A casca da semente do fruto da pinha (Araucaria angustifolia), in natura e na forma de carvão ativado foi testada como adsorvente para a remoção do corante têxtil Preto de Remazol B (RB) de efluentes aquosos. Os efeitos do tempo de agitação, da dosagem do adsorvente e o pH na capacidade de adsorção foram estudados. A adsorção do RB foram favoráveis em valores de pH variando entre 2,0 até 2,5 e de 2,0 até 7,0 para o biossorvente e o carvão ativado, respectivamente. O tempo de contato necessário para a obtenção do equilíbrio usando o biossorvente e o carvão ativado foram 12 e 4 horas, respectivamente, a 298 K. O modelo cinético de ordem-fracionária foi o que melhor se ajustou aos resultados experimentais, comparado a outros modelos. Os resultados de equilíbrio foram melhores ajustados através das isotermas de Sips, tanto usando o biossorvente quanto o carvão ativado. A entalpia e a entropia de adsorção do RB foram obtidas pelos experimentos de adsorção no intervalo de temperatura de 298 até 323 K. Simulações de efluentes de tinturaria foram feitos para averiguar a aplicabilidade proposta para os adsorventes no tratamento de efluentes. / Brazilian pine-fruit shells (Araucaria angustifolia) in natural form and as activated carbon were tested as adsorbents for the removal of remazol black B (RB) textile dye from aqueous effluents. The effects of shaking time, adsorbent dosage and pH on the adsorption capacity were studied. RB uptake was favorable at pH values ranging from 2.0 to 2.5 and from 2.0 to 7.0 for the biosorbent and the activated carbon, respectively. The contact time required to obtain the equilibrium using the biosorbent and the activated carbon was 12 and 4 h at 298 K, respectively. The fractionary-order kinetic model provided the best fit to experimental data compared with other models. Equilibrium data were better fit to the Sips isotherm model using the biosorbent as well as the activated carbon. The enthalpy and entropy of adsorption of RB were obtained from adsorption experiments ranging from 298 to 323 K. Simulated dyehouse effluents were used to check the applicability of the proposed adsorbents for effluent treatment.

Moltes de les activitats industrials existents actualment presenten el problema dels residus generats i la seua gestió. Els residus líquids són una font important de contaminació dels recursos hídrics, fent-se necessari el control de les condicions de la seua eliminació. Alguns dels paràmetres estan regulats per la legislació, nacional i estatal, tanmateix, acomplint els requisits de la legislació, aquesta aigua s’elimina amb concentracions de contaminants baixes. Alguns contaminants orgànics presenten problemes de toxicitat i bioacumulació, fins i tot a concentracions baixes. En general són un problema per al tractament biològic degut a la seua toxicitat (perquè són perjudicials per als microorganismes depuradors de matèria orgànica) i per la seua baixa degradabilitat poden passar pel tractament biològic sense descompondre’s. Per als efluents que contenen contaminants orgànics s’han investigat àmpliament tractaments alternatius, com la utilització dels Processos d’Oxidació Avançada – POA. Aquests processos estan dirigits a la degradació dels compostos orgànics, inclosos els refractaris, en un curt període de temps i amb eficiència alta. En aquest treball s’investiga l’aplicació del procés d’electròlisi – EL i fotoelectrooxidació – FEO a la degradació de contaminants orgànics aromàtics refractaris en dissolucions sintètiques , per a comprendre millor els fenòmens involucrats en el procés de tractament d’efluents, al mateix temps que la seua viabilitat tècnica d’aplicació. Un altre punt estudiat ha sigut l’ús de la tècnica de voltametria cíclica com a ferramenta per avaluar el comportament electroquímic del material de l’anode i la definició dels paràmetres de treball per a investigar els processos d’oxidació avaluats. Els dos processos d’oxidació investigats han demostrat ser capaços de degradar compostos orgànics refractaris, i en el procés de FEO es va aconseguir una major eficiència de la degradació de fenol i la producció de compostos menys perjudicials per al medi ambient, com per exemple els àcids orgànics. Tant el procés d’electròlisi com de fotoelectrooxidació es presenten una alternativa tecnològica per a la degradació d’aquests compostos perillosos. / Nas mais diversas atividades industriais hoje existentes está presente a problemática dos resíduos gerados e seu gerenciamento. Os efluentes líquidos são uma grande fonte de poluição dos recursos hídricos, sendo necessário o controle das condições de seu descarte. Alguns parâmetros são regulamentados por legislação, nacional e estadual, contudo, mesmo atendendo as exigências da legislação, essa água é descartada com baixas concentrações de poluentes. Alguns poluentes orgânicos aromáticos apresentam problemas de toxicidade e bioacumulação mesmo a baixas concentrações. Em geral constituem um problema para o tratamento biológico devido a sua toxicidade, pois são nocivos aos microorganismos depuradores da matéria orgânica e sua baixa degradabilidade faz com que passem pelo processo biológico de tratamento sem se decompor. Para efluentes contendo poluentes orgânicos uma das alternativas de tratamento que vem sendo muito investigada é o uso de Processos Oxidativos Avançados - POA’s. Esses processos têm como objetivo a degradação dos compostos orgânicos presentes, inclusive os refratários, em curto intervalo de tempo e com alta eficiência. Neste trabalho se investiga a aplicação dos processos de eletrólise – EL e fotoeletrooxidação – FEO na degradação de poluentes orgânicos aromáticos refratários em soluções sintéticas, visando um maior entendimento dos fenômenos envolvidos nesses processos de tratamento de efluentes, bem como sua viabilidade técnica de aplicação. Outro ponto estudado é o uso da técnica de voltametria cíclica de varredura como ferramenta para a avaliação do comportamento eletroquímico do material anódico e definição de parâmetros de trabalho para os processos oxidativos investigados. Ambos os processos oxidativos investigados demonstraram ser capazes de degradar o composto orgânico refratário, sendo que no processo de FEO se atingiu uma maior eficiência de degradação do fenol, gerando compostos muito menos prejudiciais ao meio ambiente, como os ácidos orgânicos. Tanto o processo de eletrólise como o de fotoeletrooxidação representam ser uma alternativa tecnológica para a degradação desses perigosos compostos. / In different industrial activities existing today there is the problem of waste generated and its management. Liquid wastes are a major source of water resources pollution, being necessary the control of the disposal conditions. Some parameters are regulated by legislation, in national and in state level, however, even meeting the requirements of legislation, this water is disposed of with low concentrations of pollutants. Some aromatic organic pollutants present problems of toxicity and bioaccumulation even at low concentrations. In general they are a problem for biological treatment due to their toxicity, since they are detrimental to the microorganisms debuggers of organic matter and their low degradability make them