Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2016-11-17T20:43:02Z No. of bitstreams: 1 BlakeCDM_TESE.pdf: 4892316 bytes, checksum: 86d0db1f3948e83dab7334504ce8a41f (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-01-24T14:46:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 BlakeCDM_TESE.pdf: 4892316 bytes, checksum: 86d0db1f3948e83dab7334504ce8a41f (MD5) / Approved for entry into archive by Socorro Pontes (socorrop@ufersa.edu.br) on 2017-01-31T13:40:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 BlakeCDM_TESE.pdf: 4892316 bytes, checksum: 86d0db1f3948e83dab7334504ce8a41f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-21T14:51:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BlakeCDM_TESE.pdf: 4892316 bytes, checksum: 86d0db1f3948e83dab7334504ce8a41f (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / The problem of water crisis is directly related to factors such as increasing population, increased demand for water, climate variations and deterioration of existing resources. In the semi-arid Northeast the predominant characteristics of reduced rainfall, high temperature and high evaporative rate, make the shortage of water for long periods of the year, more and more recurrent. Liquid effluents of dairy industries have the potential for agricultural use due to nutrient intake. However, this practice involves technical feasibility issues inherent in the method of irrigation adopted where the clogging of the emitters becomes more vulnerable, but can be attenuated with the technique of dilution in water. Given the above, the study aimed to analyze the hydraulic performance drippers units applying wastewater dilution dairy (ARL) and the public water supply (AA). For this, it was set up a trial bench, the Pollution Laboratory and Land Degradation (LPDS) of the Federal Rural University of Semi-Arid (UFERSA) campus Mossoro-RN, consisting of four drippers units operating with four different dilutions of ARL in AA (1A0E; 1A1E; 2A1E and 3A1E) and five types of drippers (G1, G2, G3, G4 and G5). The hydraulic performance of drippers units was obtained every 40 hours of operation with dilutions of ARL AA for 200 h at 2014 20/10 10/04 2015 period, using the indicators drip flow ( Q) flow variation coefficient (CVQ), statistical uniformity coefficient (US), distribution uniformity coefficient (CUD) and reduction of the relative flow rate (Dr). At the same time, they quantified the physicochemical and microbiological attributes of ARL dilutions AA. Data were submitted to analysis of simple and multiple regression and parametric test of Pearson correlations. Among the physicochemical and microbiological characteristics of dairy effluent, solid values suspended (SS), dissolved solids (DS), pH and total iron (Fe) represented drippers clogging risk ranging from moderate to high. The SS features, SD, pH and Fe predominated in multiple linear regression equations adjusted to the hydraulic performance variables, combinations between types of drippers and dairy effluent dilution levels in the public water supply. At the end of the experimental tests, samples of emitters biofouling were subjected to photographic records and analyzes by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), showing the formation of a biofilm on the entire internal area of the sampled emitters resulting in partial clogging and total tested drippers, thus affecting the hydraulic system performance. Hydraulic performance indicators Q, CUD, CVQ and Us satisfactorily expressed the drippers obstruction levels, while Dr. underestimated the risks of obstruction brought about by dairy effluent. The greater susceptibility to clogging occurred in the dripper G2 operating in 1A1E and 3A1E dilutions. On the other hand, the dripper G5 was less susceptible to clogging at operating 2A1E dilution. The screen filter provided good removal of SS with the same size or greater than 130 μm / O problema da crise hídrica está diretamente relacionado com fatores como aumento da população, aumento da demanda por água, variações climáticas e deterioração dos recursos existentes. No semiárido nordestino as características predominantes de índice pluviométrico reduzido, temperatura elevada e alta taxa evaporativa, tornam a escassez de água, por longos períodos do ano, cada vez mais recorrente. Os efluentes líquidos das indústrias de laticínios apresentam potencial para uso agrícola, devido ao aporte de nutrientes. No entanto, esta prática envolve questões relacionadas à viabilidade técnica, inerente ao método de irrigação adotado, onde o entupimento dos