Foram realizadas análises isotópicas, físicas e químicas na água, no solo e nas plantas do Sistema de Produção Integrado Utilizando Efluentes de Dessalinização, criado pela Embrapa Semiárido, como uma alternativa para a reutilização desses efluentes na produção de alimentos e diminuição do impacto ambiental causado pelo descarte incorreto deste rejeito. O sistema avaliado se localiza no Campo Experimental da Caatinga, na Embrapa Semiárido (Petrolina-PE). Os resultados encontrados quanto à ciclagem dos nutrientes indicaram a ocorrência de uma contínua adição dos cátions Ca+2, Mg+2 , K+ e Na+ no solo durante o experimento, de 199 kg ha-1, 88 kg ha-1, 51 kg ha-1 e 142 kg ha-1, respectivamente. A eficiência de retirada do Ca+2, Mg+2 e Na+ pela Atriplex nummularia foi de 12,1, 4,3 e 23,9%, respectivamente; Ocorreu uma elevada perda de nitrogênio no sistema causado pelo processo de denitrificação, que diminuiu a concentração de nitrogênio em 72% do inicio ao final do sistema, levando este nutriente em quantidades insuficientes para a área agrícola. Estes resultados serão utilizados para indicar caminhos de melhorias no sistema. Ainda, quanto aos resultados isotópicos, foi possível concluir que: a água sofre um fracionamento durante o processo de osmose reversa na ordem de 1,87 para o 18O e 10,3 para o 2H; A água do poço é formada por uma mistura de águas recentes e paleoáguas; A relação 18O vs 2H; possui um coeficiente angular de 4,1, indicando elevada evaporação neste elemento; O solo avaliado possui uma média isotópica de -24 de 13C no solo de caatinga e -20 de 13C na área experimental, indicando uma troca da matéria orgânica desta área por material proveniente da Atriplex, que teve uma razão isotópica média de -13,7 .de 13C. / Isotopic, physical and chemical analysis were performed in water, soil and plants of the \" Integrated Production System Using Wastewater Desalination \", created Embrapa Semiarid, as an alternative to reuse of wastewater for food production and reducing the environmental impact caused by the incorrect disposal of the reject. The evaluated system is located in the Experimental Área Caatinga at Embrapa Semi-Arid (Petrolina-PE). The findings about the cycling of nutrients indicated the occurrence of a continuous addition of Ca+2, Mg+2, K+ and Na+ in the soil during the experiment of, 199 kg ha-1, 88 kg ha-1, 51 kg ha-1 and 142 kg ha-1, respectively. The efficiency of removal of Ca+2, Mg+2 and Na+ by Atriplex nummularia was 12,1, 4,3 and 23,9% respectively; Was observed high loss of nitrogen in the system caused by denitrification process, which decreased the concentration of nitrogen by 72% from beginning to end system, taking this nutrient in insufficient quantities to agricultural area. These results will be used for indicate ways to improve the system. Also, with the isotopic results was concluded that: water undergoes fractionation during the process of reverse osmosis the order of 1,87 to 18O and 10,3 for 2H; The well water is formed by a mixture of recent water and paleoáguas; The relationship 18O vs 2H; has a slope of 4,1, indicating high evaporation of this element; The soil has an average rated -24 in isotopic 13C in savanna soi and -20 of 13C in the experimental area, indicating an exchange of matter of this area of organic material from Atriplex, which had an average isotopic ratio of -13,7 . of 13C.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-07-31T12:05:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Tatiane Bovaroti.pdf: 1677408 bytes, checksum: 74791391260b47b48abc127d7af4af68 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-31T12:05:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Tatiane Bovaroti.pdf: 1677408 bytes, checksum: 74791391260b47b48abc127d7af4af68 (MD5) Previous issue date: 2018-04-12 / Preocupados com a intrusão de água do mar, escassez e má qualidade das reservas de água doce no mundo, diversos países têm estudado e proposto sistemas de alta tecnologia que sejam viáveis para a dessalinização de água salobra ou salina. Este trabalho teve como objetivo principal avaliar a eficiência de um sistema de ultrafiltração (UF) como pré-tratamento, seguido de abrandamento e osmose reversa (OR) para a dessalinização de água salobra em escala piloto, instalado no balneário de Praia de Leste, litoral do estado do Paraná. Para a obtenção da água salobra foi realizada a mistura da água do rio das Pombas com a água do mar até a concentração de 1500 (± 100) mg. L-1 de sólidos dissolvidos totais (SDT). O sistema foi projetado para a produção de 1 m3.h-1 de água doce (permeado da OR) e operou por aproximadamente 3h por dia durante vinte dias não consecutivos. Analisaram-se amostras de nove pontos de coleta durante a primeira (A), segunda (B) e terceira (C) hora de operação. Para a avaliação da qualidade da água os parâmetros analisados foram: SDT, condutividade elétrica, pH, temperatura, cor aparente, turbidez, alcalinidade total, dureza total, cálcio, cloreto, sulfato, coliformes totais e E.coli. Para avaliação da eficiência do sistema, calculou-se a taxa de recuperação e o fluxo de filtração, bem como a leitura de outros parâmetros operacionais como a pressão osmótica. O sistema de UF apresentou remoção média de 95,1% de turbidez e de 98,6% de cor aparente na água salobra. Constatou-se ausência de coliformes totais e E.coli no permeado. Houve variação quanto à remoção de dureza total e cálcio pelo abrandador devido ao tempo de regeneração do sistema. O sistema de OR obteve remoção média de 99,4% de SDT e a maior taxa de recuperação global (UF e OR) foi de 57,4%. / Concerned about the intrusion of sea water, scarcity and poor quality of freshwater reserves in the world, several countries have studied and proposed high technology systems that are feasible for the desalination of brackish or saline water. The main objective of this work was to evaluate the efficiency of an ultrafiltration (UF) system as a pretreatment, followed by slowing and reverse osmosis (RO) for pilot scale saline water desalination, installed in Praia de Leste – coast of the state of Paraná. To obtain the brackish water, the water of the Pombas River was mixed with sea water up to the concentration of 1500 (± 100) mg. L-1 total dissolved solids (TDS). The system was designed to produce 1 m3.h-1 of freshwater (permeate from the RO) and was operated by approximately 3 hours per day during twenty non-consecutive days. Samples from nine collection points were analyzed during the first (A), second (B) and third (C) hours of operation. In order to evaluate the water quality, the parameters evaluated were: TDS, electric conductivity, pH, temperature, apparent color, turbidity, total alkalinity, total hardness, calcium, chloride, sulfate, total coliforms and E.coli. To evaluate the efficiency of the system, the recovery rate and the filtration flow were calculated, as well as the reading of other operational parameters such as osmotic pressure. It was found absence of total coliforms and E. coli in the permeate. There was variation regarding to the removal of total hardness and calcium by the softener due to the regeneration time of the system. The RO system obtained an average of 99.4% of the TDS removal and the highest overall (UF and RO) recovery rate was 57.4%.