pass through the biological treatment without decaying. For effluents containing organic pollutants an alternative treatment, that has been widely investigated, is the use of Advanced Oxidation Processes – AOP’s. These processes are aimed at the degradation of organic compounds, including refractory, in a short period of time and with high efficiency. This work investigates the application of electrolysis - EL and photoelectrooxidation – PEO in the degradation of refractory aromatic organic pollutants in synthetic solutions, in order to better understand the phenomena involved in the process of effluent treatment, as well as their technical feasibility of implementation. Another point studied is the use of of scan cyclic voltammetry technique as a tool for evaluating the electrochemical behavior of anode material and the definition of working parameters for the oxidation processes investigated. Both oxidation processes investigated have proved to be capable of degrading refractory organic compound, and in the PEO process greater efficiency of phenol degradation was achieved, producing compounds far less damaging to the environment, such as organic acids. Both processes, electrolysis and photoelectrooxidation, represent a technological alternative for the degradation of these hazardous compounds. / Muchas de las actividades industriales existentes actualmente presentan el problema de los residuos generados y su gestión. Los residuos líquidos son una fuente importante de contaminación de los recursos hídricos, siendo necesario el control de las condiciones de su eliminación. Algunos parámetros están regulados por la legislación, nacional y estatal, sin embargo, incluso cumpliendo los requisitos de la legislación, este agua se elimina con concentraciones de contaminantes bajas. Algunos contaminantes orgánicos aromáticos presentan problemas de toxicidad y bioacumulación, incluso a bajas concentraciones. En general son un problema para el tratamiento biológico debido a su toxicidad (ya que son perjudiciales para los microorganismos depuradores de materia orgánica) y por su baja degradabilidad pueden pasar a través del tratamiento biológico sin descomponerse. Para los efluentes que contienen contaminantes orgánicos se han investigado ampliamente varios tratamientos alternativos, como el uso de los Procesos de Oxidación Avanzada - POA. Estos procesos están dirigidos a la degradación de los compuestos orgánicos, incluidos los refractarios, en un corto período de tiempo y con alta eficiencia. En este trabajo se investiga la aplicación de los procesos de electrólisis - EL y fotoelectrooxidation - FEO a la degradación de contaminantes orgánicos aromáticos refractarios en soluciones sintéticas, para comprender mejor los fenómenos involucrados en el proceso de tratamiento de efluentes, así como su viabilidad técnica de aplicación. Otro punto estudiado fue el uso de la técnica de voltametría cíclica de barrido como una herramienta para evaluar el comportamiento electroquímico del material del ánodo y la definición de los parámetros de trabajo para investigar los procesos de oxidación evaluados. Ambos procesos de oxidación investigados han demostrado ser capaces de degradar compuestos orgánicos refractarios, y en el proceso de FEO se logró una mayor eficiencia de la degradación de fenol y la producción de compuestos menos perjudiciales para el medio ambiente, tales como los ácidos orgánicos. Tanto el proceso de electrólisis como fotoelectrooxidación representan una alternativa tecnológica para la degradación de estos compuestos peligrosos.

O consumo de água nas indústrias alimentares é intenso devido às rigorosas exigências sanitárias, porém muitas vezes excessivo. Tendo em vista a crescente escassez de água, procedimentos de racionalização do uso da água e reúso de efluentes devem ser implantados, observando o cumprimento da legislação sanitária. O objetivo do trabalho, realizado em um frigorífico de suínos, com abate de 1.150 suínos/dia, localizado no sul do Brasil, consistiu em determinar um índice de consumo de água, bem como avaliar as características físicas, químicas e biológicas do efluente tratado com vistas ao reúso no processo produtivo e áreas de utilidades. Os resultados mostraram que o consumo de água é de 776 L/suíno, podendo ser reduzido para 480 L/suíno, através da implementação de técnicas de produção mais limpa, possibilitando atingir os seguintes percentuais de redução: nos processos de limpeza e sanitização (81%), na lavagem de pocilgas, dessedentação de suínos e lavagem de caminhões (64%), no atordoamento e sangria (79%), na evisceração e divisão (55%), no processamento das tripas (47%) e nas operações de escaldagem e depilação (31%). A operação das torres de resfriamento deve ser otimizada, devido ao elevado consumo de água (26% do total). Os parâmetros físicos, químicos e biológicos do efluente tratado foram analisados, seguindo os procedimentos descritos por APHA (2005), concluindo-se que há necessidade de otimizar o sistema de tratamento de efluentes, principalmente para a redução do conteúdo de sais, com vistas ao reúso da água. As medidas de racionalização e otimização do processo produtivo e os procedimentos de reúso propostos, contribuem para a redução da carga poluidora lançada na Bacia Hidrográfica do rio da Várzea e buscam a sustentabilidade socioambiental da empresa. / The water consumption in the food industry is intense due to strict sanitary regulations, but usually excessive. In a world where the water is becoming a rare commodity it is necessary to implement procedures that allow a better use of this resource without causing sanitary concerns. This study was performed in a pig slaughterhouse located in Southern Brazil, with a slaughter capacity of 1150 pigs per day. Its major focus was the determination of the specific and global water consumption and the suitability of the treated wastewater to fulfill water uses in the plant. The water consumption in the facility of 776 L/pig was determined and the observations in the process showed that, with the implementation of the cleaner production recommendations, it would be possible to reduce it to 480 L/pig. According to the proposals here presented the reductions in the water consumption could reach: cleaning and sanitizing (81%), holding pens washing, pigs watering and trucks washing (64%), stunning and bleeding (79%), evisceration and splitting (55%), casing processing (47%) and scalding and dehairing (31%). When compared to literature data, the operation of the cooling towers should be improved due to the great water consumption (26% of total). The physical, chemical and biological parameters of the treated wastewater were analyzed following procedures described by APHA (2005), and, when compared to requirements for different water uses, its quality showed that, in order to be reused in the facility, additional treatment is needed, mainly for the reduction of the salt content. The measures of rationalization and optimization of the productive process and the proposed procedures of water reuse contribute for the reduction of pollution discharge in the Hydrographic Basin of Várzea River and look for a social environmental sustainability of the company.

