of the master´s thesis is the topic of the treatability of surface water with the focus on the process of suspension formation. For this work I took water samples from five different places around the Brno Dam which has contended with water quality deterioration for a long period. With these water samples, the series of jar coagulation tests were done with the application of three different commonly used coagulants. In the theoretical part of the master´s thesis I deal with the composition and attributes of surface water and the technology of its treatment. Each process of treatment is briefly described here with the emphasis on the process of suspension formation. The experimental part of the master´s thesis summarizes and presents the results gained through the coagulation tests in the laboratory. I evaluate the influence of different parameters on final effectiveness of water treatment and I try to find an optimal amount of coagulant, pH and speed of fast or slow mixing. Finally I compare the suitability of each coagulant and the influence of the sampling site on the effectiveness of water treatment.

Access to fresh water is a human right, yet more than 780 million people, especially in rural areas, rely on unimproved sources and the need for finding ways of treating water is crucial. Although the use of natural coagulant protein in drinking water treatment has been discussed for a long time, the method is still not in practice, probably due to availability of material and limited knowledge. In this study, about hundred different crude extracts made from plant materials found in Southern India were screened for coagulation activity. Extracts of three Brassica species (Mustard, Cabbage and Cauliflower) were showing activity comparable to that of Moringa oleifera and were further investigated. Their protein content and profile were compared against each other and with coagulant protein from Moringa. Mustard (large) and Moringa seed proteins were also studied for their effect against clinically isolated bacterial strains. The protein profiles of Brassica extract showed predominant bands around 9kDa and 6.5kDa by SDS-PAGE. The peptide sequence analysis of Mustard large identified the 6.5kDa protein as Moringa coagulant protein (MO2.1) and the 9kDa protein band as seed storage protein napin3. Of thirteen clinical strains analysed, Moringa and Mustard large were proven effective in either aggregation activity or growth kinetic method or both in all thirteen and nine strains respectively. To my knowledge this is the first report on the presence of coagulant protein in Brassica seeds. Owing to the promising results Brassica species could possibly be used as a substitute to Moringa coagulating agent and chemicals in drinking water treatment. / <p>QC 20121214</p>

[pt] Sabe-se que o coagulante sulfato férrico pode ser obtido através da reação de oxidação entre sulfato ferroso e peróxido de hidrogênio em meio ácido. Porém, o método conhecido de obtenção deste coagulante em escala industrial utilizando o peróxido de hidrogênio como agente oxidante não proporciona condições economicamente atrativas, frente aos demais processos. Este potente agente oxidante sofre forte influência da temperatura e da presença de íons ferro no seu processo de auto decomposição em água e oxigênio. Pode-se considerar que as condições do meio reacional, na etapa de adição do agente oxidante, são os fatores determinantes para a produção do coagulante férrico com o maior aproveitamento do peróxido de hidrogênio adicionado. O presente trabalho teve como objetivo investigar as condições necessárias para a produção do coagulante férrico utilizando o peróxido de hidrogênio, em um processo economicamente competitivo. A pesquisa foi fundamentada nas técnicas de planejamento de experimentos e otimização de processos. A modelagem matemática do processo possibilitou a definição da magnitude dos parâmetros a serem utilizados otimizando o processo e a especificação das características desejadas do produto final. As variáveis independentes estudadas na modelagem matemática foram: temperatura (7,5 – 27,5 graus celsius), quantidade de peróxido de hidrogênio (100 – 300 porcento) referente à sua quantidade estequiométrica e a diluição do meio utilizando água (100 – 300 porcento) referente à sua quantidade estequiométrica. As quantidades estequiométricas dos reagentes foram determinadas visando ao atingimento das especificações de um coagulante férrico comercial. O modelo desenvolvido foi sobre a Conversão de Fe2(+) em Fe3(+) (porcento) e avaliado através da Análise da Variância (ANOVA). As condições ótimas escolhidas para o ponto ótimo foram: temperatura igual a 17,5 graus celsius, 150 porcento da quantidade estequiométrica de peróxido de hidrogênio e 200 porcento da quantidade estequiométrica de água. A resposta da etapa de otimização indicou uma conversão de 96,17 porcento de Fe2(+) em Fe3(+), resultando em um coagulante dentro dos padrões