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:15:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AndreMO_DISSERT.pdf: 1092497 bytes, checksum: 58516c6688820fdb0dbf9a4c3e12b9a2 (MD5) Previous issue date: 2011-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The brackish waters may represent a great potential in agricultural production profitable, depending on the adoption of proper cultural practices and the crop tolerance to salinity. Hydroponic systems can contribute to the production of vegetables when you use lower quality water, because the saturation state of the plants are subjected, enables increased tolerance of the same salinity. However, studies to be conducted in order to increase information about the use of brackish water in hydroponic systems, and also looking for information on levels of crop response to salinity are of fundamental importance to improve investment yields in hydroponics, especially in the Northeast Brazil. Given the lack of information for the crops of melons and tomatoes hydroponically, the objective was to investigate the potential use of brackish water and desalinator in such cultures. Two experiments were conducted with two melons and tomatoes in open hydroponic system in the greenhouse of the Universidade Federal Rural do Semi-arido (UFERSA) in Mossoró-RN. We evaluated the melon (Cucumis melo L.), cantaloupe, the AF 015, in terms of growth and production, the first experiment using saline waste with different levels of salinity throughout the cycle, and the second experiment the melon crop exposed to salt stress at different stages. The third and fourth experiments the culture was evaluated tomato (Lycopersicon esculentum L.), cherry, and tomato cultivar Fern Group Santa Cruz, Kada Gigante cultivar, respectively, using water desalinator in the nutrient solution in different dilutions, and latter at different stages of implementation. We used three different sources of water. The drinking water came from the public supply system that supplies the campus UFERSA. The brackish water was obtained from deep artesian well located in the Departmento de Ciências Ambientais of UFERSA. Already the desalination reject water was collected in the community Puxa Boi, located in Mossoró, RN. For the four experiments, we used a hydroponic system equipped with pots filled with coconut fiber, in which each vessel representing a separate plot. The application of brackish water and desalinator the nutrient solution of higher electrical conductivity, caused reductions in the growth and production of both the melon and tomato, but with no death of plants, showing the strength of the same water salinity this cropping system. It was also observed that at lower levels of salts, ie at higher dilutions with water supply, little or no significant difference was observed in the data collected. What can be considered as a viable alternative to the use of lower quality water when applied at dilutions of nutrient solution via hydroponic cultivation. / As águas salobras podem representar grande potencial na produção agrícola rentável, dependendo da adoção de práticas culturais adequadas, bem como da tolerância da cultura à salinidade. Os sistemas hidropônicos podem contribuir na produção de hortaliças quando se utiliza água de qualidade inferior, pois o estado de saturação que as plantas estão submetidas, possibilita o aumento da tolerância das mesmas à salinidade. Contudo, estudos a ser realizados visando o aumento de informações sobre o uso de águas salobras em hidropônia, e também buscando informações sobre os níveis de resposta das culturas a salinidade, são de fundamental importância para aperfeiçoar os investimentos em produções hidropônicas, principalmente na região nordeste do Brasil. Tendo em vista a falta de informação para as culturas do melão e tomate hidropônico, o objetivo deste trabalho foi averiguar o potencial de utilização de águas salobras e de rejeito de dessalinizador em tais culturas. Foram realizados dois experimentos com melão e dois com tomate, em sistema hidropônico aberto dentro de casa de vegetação no Campus da Universidade Federal Rural do Semi-árido (UFERSA) em Mossoró-RN. Foi avaliado o comportamento do meloeiro (Cucumis melo L.) do tipo cantaloupe, cultivar AF 015, sob os aspectos de crescimento e produção, sendo o primeiro experimento utilizando rejeito salino com diferentes níveis de salinidade, ao longo de todo o ciclo, e o segundo experimento a cultura do melão exposta a condições de estresse salino em diferentes estádios. O terceiro e quarto experimentos a cultura avaliada foi o tomate (Lycopersicon esculentum L.) do grupo cereja, cultivar Samambaia e o tomate do grupo Santa Cruz, cultivar Kada Gigante, respectivamente, utilizando água de rejeito de dessalinizador na solução nutritiva em diferentes diluições, sendo este último em diferentes épocas de aplicação. Foram utilizadas três fontes diferentes de água. A água potável era proveniente do sistema de abastecimento público que abastece o campus da UFERSA. A água salobra, era obtida do poço artesiano profundo localizado no Departamento de Ciências Vegetais da UFERSA. Já a água de rejeito do dessalinizador era coletada na comunidade Puxa Boi, localizada em Mossoró, RN. Para os quatro experimentos realizados, utilizou-se um sistema hidropônico dotado de vasos preenchidos com fibra de coco, em que cada vaso representava uma parcela independente. A aplicação de água salobra e de rejeito de dessalinizador na solução nutritiva de maiores condutividades elétricas, provocou reduções nos parâmetros crescimento e de produção, tanto do melão quanto do tomate, contudo sem haver morte de plantas, evidenciando a resistência das mesmas a salinidade da água nesse sistema de cultivo. Foi observado, também, que nos menores níveis de sais, isto é, nas maiores diluições com água de abastecimento, pouco ou quase nenhuma diferença significativa foi observada nos dados coletados. O que pode ser considerado como alternativa viável na utilização das águas de qualidade inferiores quando aplicadas em diluições de solução nutritiva via sistema hidropônico de cultivo.