O efluente gerado na produção de isolados protéicos a base de soja é um efluente de altíssima carga orgânica, composto, basicamente, por proteínas e carboidratos solúveis em meio aquoso; exige, portanto, um sistema de tratamento bastante qualificado, o qual requer um espaço físico elevado e a adição de grandes volumes de reagentes químicos. O objetivo deste trabalho consiste em avaliar a aplicação de dois processos alternativos para o pré-tratamento deste efluente bruto e o comportamento do sistema primário de tratamento existente atualmente (composto por dois reatores anaeróbios acidogênicos, um reator tubular e um sedimentador circular) ao receber os efluentes gerados nestes processos de pré-tratamento. Um sistema de membranas de ultrafiltração (três membranas cerâmicas tubulares de 5, 20 e 50 kDa) e um novo agente químico a base de sílica que atua na etapa de coagulação/floculação foram os processos de pré-tratamento estudados a fim de reduzir a carga orgânica do efluente bruto. A membrana de 20 kDa apresentou o menor fluxo permeado em função dos fenômenos de compactação, polarização por concentração e fouling; a membrana de 50 kDa proporcionou os menores percentuais de retenção. A membrana de 5 kDa obteve os melhores resultados (menor diminuição do fluxo permeado em função do tempo, menor percentual de fouling e maiores percentuais de retenção. O prétratamento com o agente químico a base de sílica não gerou resultados satisfatórios em relação à remoção da DQO do efluente e à estabilidade dos flocos formados durante o processo e foi, portanto, considerado inviável. Resultados muito satisfatórios foram obtidos a partir do desenvolvimento de um sistema primário de bancada (comportamento semelhante ao sistema primário industrial, com remoções de 24% de DQO, 49% de proteína e 76% de SST); quando este sistema tratou o permeado da membrana de UF, remoções inferiores foram obtidas (4% de ST, 41% de SST, 12% de DQO e 21% de proteína). Os resultados comprovaram, que a implementação do pré-tratamento com membranas de UF seria de grande valia para o sistema de tratamento de efluentes atual. Em função da elevada remoção de sólidos e nutrientes obtida durante os processos conjuntos de pré-tratamento e posterior tratamento primário do permeado, sugere-se a manutenção do sistema primário atual. / The isolated soy protein (ISP) production generates a very high organic load wastewater, composed by soluble proteins and carbohydrates; very efficient wastewater treatment systems are required, which demand a significant physical space. The objective of this study is the evaluation of two alternative processes application on the ISP production effluent pre-treatment and of the current primary system behavior (involving an anaerobic acidogenic reactor, a tubular reactor and a sedimentation tank) when treating the “new” effluents obtained with the studied pretreatment. The introduction of an ultrafiltration membrane system (three tubular ceramic membranes with 5, 20 e 50 kDa) and the use of a new chemical agent which acts at the coagulation/flocculation steps were studied to reduce the raw wastewater organic load. The 20 kDa membrane showed the smaller permeate flux as a consequence of the compactness, concentration polarization and fouling phenomena; with the 50 kDa membrane the lowest retention were obtained. The 5 kDa membrane presented the best results: an elevated retention (34% of COD, 52% of protein, 21% of TS and 86% of TSS) and the less fouling tendency. The pre-treatment with the new chemical agent did not generate satisfactory results relating to wastewater COD removal and to the stability of the formed flocks. This process was, therefore, rejected. A bench scale primary treatment system was developed; very satisfactory results were obtained when treating the raw wastewater (it presented a behavior very similar to the industrial primary system, with removal of 24% COD, 49% protein and 76% TSS). When treating the membrane system permeate, however, this system removed only 4% TS, 41% TSS, 12% COD and 21% protein. The results confirmed that the membrane pre-treatment implementation would be very useful to the current wastewater treatment system. Due to the great solids and nutrient removal during the membrane pre-treatment followed by the primary treatment of the permeat, it is suggested the maintenance of the current primary treatment system, even if the membrane pre-treatment is used.

