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.

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.

A presente dissertação de mestrado apresenta estudos teórico-experimentais das propriedades e características interfaciais de nanobolhas, investigando os mecanismos de geração e suas aplicações em flotação de quartzo e precipitados coloidais de amina, como modelos de partícula mineral e soluto aquo poluente. A geração das nanobolhas foi realizada por despressurização de ar dissolvido em água, possibilitando a descoberta de uma fração de nanobolhas (120 - 720 nm), além de microbolhas (40 - 100 m) na antiga técnica, que deu origem à flotação por ar dissolvido (FAD). O estudo das propriedades interfaciais (potencial zeta) e tamanho das nanobolhas foi realizado em função do pH do meio, utilizando NaCl como eletrólito suporte, na presença dos surfactantes aniônico (Dodecil Sulfato de Sódio - SDS) e catiônico (alquil metil éter monoamina - Flotigam EDA 3B). Os resultados de caracterização mostraram que tanto o tamanho quanto o potencial zeta dependem do pH do meio. Os maiores tamanhos de nanobolhas (720 nm) foram encontrados próximos ao ponto isoelétrico (pie = 4,5), onde essas bolhas encontram-se praticamente neutras (+ 5 mV). Por outro lado, quanto maior a densidade de carga das nanobolhas (+ 22 mV) menores são os tamanhos resultantes, principalmente em pH´s baixos (pH = 2,0; tamanho = 120 nm). Da mesma forma, em meio alcalino (pH 10), foi observado um aumento significativo da carga negativa das bolhas (-59 mV). A capacidade de flotação das nanobolhas (120 – 720 nm) isoladas ou misturadas com macrobolhas (0,4 – 0,8 mm) foi avaliada para partículas de quartzo em diferentes faixas granulométricas. Para estes estudos, foram empregados diferentes sistemas de flotação, utilizando um tubo de Hallimond modificado para geração das macrobolhas, na presença e na ausência de nanobolhas. Os resultados mostraram que as nanobolhas isoladas não são capazes de flotar as partículas de quartzo, devido à baixa capacidade de carregamento dessas bolhas pequenas. Entretanto, em conjunto com as macrobolhas, foram responsáveis por aumentar significativamente a flotação de partículas finas (<37 m) em cerca de 20% quando comparado às macrobolhas isoladas. Porém, essa mesma eficiência não foi obtida na recuperação das partículas grossas (> 212 m). Os precipitados coloidais de amina foram caracterizados por medidas de turbidez nefelométrica, com o objetivo de investigar a formação dessas espécies em função da concentração de amina utilizada. Com isso, verificou-se que os colóides de amina são formados em meio alcalino (insolubilização) a partir de concentração 10-3 mol. L-1, pH >10,5 e após 30 min. As medidas de tamanho e potencial zeta, em função do pH do meio, mostraram que os colóides formados apresentaram tamanhos na ordem de nanômetros (120 – 350 nm), sendo que o máximo crescimento foi obtido próximo ao ponto isoelétrico (pH 11). Foram realizados estudos de flotação dessas espécies coloidais de amina em diferentes sistemas e, além disso, foi avaliado o efeito da floculação desses colóides previamente à flotação. Os resultados da remoção dos precipitados coloidais de amina revelaram que as nanobolhas isoladas foram altamente eficientes, atingindo valores de remoção em torno de 80%. Por sua vez, as microbolhas em mistura com as nanobolhas não apresentaram valores significativos de remoção das espécies coloidais. Ainda, a floculação dessas espécies realizada previamente à flotação revelou que, para concentrações menores de amina, a formação de flocos foi eficiente aumentando a remoção das espécies coloidais. Por outro lado, para maiores concentrações, a eficiência da remoção foi diminuída quando comparada à flotação realizada sem floculação. Embora não exista uma legislação específica para o controle desses poluentes de aminas, os resultados de remoção obtidos (concentração residual final de 10 ppm) mostram-se eficientes quando comparados às concentrações comumente encontradas em efluentes de mineração (22 - 30 ppm). A partir dos resultados obtidos na presente dissertação, as propriedades interfaciais das nanobolhas, bem como a sua aplicação para flotação de partículas minerais e poluentes foram melhor elucidadas. Em função do potencial observado, acredita-se que essas informações possam ser empregadas para o desenvolvimento de pesquisas avançadas com nanobolhas. Finalmente, o estudo aponta sobre a necessidade da implantação de um padrão de emissão das aminas empregadas na flotação de minério de ferro, a fim de minimizar os impactos ambientais relacionados a esta atividade. / The present dissertation deals with a theoretical/experimental study including nanobubbles properties and interface characteristics, researching the generation mechanisms and its applications