No presente trabalho foram avaliados processos alternativos de dessalinização visando a recuperação e reuso da água contida em salmouras concentradas, sendo o processo de cristalização assistida por destilação por membranas (MDC) investigado com profundidade. Foi desenvolvido um modelo diferencial para o processo de destilação por membranas por contato direto (DCMD), contemplando métodos termodinâmicos rigorosos para sistemas aquosos de eletrólitos fortes, bem como mecanismos de transferência de calor e massa e efeitos de polarização de temperatura e concentração característicos deste processo de separação. Com base em simulações realizadas a partir do modelo matemático assim desenvolvido, foram investigados os principais parâmetros que influenciam o projeto de um módulo de membranas para DCMD. O modelo foi posteriormente estendido com equações de balanço de massa e energia adicionais para incluir a operação de cristalização e desta forma representar o processo de MDC. De posse dos resultados das simulações e do modelo estendido, foi desenvolvido um método hierárquico para o projeto de processos de MDC, com o objetivo de conferir características de rastreabilidade e repetibilidade a esta atividade. Ainda a partir do modelo MDC foram discutidos aspectos importantes em MDC como a possibilidade de nucleação e crescimento de cristais sobre a superfície das membranas, bem como o comportamento do processo com sais com diferentes características de solubilidade e largura da zona metaestável. Verificou-se que para sais cuja solubilidade varia muito pouco com a temperatura e que possuem zona metaestável com pequena largura, caso do NaCl, a operação com resfriamento no cristalizador não é viável pois aumenta excessivamente o consumo energético do processo, sendo nesses casos preferível a operação \"isotérmica\" - sem resfriamento no cristalizador - e o convívio com a possibilidade de nucleação no interior do módulo. No extremo oposto, observou-se que para sais com grande variabilidade da solubilidade com a temperatura, um pequeno resfriamento no cristalizador é suficiente para garantir condições de subsaturação no interior do módulo, sem grande ônus energético para o processo. No caso de sais com pequena variabilidade da solubilidade com a temperatura, mas com largura da zona metaestável elevada, existe certo ônus energético para a operação com resfriamento do cristalizador, porém não tão acentuado como no caso de sais com zona metaestável estreita. Foi proposto um fluxograma alternativo para o processo de MDC, onde foi introduzido um circuito de pré-concentração da alimentação antes do circuito de cristalização, para o caso de alimentação com soluções muito diluídas. Este esquema proporcionou um aumento do fluxo permeado global do processo e consequentemente uma redução na área total de membrana requerida. Verificou-se que através do processo com préconcentração da alimentação de 5% até 10% em massa - no caso de dessalinização de uma solução de NaCl - foi possível reduzir-se a área total da membrana em 27,1% e o consumo energético específico do processo em 10,6%, quando comparado ao processo sem pré-concentração. Foram desenvolvidas ferramentas úteis para o projeto de processos de dessalinização por MDC em escala industrial. / Alternative desalination processes aiming at the recovery and reuse of the water contained in concentrated brines were evaluated, being the membrane distillation crystallization (MDC) process investigated in depth. A differential model for the direct contact membrane distillation (DCMD) process was developed for that matter, comprising rigorous thermodynamic methods for strong electrolytes, heat and mass transfer mechanisms and temperature and concentration polarization effects. Based on simulations from the mathematical model thus developed, the main parameters that influence the design of DCMD membrane modules were investigated. The model was further extended with mass and energy balance equations in order to consider the crystallization unit operation and thus suitably represent the MDC process. Based on the simulations results and the extended model, a hierarchical method was developed for the MDC process design, adding traceability and repeatability characteristics to the design activity. Important aspects of the MDC process such as the possibility of nucleation and crystal growth on the membrane surface, as well as the behavior of the process with salts presenting different solubility characteristics and metastable zone widths were further discussed. It was observed that salts presenting negligible temperature dependence regarding their solubility and small metastable zone widths (i.e. NaCl) do not favor the operation with cooling in the crystallizer due to excessive increase in energy consumption, being the isothermal operation more indicated in such cases even at the risk of nucleation inside the membrane module. On the other hand, it was noticed that for salts whose solubility is highly temperature dependent a slight cooling in the crystallizer is enough to assure subsaturated conditions inside the membrane module with minimal energy consumption increase. In the case of salts with low temperature dependence regarding solubility but with large metastable zone widths, the operating strategy of applying cooling in the crystallizer may increase energy consumption but not as significantly as in the case of salts with small metastable zone widths. An alternative flowsheet for the MDC process was proposed, where a pre-concentration loop was introduced before the crystallization loop, showing good results for dilute feeds since it takes advantage of the higher water activity and consequently higher transmembrane fluxes due to the lower concentration. It was perceived a 27.1% reduction in the required membrane surface and a 10.6% energy consumption reduction for the modified flowsheet with the pre-concentration loop, for a feed comprised of 5% of NaCl. Useful tools aimed for the design of industrial scale processes based on MDC were developed.