A indústria de petróleo consome grandes quantidades de água nas operações industriais de refino, especialmente para resfriamento de equipamentos e produção de vapor de água. A utilização de água nas torres de resfriamento representa uma fonte considerável de problemas ambientais, devido ao grande volume de água captado, às perdas por evaporação e ao descarte de efluentes. Por outro lado, as aplicações dos processos de separação com membranas vêm aumentando na área de recuperação e reaproveitamento de águas e correntes de processo, bem como no tratamento de efluentes. No parque industrial brasileiro há várias indústrias do ramo de petróleo que utilizam a osmose inversa para desmineralizar a água, produzindo um volume de elementos de membranas muito grande que é simplesmente descartado. Membranas de osmose inversa possuem um tempo de vida útil que varia de três a cinco anos, após esse período essas membranas são descartadas e substituídas por novas, gerando volumes de resíduos sólidos estocados nos pátios das empresas, sem qualquer utilidade. Portanto, além da geração de efluentes nos processos produtivos, outro problema ambiental que surge com a utilização de processos de separação com membranas é a geração de resíduos. O presente trabalho faz parte de um projeto que tem como objetivo estudar, junto à unidade de Utilidades da empresa Braskem UNIB, em Triunfo, a viabilidade do reaproveitamento de membranas de osmose inversa descartadas do processo de desmineralização de águas com a finalidade de reúso destas para o tratamento da corrente de purga das torres de resfriamento. Para tanto, é necessário construir, junto à empresa, uma unidade piloto a fim de se testar a possibilidade de reúso dessa corrente de água e do reaproveitamento das membranas usadas. O objetivo específico deste trabalho é a construção da unidade piloto, que inclui as etapas de projeto, aquisição, montagem e pré-operação desta unidade, além de testes preliminares de caracterização das membranas com água filtrada e com a corrente de purga. Também foram realizados experimentos em escala de bancada com as membranas descartadas do processo. Os resultados obtidos em escala de bancada foram satisfatórios, comprovando a viabilidade da aplicação deste estudo em escala piloto. Embora os resultados encontrados em escala piloto não sejam conclusivos, os testes preliminares realizados, a metodologia aplicada e as modificações sugeridas mostraram ser adequados à continuidade do projeto. O presente trabalho demonstrou ser de grande relevância, podendo proporcionar benefícios de grande alcance, uma vez que ao aumentar o tempo de vida útil das membranas pela aplicação destas para outras finalidades, obter-se-á a redução tanto da geração de resíduo industrial e de efluentes, como do volume de água captada para o processo industrial. / The petroleum industry consumes great amounts of water in its industrial operations of refining, especially for cooling and water vapor production. The water used in the cooling towers represents a considerable source of environmental problems, due to the huge volume of collected water, to the losses by evaporation and to the effluents discharge. On the other hand, the applications of the membrane separation processes are increasing in areas like recovery and reuse of water, wastewater and other process streams. In Brazil, several chemical and petrochemical companies are using reverse osmosis (RO) in the water demineralization process; RO membranes have a life time that varies from three to five years; after this period these membranes are disposed of and replaced by new ones, resulting in an industrial solid waste problem. Therefore, besides the wastewater generation, another problem that arises is the disposal of reverse osmosis membranes that have lost their efficiency. The present work is part of a major project which has been developed between Braskem and the Chemical Engineering Department of UFRGS. The main purpose of this project is to study the reuse of old membranes, discarded from the demineralization process, for the treatment of wastewater of the purge of the cooling tower. The specific objective of this work is the construction of a pilot plant to test the possibility of reuse both the wastewater and the old reverse osmosis membranes. The construction of the unit includes design, acquisition, assembly and pre-operation; besides several tests were performed, such as membrane characterization related to saline retention and permeate flux, and preliminary tests with the purge stream. Also, experiments in bench scale have been carried out to establish the feasibility of reuse discarded reverse osmosis membranes. The results obtained in bench scale provided a good insight of the technical viability of reuse, encouraging the application of this study in a pilot scale. Although the results found in pilot plant are not conclusive, the preliminary tests carried out showed that the unit is versatile allowing several tests, in different operating conditions, with different chemical products, and even with membranes from different manufactures. The present work has shown that the construction of the pilot plant has a considerable relevance, being able to provide economical and environmental benefits of great extent, by increasing the life time of the membranes, by reducing the effluent generation and diminishing the fresh water collection.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-06-13T13:23:59Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2940668 bytes, checksum: a6dbc35542add6d168938c4f2120e3ea (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-13T13:24:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2940668 bytes, checksum: a6dbc35542add6d168938c4f2120e3ea (MD5) Previous issue date: 2017-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Várias abordagens têm sido feitas de forma a confirmar o potencial atrativo das microalgas como matéria prima para a produção de biogás. No entanto, limitações advindas do substrato biomassa algal são ainda na atualidade descritas. As maiores complexidades da digestão anaeróbia da biomassa algal são reportadas como sendo a baixa digestibilidade da parede celular das algas e a inibição do processo pela presença de amônia. De forma a propor estratégias de superação dessas limitações, esse estudo teve como objetivo avaliar o potencial energético de biomassa algal cultivada em efluentes a partir da digestão anaeróbia. Estratégias de pré-tratamentos (térmico e prévia extração lipídica) e complementariedade de substratos foram aplicadas. A extração lipídica aumentou o rendimento da produção