especificados por norma técnica. O modelo matemático obtido previu uma conversão de 96,13 porcento de Fe2(+) em Fe3(+), resultando em um erro percentual de 0,043 porcento entre o resultado predito pelo modelo matemático e o resultado experimental. As análises das superfícies de resposta e da quantidade de peróxido de hidrogênio residual em solução indicaram que o controle do processo em baixas temperaturas contribui para o melhor aproveitamento do peróxido de hidrogênio na conversão de Fe2(+) em Fe3(+), devido à desaceleração da auto decomposição incitada pelo fator temperatura. A análise do potencial de redução ao longo da reação em função do perfil de conversão mostrou que conversões acima de 90 porcento de Fe2(+) em Fe3(+) apresentaram potencial redox (Eh) correspondente acima de 0,70 Volts, indicando a possibilidade da utilização deste parâmetro no controle da conversão em processos industriais. / [en] It is known that the coagulant ferric sulfate can be obtained by the oxidation reaction of ferrous sulfate with hydrogen peroxide in acidic medium. However, the known method of obtaining this coagulant on an industrial scale using hydrogen peroxide as an oxidizing agent do not provide economically attractive conditions compared to other processes. This potent oxidizing agent undergoes strong influence of the temperature and the presence of iron ions in its process of self-decomposition in water and oxygen. It can be considered that the conditions of the reaction medium in the step of adding the oxidizing agent are the determining factors for the production of the ferric coagulant with the greatest use of the added hydrogen peroxide. The present work had the objective of investigating the necessary conditions for the production of the ferric coagulant using the hydrogen peroxide as an economically competitive process. The research was based on the techniques of factorial design and process optimization. The mathematical modeling of the process allowed the definition of the magnitude of the parameters to be used, optimizing the process and specifying the desired characteristics of the final product. The independent variables studied in the mathematical modeling were: temperature (7,5 – 27,5 celsius degrees), amount of hydrogen peroxide (100-300 percent) relative to its stoichiometric amount, and dilution of the medium using water (100-300 percent) relative to its stoichiometric amount. The stoichiometric quantities of the reactants were determined in order to reach the specifications of a commercial ferric coagulant. The model developed was on Conversion of Fe2(+) to Fe3(+) (percent) and evaluated through Analysis of Variance (ANOVA). The optimum conditions chosen for the optimum were: temperature equal to 17,5 Celsius degrees, 150 percent of the stoichiometric amount of hydrogen peroxide and 200 percent of the stoichiometric amount of water. The optimization of the response surfaces indicated a conversion of 96.17 percent Fe2(+) to Fe3(+), resulting in a coagulant within the characteristics specified by the technical standard. The obtained mathematical model predicted a conversion of 96.13 percent Fe2(+) to Fe3(+), resulting in a percentage error of 0,043 percent between the predicted results by the mathematical model and the experimental results. The analysis of the response surfaces and the amount of residual hydrogen peroxide in solution indicated that the control of the process at low temperatures contributes to the better utilization of the hydrogen peroxide in the conversion of Fe2(+) into Fe3(+), due to the deceleration of the self-induced decomposition by the factor temperature. The analysis of the reduction potential along the conversion profile function showed that conversions above 90 percent of Fe2(+)into Fe3(+) presented a corresponding redox potential (Eh) above 0,70 Volts, indicating the possibility of using this parameter for the control of conversion into industrial processes.

O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação da eficiência de remoção de carga orgânica, fósforo e sólidos em suspensão de sistema de flotação tratando esgoto sanitário pré-tratado em reatores UASB, da ETE Monjolinho da cidade de São Carlos/SP, e coagulado com tanino associado ou não a polímeros sintéticos. Os ensaios com variação de dosagem de coagulante Tanino e polímeros (polímero catiônico, polímero não-iônico e polímero aniônico) foram realizados em escala de laboratório, com o uso do equipamento flotateste. Em todos os ensaios foram fixados os valores de gradiente de velocidade na mistura rápida (800/s) e na floculação (90/s), ao tempos de detenção na mistura rápida (20 s) e na floculação (15 min) e, a pressão de saturação 5 Bar e a razão de recirculação (17%). Durante os ensaios com unidade de flotação em escala de bancada foram avaliados três valores de velocidades de flotação: 12,0 cm/min, 16,0 cm/min e 20,0 cm/min. Os ensaios foram divididos em duas fases: a fase 1 teve como