Foram realizadas análises isotópicas, físicas e químicas na água, no solo e nas plantas do Sistema de Produção Integrado Utilizando Efluentes de Dessalinização, criado pela Embrapa Semiárido, como uma alternativa para a reutilização desses efluentes na produção de alimentos e diminuição do impacto ambiental causado pelo descarte incorreto deste rejeito. O sistema avaliado se localiza no Campo Experimental da Caatinga, na Embrapa Semiárido (Petrolina-PE). Os resultados encontrados quanto à ciclagem dos nutrientes indicaram a ocorrência de uma contínua adição dos cátions Ca+2, Mg+2 , K+ e Na+ no solo durante o experimento, de 199 kg ha-1, 88 kg ha-1, 51 kg ha-1 e 142 kg ha-1, respectivamente. A eficiência de retirada do Ca+2, Mg+2 e Na+ pela Atriplex nummularia foi de 12,1, 4,3 e 23,9%, respectivamente; Ocorreu uma elevada perda de nitrogênio no sistema causado pelo processo de denitrificação, que diminuiu a concentração de nitrogênio em 72% do inicio ao final do sistema, levando este nutriente em quantidades insuficientes para a área agrícola. Estes resultados serão utilizados para indicar caminhos de melhorias no sistema. Ainda, quanto aos resultados isotópicos, foi possível concluir que: a água sofre um fracionamento durante o processo de osmose reversa na ordem de 1,87 para o 18O e 10,3 para o 2H; A água do poço é formada por uma mistura de águas recentes e paleoáguas; A relação 18O vs 2H; possui um coeficiente angular de 4,1, indicando elevada evaporação neste elemento; O solo avaliado possui uma média isotópica de -24 de 13C no solo de caatinga e -20 de 13C na área experimental, indicando uma troca da matéria orgânica desta área por material proveniente da Atriplex, que teve uma razão isotópica média de -13,7 .de 13C. / Isotopic, physical and chemical analysis were performed in water, soil and plants of the \" Integrated Production System Using Wastewater Desalination \", created Embrapa Semiarid, as an alternative to reuse of wastewater for food production and reducing the environmental impact caused by the incorrect disposal of the reject. The evaluated system is located in the Experimental Área Caatinga at Embrapa Semi-Arid (Petrolina-PE). The findings about the cycling of nutrients indicated the occurrence of a continuous addition of Ca+2, Mg+2, K+ and Na+ in the soil during the experiment of, 199 kg ha-1, 88 kg ha-1, 51 kg ha-1 and 142 kg ha-1, respectively. The efficiency of removal of Ca+2, Mg+2 and Na+ by Atriplex nummularia was 12,1, 4,3 and 23,9% respectively; Was observed high loss of nitrogen in the system caused by denitrification process, which decreased the concentration of nitrogen by 72% from beginning to end system, taking this nutrient in insufficient quantities to agricultural area. These results will be used for indicate ways to improve the system. Also, with the isotopic results was concluded that: water undergoes fractionation during the process of reverse osmosis the order of 1,87 to 18O and 10,3 for 2H; The well water is formed by a mixture of recent water and paleoáguas; The relationship 18O vs 2H; has a slope of 4,1, indicating high evaporation of this element; The soil has an average rated -24 in isotopic 13C in savanna soi and -20 of 13C in the experimental area, indicating an exchange of matter of this area of organic material from Atriplex, which had an average isotopic ratio of -13,7 . of 13C.

A cristalização assistida por destilação com membranas (membrane distillation crystallization, MDC) se destaca como uma alternativa aos processos convencionais de cristalização evaporativa com múltiplos estágios e/ou recompressão mecânica de vapor para dessalinização de soluções aquosas concentradas com descarga zero de líquido (zero liquid discharge, ZLD) no meio ambiente. Os principais atrativos da MDC são as condições operacionais mais brandas de temperatura e pressão, o que possibilita o emprego de fontes de calor de baixa entalpia e instalações menos requisitadas mecanicamente. Entretanto, por ser um processo de separação que envolve membranas, a formação de incrustação se destaca como inconveniente. Assim sendo, grande parte dos estudos em MDC têm sido voltados para essa questão, com foco na operação de destilação com membranas (membrane distillation, MD), quando o produto de interesse é a água recuperada. Nesse contexto, esta tese amplia o conhecimento na área, sendo estudados os fundamentos de cristalização e a sua relação com parâmetros selecionados do processo. Dessa forma, estudos teórico-experimentais foram conduzidos investigando os mecanismos de cristalização predominantes nesse, de maneira a ampliar a abrangência das teorias clássicas de cristalização. No primeiro capítulo, realizou-se uma revisão bibliográfica a fim de apresentar os fundamentos tecnológicos, bem como as características, limitações e desafios para consolidação em escala industrial da MDC. No segundo capítulo, foi definido o conhecimento científico produzido através da especificação de objetivos. No terceiro capítulo, a operação MD na configuração DCMD (direct contact membrane distillation) foi caracterizada utilizando equações matemáticas para o cálculo do fluxo de vapor. Os valores calculados foram validados com experimentos em escala de bancada. Foi possível identificar que a difusão ordinária molecular é o mecanismo de transporte de massa dominante nos poros da membrana, e quantificar os fenômenos de polarizações de temperatura e de concentração adjacentes à superfície da membrana. No quarto capítulo, a cristalização foi integrada com a DCMD e explorada em uma unidade de bancada. Os processos elementares e acessórios de cristalização predominantes foram esclarecidos como sendo nucleação primária heterogênea (incrustação por cristalização), nucleação secundária (abrasão de cristais) e crescimento cristalino molecular (aumento de tamanho). O quinto capítulo versou sobre uma estratégia proposta para reduzir a nucleação primária heterogênea, força motriz da incrustação por cristalização na membrana. Com