de biogás em até 10 vezes, tornando mais disponível o conteúdo intracelular. No entanto, após análise energética, concluiu-se pelo pouco ganho energético acumulado da etapa de extração lipídica, devido principalmente ao baixo acúmulo lipídico da biomassa produzida em efluentes. O aproveitamento lipídico da biomassa se mostrou inviável energeticamente e a geração de biogás da biomassa bruta foi a rota energética mais favorável, tanto para biomassa produzida em lagoas de alta taxa com esgoto doméstico, como para biomassa cultivada em fotobiorreator coluna de bolhas com efluentes da indústria de processamento de carnes. A complementariedade de substratos foi avaliada utilizando-se efluente da indústria de extração de azeite (água ruça) na digestão anaeróbia de biomassa algal produzida em lagoa de alta taxa (LAT) utilizando efluente da indústria cervejeira e esgoto doméstico como meios de cultivo. Adicionalmente, a geração de biogás e a eficiência de degradação da matéria orgânica foram monitoradas ao longo de três fases (72 dias) de operação de um reator híbrido anaeróbio, caracterizadas pelo também uso da água ruça como um substrato complementar à biomassa algal e à aplicação de um pré-tratamento térmico para ruptura da parede celular da biomassa algal. Análises de citometria de fluxo foram realizadas para estimar a integridade da membrana e viabilidade metabólica das células algais de forma a mensurar a eficiência do pré-tratamento aplicado. A água ruça se mostrou um substrato complementar eficiente para digestão anaeróbia da biomassa algal, permitindo melhorar rendimento do processo, além de economia de recursos, facilidade operacional e aproveitamento energético de mais de um resíduo. Para os testes em batelada, o rendimento da digestão foi 36% maior para os testes com 10% de água ruça adicionada à biomassa algal cultivada em esgoto doméstico. Para biomassa cultivada em efluente da indústria cervejeira, valores de até 20% de água ruça puderam ser adicionados à biomassa algal, no entanto, teste utilizando somente a biomassa algal como substrato apresentou os melhores resultados de produção de biogás. Mesmo com a aplicação de pré-tratamento térmico, o melhor rendimento do reator híbrido foi obtido quando operado com 10% de água ruça, cerca de 3 vezes superior ao rendimento obtido somente com biomassa algal. Acredita-se que através do presente estudo foi possível avaliar uma rota promissora de produção de biocombustíveis a partir do tratamento de efluentes, elucidando limitações importantes para a aplicação e ampliação do processo. Temas emergentes e de grande importância no contexto mundial e principalmente nacional foram abordados, nomeadamente o aproveitamento de resíduos e a questão energética, tornando o saneamento ambiental mais atrativo dos pontos de vista econômico e de sustentabilidade, e propondo alternativas de diversificação da matriz energética com o uso de biocombustíveis oriundos de biomassa algal. / Several approaches to confirm the attractive potential of microalgae as a feedstock for biogas production have been undertaken. However, limitations arising from the algal biomass substrate are still described today. The main complicators of anaerobic digestion of algal biomass are reported to be the low digestibility of the algal cell wall and the inhibition of the process by ammonia. In order to propose strategies to overcome these limitations, this study aimed to evaluate the energy potential of anaerobic digestion of algal biomass grown in wastewaters. Thermal and lipid extraction pre-treatments and complementarity of substrates were evaluated. Lipid extraction increased biogas yield ten-fold, by making intracellular content more available. However, an energy analysis showed the lipid extraction stage produced only a small accumulated energy gain, mainly due to the low lipid accumulation in the biomass produced in wastewaters. Utilization of biomass lipid was shown to be energy-infeasible and biogas generation from the crude biomass was the most favorable energy route, both for biomass produced in high rate ponds with domestic sewage and for biomass cultured in a bubble column photobioreactor with effluents from the meat processing industry. The complementarity of substrates was evaluated using olive mill wastewater in the anaerobic digestion of algae biomass produced in a high rate algal pond using effluents from the brewery industry and domestic sewage as culture media. In addition, biogas production and organic matter degradation efficiency were monitored during three phases (72 days) of an anaerobic hybrid reactor, characterized by the use of the olive mill wastewater as a complementary substrate to the algal biomass and the application of a thermal pretreatment for algal biomass cell wall rupture. Algal cell membrane integrity and metabolic viability were analyzed through flow cytometry in order to measure pretreatment efficiency. Olive mill wastewater proved to be an efficient complementary substrate for anaerobic digestion of the algal biomass, allowing better process efficiency, both in batch and semi-continuous feeding modes of the hybrid reactor, as well as resource savings, operational ease and energy utilization of more than one waste. For batchs tests, digestion yield was 36% greater when using 10% of olive mill wastewater together with algal biomass grown in domestic sewage. Values of up to 20% of olive mill wastewater could be added to algal biomass grown in brewery wastewater, however, tests using only algal biomass as the substrate showed the best biogas production results. Even with the application of thermal pretreatment, the best performance of the hybrid reactor was obtained when operated with 10% olive mill wastewater, resulting in about 3 fold higher yield than obtained with algal biomass alone. Through the present study, it was possible to evaluate a promising route for biofuels production through wastewater treatment and identify important limitations to the application and expansion of the process. Emerging issues of great importance worldwide and especially at the national level were addressed, namely waste reuse and renewable energy, making environmental sanitation more attractive from both the economic and sustainability points of view, and alternatives for diversifying the energy matrix with the use of biofuels from algal biomass were proposed.