objetivo analisar a resposta do sistema de flotação com o emprego do coagulante Tanino no tratamento do efluente do reator UASB da ETE Monjolinho (fase 1A) e também determinar as duas dosagens do coagulante Tanino mais adequadas para o tratamento do efluente de UASB da ETE Monjolinho para cada polímero testado (fase 1B). As fases 1A e 1B foram realizadas com efluente coletado às 8:00 h e 14:00 h, respectivamente. A fase 2 teve como objetivo a busca da dosagem ótima de tanino dentro de uma faixa mais estreita de valores, assim como a verificação do melhor tipo e dosagem de polímero sintético (não-iônico, aniônico e catiônico) para ser associado ao coagulante tanino. Na fase 1A, verificou-se que a flotação foi efetiva para remoção de cor aparente mesmo para dosagem nula de coagulante Tanino. Quanto à turbidez, verificou-se efeito marcante da adição de dosagem crescente de coagulante no aumento da eficiência de remoção desse parâmetro. Após a obtenção dos resultados da fase 1B, foram escolhidas para a fase 2 as duas menores dosagens de coagulante capazes de promover redução da turbidez em pelo menos 85%. Além destas duas dosagens, foram avaliados na fase 2 outras 3 dosagens compreendidas entre elas. Sendo assim, na fase 2 foram estudadas as doses de 65, 75, 85, 95 e 105 mg/L de coagulante, cada qual associada a seis dosagens de cada um dos polímeros estudados. Entre os tratamentos empregados, pôde-se verificar maior eficácia do polímero não-iônico e do polímero catiônico para o tratamento por flotação, associado ao coagulante tanino. O conjunto de dosagem de coagulante tanino e polímero mais vantajoso, ou seja, menor dosagem de tanino que, associada a polímero, apresentou remoção satisfatória dos parâmetros estudados, foi 65 mg/L de Tanino e 2,0 mg/L de polímero catiônico, atingindo remoções de 95,2% de turbidez (Residual de 3,65 NTU), 82,1% de cor aparente (Residual de 98 mgPT/L), 49,2% de fósforo total (Residual de 3,2 mg/L), 80,7% de DQO (Residual de 25 mg/L) e 87,9 % de SST (Residual de 13 mg/L) nas condições encontradas na época dos ensaios, para o pós-tratamento por flotação de efluente de reator UASB da ETE Monjolinho, São Carlos/SP. / The main objective of this work is the evaluation of the efficiency of removal of organic load, phosphorus and suspended solids in the flotation system treating domestic wastewater pretreated in UASB reactors, of the Monjolinho Wastewater Treatment Plant (WWTP) of Sao Carlos, SP and clotted with tannin alone or combined with synthetic polymers. Tests varying tannin dosage of coagulant and polymer (cationic polymer, nonionic polymer and anionic polymer) were performed on a batch scale, using flotatest. In all the tests were fixed the values of rapid mix (800/s) and flocculation (90/s) velocity gradients, the rapid mix (20 s) and flocculation (15 min) times, saturation pressure (5 Bar) and recycle rate (17%). During the test in the flotation bench scale unity three values of flotation velocities were evaluated: 12.0 cm/min, 16.0 cm/min and 20.0 cm/min. The tests were divided in two phases: the objective of phase 1 was to examine the response of the flotation system with the use of tannin coagulant in the treatment of Monjolinho WWTP UASB effluent (Phase 1A) and also determine the two most suitable dosages of tannin coagulant for the treatment of wastewater from the Monjolinho WWTP UASB tested for each polymer (phase 1B). Phases 1A and 1B were performed with wastewater collected at 8:00 h and 14:00 h, respectively. The objective of phase 2 was to find the optimum dosage of tannin within a narrower range of values, as well as verification of the optimal type and dosage of synthetic polymer (non-ionic, anionic and cationic) to be associated with the tannin coagulant. In phase 1A, it was found that flotation was effective for apparent color removal even to zero coagulant dosage tannin. As for turbidity, there is a marked effect when increasing the coagulant dose, which increased the removal efficiency of this parameter. After obtaining the results of Phase 1B, were chosen for phase 2 two low coagulant dosages which can promote reduction of turbidity by 85%. Besides the two dosages obtained in phase 1B, in phase 2 were evaluated other three between them. Thus, in phase 2 were studied coagulant doses of 65, 75, 85, 95 and 105 mg/L, each one associated with six doses of each one of the studied polymers. Among the treatments employed, it could be seen that the non-ionic polymer and the cationic polymer were the most efficient for treatment by coagulation associated with tannin in flotation. The set of tannin coagulant dosage and polymer which showed satisfactory removal of parameters was 65 mg/L of Tannin with 2.0 mg/L of cationic polymer, reaching 95.2% removal of turbidity, 83% of color apparent, 49.2% of total phosphorus, COD 80.7% and 87.9% of TSS under the conditions found at the time of testing, for post-treatment of Monjolinho WWTP UASB effluent by flotation.