in flotation of quartz particles and colloidal precipitates, as mineral particles and aquo pollutants model. The nanobubbles generation was conducted by depressurization of dissolved air in water, proving a finding of the nanobubbles fraction (120 - 720 nm), aside from microbubbles (40 - 100 m) in this technique that gave rise to dissolved air flotation (DAF). The nanobubbles interfacial properties study (zeta potential and size) were carried as a function of medium pH, using NaCl as a support eletrolyte, and in the presence of the anionic surfactant (sodium dodecyl sulphate – SDS) and cationic (Alquil methyl ether monoamine - Flotigam EDA 3B). The characterization results showed that both size and zeta potential depends of the medium pH. The bigger size of the nanobubbles was found next to the isoelectric point (iep = 4.5), where its practically neutral (+ 5 mV). In opposite, for higher density nanobubbles charge, smaller will be the sizes, mostly in acid pH´s (pH = 2.0; size = 120 nm). Similarly, in alkaline medium (pH 10), it was observed a significant increase of the negative charge of nanobubbles (-59 mV). The flotation capacity of the nanobubbles (120 – 720 nm) isolated or mixed with coarse bubbles (0.4 – 0.8 mm) was evaluated for quartz particles in different size fractions. For these studies were employed different conditions and cells (setups), applied a modified Hallimond tube to coarse bubbles generation in the presence and the absence of nanobubbles. The results showed that flotation with single nanobubbles was not effective due to their very low lifting power. However, flotation recoveries with coarser and nanobubbles when compared to isolated coarse bubbles were 20-30 % higher only for the very fine quartz fractions (<37 μm) and did not affect the coarse particles (> 212 μm). The amine colloidal precipitates species were characterized by nephelometer turbidity, with the aim of investigating, the formation of these species as a function of amine concentration used. Hence, it was found that the amine colloids were formed in the alkaline medium (insolubilization) only from 10-3 mol. L-1, pH >10.5 and after 30 min. The size and zeta potential measured as a function of the medium pH showed that formed colloids had nanometrics sizes (120 – 350 nm), whereby these species grow to a maximum at the isolectric point (pH 11). Flotation studies of these colloids species was carried out in differents flotation systems and, in addition it was evaluated its flocculation effect before the flotation. The removal results of the precipitates species revealed that the isolated nanobubbles were highly efficient, reaching removal values close to 80%. In its turn, the microbubbles mixed with nanobubbles not showed significant values to the colloidal species removal. In addition, its flocculation before the flotation demonstrated that for lowest concentration of amine the flocks formation was efficient, increasing the removal of the colloidal species. On the other hand, for higher concentrations of amine the removal efficiency was decreased when compaired with the flotation without flocculation. Although, there is not specific legislation to control these amines pollutants, the removal results obtained (final residual concentrations of 10 ppm) showed efficient when compaired with the common concentrations found in mineral effluents (22 - 30 ppm). and zeta potential measured as a function of the medium pH showed that formed colloids had nanometrics sizes (120 – 350 nm), whereby these species grow to a maximum at the isolectric point (pH 11). Flotation studies of these colloids species was carried out in differents flotation systems and, in addition it was evaluated its flocculation effect before the flotation. The removal results of the precipitates species revealed that the isolated nanobubbles were highly efficient, reaching removal values close to 80%. In its turn, the microbubbles mixed with nanobubbles not showed significant values to the colloidal species removal. In addition, its flocculation before the flotation demonstrated that for lowest concentration of amine the flocks formation was efficient, increasing the removal of the colloidal species. On the other hand, for higher concentrations of amine the removal efficiency was decreased when compaired with the flotation without flocculation. Although, there is not specific legislation to control these amines pollutants, the removal results obtained (final residual concentrations of 10 ppm) showed efficient when compaired with the common concentrations found in mineral effluents (22 - 30 ppm). Based on the results reported in the present work, the interfacial properties of the nanobubbles, as well the applications for mineral flotation of the particles and pollutants were better understood.