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-09-21T16:38:58Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 471066 bytes, checksum: a104b7ae2eb0492e9fb828d650c20c8c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T16:38:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 471066 bytes, checksum: a104b7ae2eb0492e9fb828d650c20c8c (MD5) Previous issue date: 1999-09-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este estudo é uma contribuição ao monitoramento da poluição de ecossistemas aquáticos de áreas industrializadas de Minas Gerais. O tipo de indústria examinada no presente trabalho foi a de beneficiamento de caulim, que pode empregar, para a purificação deste mineral, elevadas quantidades de zinco. A função deste elemento neste processamento industrial é a de remover os óxidos de ferro, compostos estes considerados como uma das principais impurezas encontradas no caulim. Os efluentes industriais podem conter, além do zinco, altas concentrações de ferro e alumínio (um dos componentes do caulim). Além da contaminação por compostos inorgânicos, visou-se também avaliar a contaminação aquática proveniente de lançamentos de dejetos orgânicos. As regiões selecionadas para este estudo foram as de Mar de Espanha, Muriaé, Ubá e Vermelho Novo, que abrigam indústrias de beneficiamento de caulim. Além destas localidades, também foram examinadas outras regiões, não-contaminadas ou industrializadas com outros tipos de indústrias. Foram examinadas, quanto à contaminação, amostras coletadas de compartimentos abióticos (água, material particulado em suspensão e sedimentos) e bióticos (peixes e vegetação ribeirinha). Em amostras de água de rios, foram efetuadas determinações de pH, temperatura, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, nitrito, nitrato, fosfato, cloreto, demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio e dureza e do teor dos metais alumínio, cálcio, cádmio, chumbo, cobre, crômio, ferro, magnésio, níquel e zinco. No material particulado em suspensão e sedimentos fluviais, foram determinadas somente as concentrações dos metais anteriormente citados. Nas amostras de peixe e vegetação ribeirinha, quantificaram-se os elementos alumínio, cádmio, chumbo, cobre, crômio, ferro, níquel e zinco. Os compartimentos abiótico e biótico das localidades estudadas apresentaram, em geral, altas concentrações de ferro e zinco, o que pode ser atribuído às atividades de beneficiamento de caulim. Isto justifica a implantação do sistema de tratamento de efluentes, também, por parte das indústrias de beneficiamento de caulim. As localidades de Muriaé e Ubá apresentaram maior carga de poluição orgânica, oriunda de esgotos domésticos e comerciais. Testes preliminares, em escala de laboratório, visando à implantação de sistema de purificação de efluentes industriais, contendo metais pesados, provindos de uma indústria de galvanoplastia, foram também desenvolvidos. Com esta finalidade, preencheu-se uma coluna de vidro com material rico em matéria orgânica (vermicomposto de esterco bovino), que foi eluída com os efluentes selecionados, contendo crômio, níquel e zinco. A passagem dos efluentes através da coluna permitiu a retenção destes metais no vermicomposto, de modo que as concentrações no eluato ficaram abaixo dos limites máximos permitidos pela legislação brasileira para descargas de efluentes industriais. A proposta de utilização do vermicomposto pela indústria de galvanoplastia apresenta-se economicamente viável e de baixo custo, quando comparada com os processos convencionais de purificação de efluentes. A aquisição de vermicomposto no mercado tem custo bem razoável e abre a possibilidade de emprego, na agricultura, de matéria orgânica enriquecida com micronutrientes. / This study is a contribution to the monitoring of pollution in aquatic ecosystems of industrialized areas, in Minas Gerais State, Brazil. In this work, the kind of industry examined was the industry of benefit of kaolin that usually uses high amounts of zinc for the purification of this mineral. The function of this element in this industrial processing is removing iron oxides, which are considered one of the most common impurities found in the kaolin. The industrial water flows may contain, besides zinc, high concentrations of iron and aluminum (kaolin components). More over the contamination by inorganic compost, this work had also the aim to evaluate the aquatic contamination caused by dropping of organic dust. The selected areas for this study were Mar de Espanha, Muriaé, Ubá and Vermelho Novo, as they have industries of kaolin benefit. Over these cities, other areas were also examined, no-polluted ones or areas industrialized by other kinds of industries. Collected samples of non-biotic (water, particles in suspension and sediments) and biotic (fish and riverbank vegetation) components were examined in relation to the contamination. In samples of river water, there were made determinations of pH, temperature, electric conductivity, dissolved oxygen, nitrite, nitrate, phosphate, chloride, chemical oxygen demands, biochemical oxygen demands, hardness and the content of aluminum, calcium, cadmium, lead, copper, chrome, iron, magnesium, nickel and zinc. In the particles in suspension and fluvial sediments, they were determined only the concentrations of the metals mentioned before. In the samples of fish and riverbank vegetation, they were quantified the contents of aluminum, cadmium, lead, copper, chrome, iron, nickel and zinc. The non-biotic and biotic compartments of the studied places presented, in general, high concentrations of iron and zinc, what can be attributed to the activities of kaolin benefit. That justifies the installation of the system for water flow treatment by the industries of kaolin benefit. Muriaé and Ubá cities presented larger amount of organic pollution, which came from domestic and commercial sewers. Preliminary tests were also developed, in laboratory scale, having the aim to install a system to purify industrial water flow presenting heavy metals from galvanizing industry. With this purpose, a glass column was filled with rich material in organic matter (humus of bovine manure), that it was watered with the water of selected flows having chrome, nickel and zinc. The flux of contaminated water through the column allowed the retention of these metals in the organic matter, so that the resultant concentrations rested under the maximum limits allowed by the brazilian legislation for industrial discharges. When compared with the conventional processes of water flow purification, the proposing plain of using vermicompost for the galvanizing industry is economically viable and of low cost. The vermicompost acquisition in the local commerce has a very accessible cost and it opens the possibility of using organic matter, enriched with micronutrients, in agriculture.