base nos processos elementares e acessórios de cristalização identificados, foi avaliada uma modificação na MDC, a submersão de membranas em cristalizador, a qual foi implementada em escala de bancada. Essa modificação se mostrou mais sensível à formação de incrustação, com possibilidade de se encontrar condições favoráveis, uma vez que foi possível operar o processo durante três horas sem desenvolvimento de incrustação na membrana (tempo máximo investigado), mas precisa ser melhor investigada. Por último, no sexto capítulo abordou-se a nucleação primária heterogênea, relacionando esta com a queda de fluxo de vapor e com a distribuição de sólidos formados. O equacionamento do sistema validado no terceiro capítulo foi aplicado para quantificação da supersaturação local na membrana e respectiva associação com os mecanismos de cristalização. Observou-se que o aumento de fluxo aumenta a supersaturação local, que aumenta a nucleação primária heterogênea, sendo essa responsável pela formação de cristais que permaneceram aderidos na membrana (incrustação por cristalização) e que foram soltos em solução (suspensão). Os cristais soltos em solução são predominantes. A fluidodinâmica de escoamento (geometria dos módulos de membranas) associada à supersaturação local (fluxo de vapor) impactam no desprendimento de cristais na membrana originados por nucleação primária heterogênea. Com o aumento de supersaturação local, o desprendimento de cristais em suspensão é favorecido em módulo de membranas do tipo fibras ocas, enquanto não afeta o módulo do tipo tubular. Em seu conjunto, esta tese contribui para a melhoria do entendimento de aspectos fundamentais selecionados do processo MDC e para o emprego deste conhecimento em situações de interesse prático. / Membrane distillation crystallization (MDC) stand as an alternative to conventional evaporative crystallization processes with multiple-stage evaporator and/or mechanical vapor recompression towards concentrated brine desalination aiming at zero liquid discharge (ZLD) in the environment. The major advantages of MDC are the moderate temperature and pressure conditions, which allow the use of low enthalpy heat sources and facilities less mechanically required. However, as in membrane separation processes, membrane fouling plays an important role in MDC. Therefore, most MDC studies have been focused on that, with emphasis on membrane distillation (MD) operation, when the product of interest is the recovered water. In this context, this thesis extends the knowledge in the field, wherein the crystallization fundamentals and its relation with selected process parameters were studied. Thus, theoretical and experimental approaches were carried out in order to investigate the prevailing crystallization mechanisms in the process, so the range of the current crystallization theories could be extended. In the first chapter, a literature review was carried out in order to introduce selected fundamental concepts, as well as the process characteristics, limitations and challenges for industrial consolidation. In the second chapter, the scientific knowledge produced by this work was defined in its objectives. In the third chapter, the MD operation in direct contact configuration (DCMD) was characterized using mathematical equations for the calculation of vapor flux and validated with experimental data in a bench scale unit. The dominant mechanism of mass transport in porous media was found to be the ordinary molecular diffusion and the temperature and concentration polarization effects were quantified in the vicinity of membrane surface. In the fourth chapter, the crystallization operation was integrated with DCMD and investigated in a bench scale unit. The elementary and accessory crystallization mechanisms were highlighted as heterogeneous primary nucleation (crystallization fouling), secondary nucleation (crystal abrasion) and crystalline molecular growth (increase in size). The fifth chapter describes a strategy proposed in order to reduce heterogeneous primary nucleation, the driving force of membrane crystallization fouling. Based on the featured crystallization mechanisms, a modification in the conventional MDC operation was evaluated, the submersion of membranes into the crystallizer vessel, which was implemented in a bench scale unit. The preliminary results showed that this modification is more sensitive to crystallization fouling, with possibility to find promising conditions, once it was possible to operate during three hours without development of crystallization fouling (maximum period of time investigated), but further investigation is needed. Lastly, in the sixth chapter, the primary heterogeneous nucleation mechanism was explored, associating it to flux decay and solid distribution in the unit. The system equations validated in the third chapter were applied in order to quantify the supersaturation ratio generated in the vicinity of membrane surface and respective association with crystallization mechanisms. It was observed that increasing the vapor flux, the local supersaturation ratio also increase and, as consequence, the primary heterogeneous nucleation as well. This mechanism is responsible for the formation of crystals that remained adhered on membrane surface (crystallization fouling) and released in solution (suspension). The portion of crystals loose in solution was predominantly formed. The fluid dynamic of flow (geometry of membrane module) associated with the local supersaturation ratio (vapor flux) impact in the detachment of crystals in the membrane surface, originated by heterogeneous primary nucleation. With an increase in the local supersaturation ratio, the detachment of crystals is increased in the hollow fiber membrane module, while in the tubular module the detachment of crystals does not change. As a whole, this thesis contributes to a better understanding of MDC selected fundamental aspects and to the use of this knowledge in practical situations.