Nas últimas décadas, todos os países começaram a se preocupar com as questões ambientais e com a proteção ao meio ambiente. Esta preocupação é decorrente, principalmente, das normas e legislações ambientais que estão cada vez mais rígidas. A indústria galvânica é uma das principais atividades que sofreram, e ainda estão sofrendo, modificações para se adequar ao “ambientalmente correto”. A indústria de tratamento de superfícies é uma das grandes geradoras de resíduos perigosos pelo fato de apresentar em sua constituição componentes potencialmente tóxicos como cádmio e cromo. Com o objetivo de minimizar esta toxicidade novas linhas de revestimentos livres destes componentes estão sendo utilizadas, como os nanocerâmicos. Estas linhas já são empregadas mundialmente e vêm ganhando cada vez mais mercado, no entanto é um processo aplicado há menos de quinze anos, não possuindo ainda um estudo sistemático do tratamento dos efluentes gerados, visando reúso de água e de produtos químicos. Assim, este trabalho foi realizado tendo em vista desenvolver uma alternativa de tratamento apropriada para o efluente de revestimento nanocerâmico. Foi avaliada a utilização de processos de separação por membrana (PSM) para o tratamento de um efluente sintético a partir de linha de revestimentos nanocerâmico à base do ácido hexafluorzicônico. Três PSM foram testados: eletrodiálise (ED), microfiltração (MF) e nanofiltração (NF). Os resultados obtidos indicaram que três parâmetros foram os fatores determinantes do desempenho positivo ou negativo de cada um dos processos: tipo de membrana, complexação do elemento zircônio e pH da solução. Variações de pH de soluções contendo zircônio produzem diferentes complexos, que dependendo das características das membranas filtrantes (tamanho de poro e carga superficial) podem ser transportados, retidos e/ou rejeitados; determinando, assim, se ao final do PSM serão obtidas uma solução concentrada em Zr e F e outra sem a presença destes. Os melhores resultados obtidos para a NF, tornam este processo uma opção aplicável no tratamento de efluentes de linhas de revestimentos nanocerâmicos à base do ácido hexafluorzircônico. / In recent decades, all countries began to worry about environmental issues and the environmental protection. This concern is mainly due to the environmental rules and laws that are increasingly strict. The galvanic processes is one of the main activities that have suffered, and are still suffering, modifications to suit the "environmentally friendly". The surface treatment industry is a considerable generator of hazardous wastes because they had potentially toxic components in its constitution, as cadmium and chromium. In order to minimize this toxicity new coatings lines, free of these components, are being used, as nanoceramics. These lines are already used worldwide and are gaining more market, however it is a process applied for less than fifteen years, not having a systematic study of the treatment of effluents, aiming reuse of water and chemicals. This study was conducted in order to develop an appropriate alternative treatment for the effluent of nanoceramic coating process. The use of membrane separation processes (MSP) to treat a synthetic wastewater from a nanoceramic process based on hexafluorozirconic acid was evaluated. Three MSP were tested: electrodialysis (ED), microfiltration (MF) and nanofiltration (NF). The results indicated that three parameters were the determinants of positive or negative performance of each process: type of membrane, complexation of zirconium and pH of solution. The pH variations of solutions containing zirconium produce different complexes, and depending on the characteristics of membrane filters (pore size and surface charge), theses complexes can be transported, retained and/or rejected. This fact is crucial to know if at the end of the MSP a concentrated solution with Zr and F and other without the presence of this ions will be produced. The best results were obtained for the NF, which makes this process an option in the treatment of effluents from nanoceramic coatings lines base on hexafluorozirconic acid.