O couro é um produto que tem uma crescente demanda mundial. O Brasil possui o maior rebanho comercial bovino do mundo, sendo um dos principais produtores e exportadores de couro a nível mundial. Assim, esse setor é um dos motores da economia do país. No estado do Rio Grande do Sul, essa indústria tem particular importância no desenvolvimento socioeconômico da região. No processo produtivo, a etapa de tingimento é importante para o acabamento do produto, empregando-se uma variedade de corantes para conferir cor uniforme e tonalidade de interesse aos artigos. No entanto, apenas uma porcentagem do corante fixa-se no couro, e uma quantidade residual fica no efluente. Nos ecossistemas, os corantes podem virar uma ameaça para o meio ambiente e a saúde humana. Os tratamentos físicos e químicos usuais desses efluentes são muitas vezes caros e complexos e têm limitações para o tratamento de certos compostos que, algumas vezes, não são totalmente removidos. Isso pode gerar problemas ambientais posteriores. No presente estudo, foi avaliado o potencial de fungos de podridão branca coletados na cidade de Santa Cruz do Sul, RS, para descolorir corantes para couro. O isolado SC10, caracterizado morfologicamente dentro do gênero Trametes, demonstrou a sua capacidade para produzir enzimas ligninolíticas extracelulares e para descolorir quatro corantes em meio sólido. Numa avaliação secundária em meio de cultura líquido, o isolado removeu 96,07 ± 0,56%, 90,96 ± 0,49%, 83,90 ± 0,57% e 95,88 ± 0,61% dos corantes Azul 161, Marrom 414, Preto 210 e Vermelho 357, respectivamente. Ensaios adicionais com o corante Vermelho 357, realizados para elucidar os mecanismos de descoloração, mostraram níveis notáveis de lacase durante o tratamento (2327,4 ± 144,0 UL-1), o que sugere o envolvimento dessa enzima na remoção do corante. Contudo, o mecanismo de biossorção também esteve associado à descoloração. Avaliações do efeito das condições operacionais mediante métodos monovariáveis demonstraram que os melhores rendimentos de descoloração obtiveram-se com maior agitação, 150-200 rpm, menor concentração de corante, 100-300 mg L-1, e na faixa de temperatura entre 25 a 30 Cº. O pH ideal esteve na faixa de 4,5 a 5,5, entretanto, um pH alcalino não influenciou nos rendimentos de descoloração. O uso de um planejamento experimental Delineamento Composto Central Rotacional e a aplicação da Metodologia de Superfície de Resposta, confirmaram os efeitos significativos da temperatura, da agitação e da concentração inicial de corante. A aplicação do ponto ótimo (25 °C, 100 mgL-1 de corante, pH 4,5 e 200 rpm) permitiu atingir 96,58 ± 0,61% de descoloração e 2549,63 ± 61,49 UL-1 de atividade lacase. Finalmente, o isolado SC10 foi identificado como Trametes villosa, mediante uma análise molecular da região ITS1-5.8S-ITS2. Esse fungo é considerado um bom candidato para o tratamento de águas residuais poluídas com corantes e banhos de tingimento da indústria coureira. / Leather is a product with growing global demand. Brazil has the largest herd in the world and is one of the leading manufacturers and exporters of leather in the world. So this sector is an economic engine for this country. In State of Rio Grande do Sul, this industry has particular importance in the socioeconomic development of the region. Dyeing is an important step in leather manufacture process, in which different classes of dyes are used to provide a uniform color and a variety of hues in the product. However, many dyes suffer from incomplete exhaustion and a portion does not get fixed to the leather and is discharged with the effluent, which can become a threat to the environment and human health. Dye-containing wastewater is regularly treated by chemical and physical-chemical treatment processes but, due to the low biodegradability of dyes, these systems are usually complex, increase costs and/or present limited applicability. Sometimes, the dyes are not totally removed or degraded, which can lead to further environmental problems. Hence in the present study, an attempt has been made to assess the potential of native white-rot fungi, collected in Santa Cruz do Sul – RS, to decolorize tannery dyes. An isolate, strain SC10, was identified as a member of genus Trametes based on the morphological characteristics. In a first screening, this strain showed their ability to produce extracellular ligninolytic enzymes and decolorize four leather dyes in solid medium. In a secondary screening in liquid culture, the isolated removed 96.07 ± 0.56%, 90.96 ± 0.49%, 83.90 ± 0.57% and 95.88 ± 0.61% of Acid Blue 161, Acid Brown 414, Acid Black 210 and Acid Red 357, respectively. Additional tests with Acid Red 357, conducted in order to elucidate the mechanism involved in the dye decolorization process, showed remarkable levels of laccase activity (2327.4 ± 144.0 UL-1), suggesting the involvement of this enzyme on dye removal. However, the mechanism of biosorption was also associated with the decolorization process. Assessments of the effects of operating conditions, by single-variable method, indicated that the higher decolorization was reached with initial dye concentration at 100-300 mgL-1, pH at 4.0-5.0, temperature at 25-30 °C and agitation speed at 150-200 rpm. These, except initial pH, were all found to be important from dye removal. Actually, alkaline pH values did not affect the decolorization. Additionally, these operational factors were studied and optimized by using a Central Composite Design (CCD) and Response Surface Methodology (RSM). The maximum decolorization of 96,58 ± 0,61% and laccase activity of 2549,63 ± 61,49 UL-1 were obtained at optimum conditions: concentrations initial of dye 100 mgL-1, pH 4,5, temperature 25 °C and agitation 200 rpm. Further, the SC10 strain was identified as Trametes villosa based on ITS2-ITS1-5.8S rDNA gene sequence analysis. This fungus is considered a good candidate for the treatment of dye polluted wastewater from leather industry.