Made available in DSpace on 2017-07-20T13:42:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliano Almeida.pdf: 2689795 bytes, checksum: e2c63ba0cfcdfb76d39a3d5e44e5dcf9 (MD5) Previous issue date: 2017-04-20 / Considering the shortage of fresh water availability and an increased demand for water in the world, including Brazil, one of the alternatives for water supply are the water desalination system, which remove salts from brackish or seawater. The objective of this study was to evaluate the efficiency of treated water desalination system with production capacity of 1.0 m3 h-1 of treated water, installed in a water treatment plant of Sanepar (Water and Sanitation Company of the State of Parana), in Praia de Leste located in the coast of the state of Paraná, Brazil. In this study, the seawater was diluted with fresh water to make brackish water. The brackish water was prepared from the water mixture of the Pombas River, source of fresh water supply to the region, and sea water. The mixtures were performed to obtain concentrations of 1000 and 1500 mg L-1 of total dissolved solids (TDS). The system was composed of ultrafiltration (UF) as a pre-treatment to reverse osmosis (RO). Experiments were performed during 15 days for each TDS concentration of brackish water and TDS removal efficiencies were 99.0 and 99.1%, respectively. Besides TDS, other water quality parameters such as: electrical conductivity, turbidity, apparent colour, alkalinity, total hardness, calcium, magnesium, chlorides, sulphates and pH were monitored. Oxidation-reduction potential (ORP) and osmotic pressure, filtration rate and membrane recovery rate were also measured for the RO. The pilot plant system could remove all water quality parameters studied. / Com a escassez da disponibilidade de água doce e o aumento da demanda de água no mundo e também no Brasil, uma das alternativas para o suprimento de água são os sistemas de dessalinização de água, que removem os sais da água salobra ou salgada. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de um sistema piloto de dessalinização de água salobra com capacidade de produção de 1,0 m3 h-1 de água tratada, instalado na estação de tratamento de água (ETA) da Sanepar, no balneário de Praia de Leste, no litoral do estado do Paraná. A água salobra foi preparada a partir da mistura da água bruta do Rio das Pombas, manancial que abastece o balneário, e água do mar. As misturas foram realizadas até obter concentrações de 1000 e 1500 ± 100 mg L-1 de sólidos dissolvidos totais (SDT). O sistema foi composto de ultrafiltração como pré-tratamento à osmose reversa. Os experimentos foram realizados durante o período de 15 dias para cada concentração de SDT da água salobra obtendo-se remoções de 99,0 e 99,1%, para 1500 ± 100 mg L-1 e 1000 ± 100 mg L-1, respectivamente. Além dos SDT, foram avaliados outros parâmetros de qualidade da água como: condutividade elétrica, turbidez, cor aparente, alcalinidade, dureza total, cálcio, magnésio, cloretos, sulfatos, pH e temperatura. Durante os experimentos foram avaliados potencial de oxirredução (ORP) e a pressão osmótica, a taxa de filtração e a taxa de recuperação na membrana de osmose reversa. O sistema de ultrafiltração foi mais eficiente na remoção de turbidez e cor aparente, sendo que o sistema de osmose reversa apresentou melhor eficiência na remoção de sólidos dissolvidos totais.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-11-21T18:25:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_ArgamassasDessalinizacaoAlvenaria.pdf: 9422579 bytes, checksum: c3e2f0597273d5987bdf62949e2d5cb2 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-11-22T15:19:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_ArgamassasDessalinizacaoAlvenaria.pdf: 9422579 bytes, checksum: c3e2f0597273d5987bdf62949e2d5cb2 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-11-22T15:19:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_ArgamassasDessalinizacaoAlvenaria.pdf: 9422579 bytes, checksum: c3e2f0597273d5987bdf62949e2d5cb2 (MD5) Previous issue date: 2013 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / Nos monumentos históricos de Belém as alvenarias estruturais, juntamente com os alicerces e pilares, são responsáveis pelo sustento da edificação (VASCONCELLOS, 1979). Estas alvenarias são constituídas de pedras e tijolos maciços assentados com argamassa de cal e podem apresentar diversas patologias dentre as quais se destacam a eflorescência salina e a ação da umidade. Estes dois agentes ocasionam destacamento de camadas, pulverização de argamassa, surgimento de fendas e aparência esbranquiçada nas alvenarias (HENRIQUES, 1994; CHAROLA, 2000). A pesquisa tem como principal objetivo a identificação, caracterização e amenização da eflorescência salina, por meio do estudo de caso da alvenaria do transepto direito da Igreja de Santo Alexandre, situada no centro histórico de Belém-PA. Para isto foram utilizadas técnicas laboratoriais com o intuito de entender as condicionantes favoráveis ao processo de eflorescência salina, os danos provocados aos materiais, os tipos de sais mais atuantes e quais materiais são eficientes para dessalinização. Primeiramente foi realizado o mapeamento da alvenaria e o mapeamento de danos para verificar a situação atual e as áreas mais degradadas. Posteriormente foi realizada a caracterização física, química e mineralógica: 1) caracterização física por meio de análise granulométrica por difração a laser, análise de traço e análise do teor de umidade da alvenaria, 2) caracterização química por meio de teste qualitativo e quantitativo de sais e 3) caracterização mineralógica por Difração de Raios-X. A Difração de Raios-X também foi utilizada para avaliar a eficácia de quatro tipos de argamassas de dessalinização que continham argilas (Bentonita e Caulim) e areia em diferentes relações. Ao final do trabalho verificou-se que as técnicas sugeridas para caracterização e mapeamento da alvenaria se