Na etapa de tingimento do couro em curtumes, é necessário fazer a aplicação de corantes para obter uniforme e intensa coloração da superfície e, muitas vezes, para que a textura fibrosa do couro seja tingida em profundidade. Esta etapa do processamento do couro pode resultar em efluentes coloridos. A presença de corantes dificulta o tratamento de efluentes através de métodos convencionais e sua reutilização no processo produtivo, pois causaria o tingimento de uma nova partida com cor indesejada. A adsorção é uma operação de tratamento avançada utilizada para aumentar a qualidade final ou viabilizar o reuso de efluentes. Uma de suas maiores vantagens é a possibilidade de uso de materiais de baixo custo no tratamento de efluentes. Neste estudo, resíduos sólidos de curtumes, farelos de couro curtido ao cromo, foram utilizados como adsorvente para tratar um efluente contendo o corante Vermelho Ácido 357 gerado na operação de acabamento molhado, que foi realizada em um fulão em escala piloto. Todos os experimentos de adsorção foram realizados em fulões em escala laboratorial para simular as condições dos curtumes e para facilitar a futura reprodução deste método no curtume. Para otimizar os parâmetros da adsorção foi feita uma otimização multi-resposta. Inicialmente foi utilizado um planejamento fatorial Plackett–Burman para eliminar alguns fatores dos sete importantes parâmetros selecionados: concentração de adsorvente, pH, temperatura, concentração de corante, velocidade de rotação, tempo e diâmetro de partícula. Com este procedimento de triagem, quatro importantes fatores, que tiveram efeito significativo na adsorção, foram selecionados para o próximo passo: concentração de adsorvente, pH, concentração de corante e velocidade de rotação. Posteriormente, foi utilizada uma metodologia de superfície de resposta (MSR) com delineamento composto central rotacional (DCCR). Com base nesses resultados utilizou-se a função desirability para alcançar as condições ótimas de operação e para determinar a capacidade máxima de adsorção no equilíbrio (qe) e a remoção de corante (R). As respostas otimizadas encontradas foram R = 87,37% e qe = 24,74 mg·g-1, nas condições de pH de 2,3; concentração de adsorvente de 12,34 g·L-1; concentração de corante de 131,25 mg·L-1 e velocidade de rotação de 27,5 rpm. / In the leather dyeing step in tanneries, it is necessary to make the application of dyes to obtain uniform and intense color in the surface and often till the fibrous texture of leather is deeply colored. This stage of leather processing results in colored wastewaters. The presence of dyes complicates the treatment of effluents by conventional methods and their reuse in the production process, as it would cause the dyeing of new batch with unwanted color. Adsorption is an advanced treatment operation that is used to increase the final quality or to enable the reuse of wastewater. One of its biggest advantages is the possibility of using low cost materials in wastewater treatment. In this study, solid waste from tanneries, i.e., chromium-tanned leather shaving waste, was used as the adsorbent to treat effluents containing Acid Red 357 dye generated through a wet end process, carried out in a pilot-scale tannery drum. All the adsorption trials were conducted in laboratory-scale tannery drums to simulate the tannery conditions and to facilitate the future industrial reproduction of this method. Multiresponse optimization was used to optimize the adsorption parameters. Plackett–Burman factorial design was used to initially eliminate some factors from the seven selected important parameters: adsorbent concentration, pH, temperature, dye concentration, rotation speed, time, and particle size. Using this screening procedure, four important factors, which had significant effects on the adsorption, were selected for the next step: adsorbent concentration, pH, dye concentration, and rotation speed. Thereafter, a central composite rotatable design (CCRD) experiment was performed as response surface methodology (RSM) with desirability functions to achieve the optimal conditions, and to determine the maximum adsorption capacity at equilibrium (qe) and dye removal (R). The optimized responses were determined to be R = 87.37% and qe = 24.74 mg·g-1, in the following conditions: pH of 2.3, adsorption concentration of 12.34 g·L-1, dye concentration of 131.25 mg·L-1, and rotation speed of 27.5 rpm.