O trabalho desenvolvido analisou a sorção de íons Cu++, Zn++ e Ni++ por um rejeito do beneficiamento do carvão (rejeito piritoso) do Rio Grande do Sul e sua separação da solução por flotação por ar dissolvido (FAD). Esta técnica, denominada flotação de partículas sorventes (FPS), foi estudada como alternativa para a remoção-separação desses metais pesados dissolvidos em soluções sintéticas diluídas e efluentes industriais, em nível de laboratório. A flotação de partículas sorventes envolve a remoção dos íons metálicos na forma sorvida em um sólido, que apresenta boas características sorventes (absorventes e adsorventes) e de flotação. As vantagens desta nova técnica são o baixo custo do material sorvente (basicamente manuseio e transporte) e a utilização do processo de separação com microbolhas, FAD, altamente consagrado. A alternativa em estudo visa à remoção de íons de metais pesados comumente encontrados em efluentes de galvanoplastias, em uma etapa de “polimento” anterior ao despejo final destes. Utilizando a técnica de projeto de experimentos (fatorial 23 (cubo), pontos externos (estrela) e quatro pontos centrais), foram estudados os parâmetros de processo pH, concentração de sólido sorvente e tempo de sorção. O ajuste ótimo para estes parâmetros foi identificado com o uso da função de perda quadrática multivariada. A eficiência do processo de remoção dos íons Cu++, Zn++ e Ni++ (2 mg/L cada) foi maior em pH 10,2, 500 mg/L de sólido sorvente e tempo de reação de 7 min e a separação do sistema particulado sorvente por FAD alcançou índices de remoção entre 90 e 100%. Os resultados obtidos permitiram diminuir os níveis iniciais dos íons dissolvidos em solução, normalmente a concentrações abaixo dos padrões de emissão controlados pela Fundação de Proteção Ambiental do Rio Grande do Sul (FEPAM). Foram estudados os parâmetros químicos (concentração de reagentes coletor e floculante) e operacionais (taxa de reciclo e pressão de saturação) da FAD, assim como o efeito dos íons cianeto como solutos interferentes no sistema e a recirculação do sorvente. Pressões de saturação acima de 3,5 atm e taxas de reciclo de 20% possibilitaram a remoção praticamente completa (>99%) dos íons metálicos, mostrando que a técnica de flotação de partículas sorventes atua de forma plenamente satisfatória como processo de polimento final de efluentes contendo metais pesados dissolvidos. / The removal of Cu, Zn and Ni ions from diluted solutions and industrial wastewaters, by the adsorptive particulate flotation process (APF), was studied at laboratory scale. This technique involves two stages: the sorption of ions onto a suitable sorbent material and flotation for the solid/liquid separation. The sorbent used in this work corresponded to a coal beneficiation tailing material (pyritic tailing) from coal industry of Rio Grande do Sul and the flotation process applied was dissolved air flotation (DAF). The advantages of the technique APF are the low cost of the sorbent (basically handling and transport) and the employment of DAF, method of separating particles with micro-bubbles that has been recognized since the early 1900s. The objective of this study was the removal of heavy metal ions commonly encountered in liquid effluents as a polishment stage treatment. The process efficiency was evaluated in terms of residual turbidity, separation rate and final ions concentrations after solution treatment. Using the technique of experimental design (23 factorial (cube), external points (star) and central points) , several process parameters such as pH, pyritic tailing concentration and reaction time were studied. The optimum set for these process parameters was identified using a multivariate loss function. The results showed that the best performance (maximum ions removal) was achieved when solution pH is greater that 10, with sorbent concentration of about 500 mg/L and a reaction time of 7 min. The study of process and operating parameters showed that the removal of heavy metals ions using 20 % of recycle ratio and saturator pressures above 3,5 atm was almost complete (> 99%). Finally, interference by cyanide ions in the metal sorption by the sorbent and the pyritic tailing recycle were studied in detail.

A geração de efluentes industriais contendo corantes consiste em um importante problema ambiental a ser resolvido. Neste contexto, o presente trabalho tem o objetivo de estudar a descoloração de soluções aquosas contento o corante Rodamina B em soluções aquosas através dos processos de fotólise direta (UV), degradação por peróxido de hidrogênio (H2O2), fotólise química (UV/H2O2), Fenton (Fe2+/H2O2) e foto-Fenton (Fe2+/H2O2/UV). Experimentalmente, soluções de concentração de 20 mg.L-1 de Rodamina B foram submetidas a diferentes condições oxidantes, sendo analisadas as descolorações após cada experimento através de espectroscopia UV-Vis no decorrer do tempo. Os processos de fotólise e degradação por peróxido de hidrogênio apresentaram descolorações muito baixas quando utilizados isoladamente. Quando combinados, o melhor resultado encontrado foi para 14,4 mmol.L-1 de peróxido de hidrogênio, que forneceu uma descoloração de 69,85% em 2 horas de reação. Foi alcançada descoloração completa nos processos Fenton e foto-Fenton. A melhor condição de reação encontrada para ambos os processos foi para concentração inicial de 0,53 mmol.L-1 de peróxido de hidrogênio. Para tal concentração inicial de peróxido, a melhor concentração inicial de Fe2+ encontrada foi de 0,11 mmol.L-1 (relação H2O2: Fe2+ de 5:1) para o processo Fenton e de 0,05 mmol.L-1 (relação H2O2: Fe2+ de 10:1) para o processo foto-Fenton. As análises de Carbono Orgânico Total (COT) apresentaram redução de 23,9% para o processo Fenton e 28,7% para o foto-Fenton. / This work aims to study the decolorization of the dye Rhodamine B in water solutions by Advanced Oxidation Processes like direct photolysis (UV), hydrogen peroxide degradation (H2O2), chemical photolysis (UV/H2O2), Fenton (Fe2+/H2O2) and photo-Fenton (Fe2+/H2O2/UV). Solutions with concentration of 20 mg.L-1 of Rhodamine B were treated in different conditions, and the decolorizations of each experiment were analyzed by spectroscopy UV-Vis during the time. Photolysis processes and hydrogen peroxide degradation showed insignificant when used singly. When combined, the best result found was for hidrogen peroxide initial concentration of 14.4 mmol.L-1, which decolorization was 69.85% in 2 hours reaction. Total decolorization was observed for Fenton e photo-Fenton processes. The best reaction condition found for boths processes was in initial hydrogen peroxide of 0.53 mmol.L-1. With this hydrogen peroxide initial concentration, the best Fe2+ initial concentration was 0.106 mmol.L-1 (H2O2:Fe2+ ratio of 5:1) for Fenton and 0.053 mmol.L-1 (H2O2:Fe2+ ratio of 10:1) for photo-Fenton process. The TOC analysis present reduction of 23.9 % for Fenton reaction and 28.7% for photo-Fenton reaction.