mostraram eficientes e auxiliaram no diagnóstico correto da problemática existente. Além disso, chegou-se a conclusão de quais argamassas são mais recomendadas para dessalinização de alvenarias degradadas por eflorescência salina. / In the historical monuments of Belém structural masonry, along with the foundations and pillars, are responsible for supporting the building (VASCONCELLOS, 1979). These masonry are made of stone and solid bricks with lime mortar setting and can present various pathologies among which stand out the action of salt efflorescence and moisture. These two agents cause detachment of layers, mortar spraying, the appearance of cracks in masonry, and whitish appearance (HENRIQUES, 1994; CHAROLA, 2000). The research has as main objective the identification, characterization and attenuation of salt efflorescence, through study of the masonry of the right transept of the Church of St. Alexandre, located in historic downtown of Belém- PA. For this, laboratory techniques were used in order to understand the favorable process conditions of salt efflorescence, the damage to the materials, the kinds of salts and which materials are effective for desalination. First was the mapping the masonry and mapping damage to verify the current situation and the most degraded areas. Was subsequently performed the physical, chemical and mineralogical characterization: 1) physical characterization by sieve analysis, trace analysis and analysis of the moisture content of the masonry, 2) chemical characterization through qualitative and quantitative testing of salts and 3) characterization mineralogy by X-ray diffraction. The X-ray diffraction was also used to evaluate the efficacy of four types of desalination mortars containing clay (bentonite and kaolin) and sand in different ratios. At the end of the study it was found that the suggested techniques for characterization and mapping of the masonry proved efficient and aided in the correct diagnosis of the existing problem. Moreover, the research showed which kinds of mortar are recommended to desalination of masonry damaged by salt efflorescence.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-16T19:29:28Z No. of bitstreams: 1 AKLEINO SILVESTRE DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 6288381 bytes, checksum: f65c5bdc20bfda0cdb5930837d5d1894 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-16T19:29:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AKLEINO SILVESTRE DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 6288381 bytes, checksum: f65c5bdc20bfda0cdb5930837d5d1894 (MD5) Previous issue date: 2016-09-29 / O consumo de água doce vem crescendo muito no mundo inteiro e sua possível escassez tornou-se um dos temas mais discutidos na atualidade. Com isso há necessidade de desenvolver novas estratégias para suprir a falta de água potável. Dentre elas, destacam-se a dessalinização. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo avaliar um ciclone convencional utilizado para dessalinização da água salgada com adição de cinco bicos injetores, localizados na parte superior do mesmo. O modelo matemático adotado considera escoamento tridimensional, turbulento, estacionário e não isotérmico para a fase gasosa, e a aplicação do modelo Lagrangeano para as partículas. As equações de conservação da massa, de momento linear, de energia e as do modelo de turbulência SST , bem como as equações constitutivas e as condições de contorno foram resolvidas com auxílio do software comercial Ansys CFX. São apresentados os resultados dos campos de pressão, temperatura, velocidade e fração mássica, linhas de fluxo, trajetórias das partículas, perfis de velocidade, de pressão total e de temperatura total no interior do separador ciclônico térmico. Constatouse o caráter tridimensional do escoamento gás-partícula no interior do ciclone com presenças de regiões de zonas de recirculação e de inversão de fluxo. Os resultados mostraram que a variação das temperaturas na alimentação, tanto do ar como da água, influência na geração de vapor no interior do separador ciclônico. Porém é preciso um estudo cauteloso, como por exemplo, avaliar a influência do comprimento da parte cônica, tanto na fluidodinâmica quanto na cinética, para tentar aumentar o tempo de residência das partículas e com isso contribuir para o aquecimento da partícula. / The consumption of fresh water has been increasing worldwide and its possible shortage has become one of the most discussed topics today. With this, there is a need to develop new strategies to address the lack of potable water. Among them, desalination. In this sense, the present work aims to evaluate a conventional cyclone used for the desalination of salt water with the addition of five injector nozzles, located in the upper part of the same. The mathematical model adopted considers three-dimensional, turbulent, stationary and nonisothermal flow for the gas phase, and the application of the Lagrangian model to the particles. The equations of conservation of mass, linear momentum, energy and those of the SST w turbulence model, as well as the constitutive equations and the boundary conditions were solved with the commercial software Ansys CFX. The results of the fields of pressure, temperature, velocity and mass fraction, flow lines, particle trajectories, velocity profiles, total pressure and total temperature inside the thermal cyclone separator are presented. It was noted three-dimensional character of the gas-particle flow within the cyclone presence regions with recirculation zones and reverse flow. The results showed that the temperature variation in both air and water influences the generation of steam inside the cyclonic separator. However, a cautious study is required, for example, to evaluate the influence of the length of the conic part, both in fluid dynamics and kinetics, to try to increase the residence time of the particles and thereby contribute to the heating of the particle.

NEVES, Antônia Leila Rocha.Estratégias visando o uso sustentável de água salina em um ciclo de rotação cultural feijão-de-corda/girassol. 2012. 159 f. : Tese (doutorado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia Agrícola, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Fortaleza-CE, 2015. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-08-01T16:31:10Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_alrneves.pdf: 5244793 bytes, checksum: 9b9ea12c8d4f13c6be11e4de21f8c5db (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-08-02T13:19:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_alrneves.pdf: 5244793 bytes, checksum: 9b9ea12c8d4f13c6be11e4de21f8c5db (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-02T13:19:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_alrneves.pdf: 5244793 bytes, checksum: 9b9ea12c8d4f13c6be11e4de21f8c5db (MD5) Previous issue date: 2012 / The world population growth and increasing demand for water to meet household consumption and other sectors of the economy, have awakened for the use of alternative sources or water of inferior quality, such as saline water and wastewater. The aim of this study was a preliminary assessment of the situation of desalination plants installed by the State Government of Ceara in the region of Pentecoste, Ceará, and then to evaluate irrigation management strategies (cyclic use of saline water, mixture of water of different salinities and use only in stages of tolerant phase of crop) and the system of crop rotation cowpea/sunflower, aiming at the sustainable use of saline water in irrigated agriculture. The experiment with the cowpea was conducted in the dry season of 2011, and followed the randomized block design, with thirteen treatments and five replications. The treatments were: T1: low salinity water (A1), throughout the cycle, T2, T3 and T4: Water with CE 2.2 (A2), 3.6 (A3) and 5.0 (A4) dS m-1, throughout the cycle, T5, T6 and T7: Water with EC of 2.2, 3.6 and 5.0 dS m-1 in the final phase of the cycle, T8, T9 and T10: Use cyclic A1 and A2, A1 and A3 and A1 and A4, starting with A1 at sowing, T11, T12 and T13: Water of EC of 2.2, 3.6 and 5.0 dS m-1 after germination until the end of cycle. To verify the residual effect of saline water applied during the experiment with the cowpea, sunflower was grown in the rainy season of 2012 in the same plots that were cultivated with cowpea, using supplementary irrigation with water of low salinity. The EC of the desalination waste in the region of Pentecoste ranged from 4.2 to 7.6 dS m-1, representing a risk for the environment, where much of the waste generated is used to feed the vast majority of population is not aware if the reject cause any harm to human health or to the environment. The results of field experiments showed that the use of saline water during the entire cycle of the cowpea up to the level of 5.0 dS m-1 and after germination until the end of the cycle inhibits leaf gas exchange, extraction of nutrients, plant growth and crop yield, while the strategies of irrigation with saline water in the final phase of the crop cycle (flowering and fruiting) and cyclically not negatively affect these variables. Further, these strategies allow a saving 34-47% water of low salinity used for irrigation. There was accumulation of salts in the soil for the cultivation of cowpea of the treatments which used water of high salinity. However, the use of strategies for managing the application of alternating high and low water salinity crop cycle and application of the salt water only in the final stage reduced the impact on soil. The irrigation water of low salinity (0.5 dS m-1) promoted excessive leaching of salts in the soil at the end of sunflower cultivation, but the amount of rainfall before seeding was not sufficient to completely eliminate the residual effect of salinity in the crop. / O crescimento da população mundial e a crescente demanda de água para atender o consumo das famílias e os demais setores da economia, têm despertado para o aproveitamento de fontes alternativas ou águas de qualidade inferior, tais como as águas salinas e residuárias. O objetivo desse trabalho foi realizar uma avaliação preliminar sobre a situação dos dessalinizadores instalados pelo Governo do Estado do Ceará na região de Pentecoste, Ceará, e, em seguida, avaliar estratégias de manejo da irrigação (uso cíclico de água salina, mistura de fontes de água de diferentes salinidades e utilização apenas nos estádios de maior tolerância da cultura) e o sistema de rotação de culturas feijão-de-corda/girassol, visando o uso sustentável de água salina na agricultura irrigada. O experimento com feijão-de-corda foi conduzido no campo na estação seca de 2011, e obedeceu ao delineamento em blocos ao acaso, com treze tratamentos e cinco repetições. Os tratamentos consistiram de: T1: Água de baixa salinidade (A1), durante todo o ciclo; T2, T3 e T4: Água com CE de 2,2 (A2), 3,6 (A3) e 5,0 (A4) dS m-1, durante todo o ciclo, T5, T6 e T7: Água com CE de 2,2, 3,6 e 5,0 dS m-1 na fase final do ciclo, T8, T9 e T10: Uso cíclico de A1 e A2; A1 e A3 e A1 e A4, iniciando com A1 no plantio; T11, T12 e T13: Água com CE de 2,2, 3,6 e 5,0 dS m-1 11 dias após o plantio até o final do ciclo, respectivamente. Para verificar o efeito residual de água salina aplicada durante o experimento com o feijão-de-corda, foi cultivado na estação chuvosa de 2012 o girassol nas mesmas parcelas que foram cultivadas com o feijão-de-corda, utilizando irrigação suplementar com água de baixa salinidade (A1). Os valores de CEa para o rejeito de dessalinização na região de Pentecoste variaram de 4,2 a 7,6 dS m-1, representando riscos para o ambiente, sendo que a maior parte do rejeito gerado é utilizada para alimentação animal e a grande maioria da população não tem conhecimento se o rejeito causa algum dano à saúde humana ou ao meio ambiente. Os resultados dos experimentos de campo demonstraram que a aplicação de água salina durante todo o ciclo do feijão-de-corda ao nível de 5,0 dS m-1 e após a 11 dias do plantio até o final do ciclo inibe as trocas gasosas foliares, a extração de nutrientes, o crescimento vegetativo e a produtividade da cultura, enquanto as estratégias de irrigação com água salina na fase final do ciclo (floração e frutificação) e de forma cíclica não afetam de forma negativa essas variáveis. Além disso, essas estratégias permitiram uma economia de 34 a 47% de água de baixa salinidade utilizada na irrigação. Ocorreu acúmulo de sais no solo durante o cultivo do feijão-de-corda nos tratamentos em que se utilizou água de elevada salinidade. No entanto, o uso de estratégias de manejo como a aplicação alternada de águas de baixa e alta salinidade ao longo do ciclo da cultura e aplicação da água salina apenas no estádio final reduziu o impacto sobre o solo. A irrigação com água do canal (A1) com CE de 0,5 dS m-1 durante o cultivo do girassol promoveu a lixiviação do excesso de sais no solo no final do cultivo, mas o total de chuvas antes do plantio não foi suficiente para eliminar completamente o efeito residual da salinidade nesta cultura.