emissores se torna a maior vulnerabilidade, mas que pode ser atenuada com a técnica da diluição em água. Diante do exposto, o trabalho objetivou analisar o desempenho hidráulico de unidades gotejadoras aplicando diluições de água residuária de laticínios (ARL) e água de abastecimento público (AA). Para isso, montou-se uma bancada experimental, no Laboratório de Poluição e Degradação do Solo (LPDS) da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA) câmpus Mossoró-RN, constituída de quatro unidades gotejadoras operando com quatro diferentes diluições de ARL em AA (1A0E; 1A1E; 2A1E e 3A1E) e de cinco tipos de gotejadores (G1; G2; G3; G4 e G5). O desempenho hidráulico das unidades gotejadoras foi obtido a cada 40 h de operação com as diluições de ARL em AA, durante 200 h no período de 20/10 de 2014 a 10/04 de 2015, utilizando-se os indicadores: vazão de gotejadores (Q), coeficiente de variação de vazão (CVQ), coeficiente de uniformidade estatístico (Us), coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD) e redução da vazão relativa (Dra). Paralelamente, quantificaram os atributos físico-químicos e microbiológicos das diluições de ARL em AA. Os dados foram submetidos às análises de regressão simples e múltipla e teste de correlações paramétricas de Pearson. Dentre as características físico-químicas e microbiológicas do efluente de laticínios, os valores de sólidos suspensos (SS), sólidos dissolvidos (SD), pH e ferro total (Fe) representaram risco de obstrução de gotejadores que variam de moderado a alto. As características SS, SD, pH e Fe predominaram nas equações de regressão lineares múltiplas ajustadas às variáveis de desempenho hidráulico, para as combinações entre tipos de gotejadores e níveis de diluição do efluente de laticínios em água de abastecimento público. Ao final dos ensaios experimentais, amostras dos emissores com bioincrustação foram submetidas a registros fotográficos e análises por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV), evidenciando a formação de um biofilme em toda a área interna dos emissores amostrados tendo como consequência o entupimento parcial e total dos gotejadores testados, afetando dessa forma, o desempenho hidráulico do sistema. Os indicadores de desempenho hidráulico Q, CUD, CVQ e Us expressaram satisfatoriamente os níveis de obstrução de gotejadores, enquanto o Dra subestimou os riscos de obstrução acarretado pelo efluente de laticínios. A maior suscetibilidade ao entupimento ocorreu no gotejador G2, operando nas diluições 1A1E e 3A1E. Por outro lado, o gotejador G5 se mostrou menos suscetível ao entupimento operando na diluição 2A1E. O filtro de tela proporcionou boa remoção de SS com tamanhos iguais ou superiores a 130 μm / 2016-11-17

O foco deste trabalho foi desenvolver um sistema de tratamento híbrido, constituído por um pré-tratamento fotocatalítico heterogêneo (POA) e posterior tratamento biológico por lodo ativado (SLA), para a redução da carga orgânica de efluentes laticinista oriundos do processamento de lácteos líquidos, como por exemplos, cremes, iogurte e beneficiamento de leite. Para a caracterização analítica do efluente in natura e tratado empregaram-se as metodologias Standard Methods, validadas em função do tipo e da complexidade da amostra (DQO, DBO, Norgânico, N-NH4 +, PTotal, Fe2+, O&G, ST, STF, STV, SS, SD, Al, As, Ca, Fe, Mge Pb). Através de planejamentos fatoriais determinaram-se as melhores condições entre as variáveis estudadas para as etapas de tratamentos com POA e lodo ativado, tendo como fator de resposta a redução da DQO. Para a etapa de POA empregou-se a fotocatálise, utilizando como semicondutor o dióxido de titânio (TiO2) finamente distribuído e fixado com tinta poliuretânica sobre uma chapa metálica plana, onde o efluente foi percolado sobre o respectivo leito catalítico posicionado em um ângulo fixo de 23º, recebendo a radiação solar direta. O dois tipos de estrutura de TiO2 (rutilo ou anatase) foram avaliados morfologicamente (DRX, BET, MEV-EDS) e cineticamente, como uma variável do processo fotocatalítico: a fase anatase apresentou maior eficiência de degradação da matéria orgânica, em pH 5. Posteriormente à degradação da carga orgânica por reação fotoquímica, as amostras foram tratadas biologicamente por lodo ativado e, conseqüentemente, pode-se analisar e otimizar um sistema híbrido (POA - SLA) que apresentasse maior eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente lácteo utilizado. Ensaios de biodegradação sem o pré-tratamento com POA apresentou uma redução de 26,01 ± 5,23 % em 72 h de tratamento. O sistema (POA - SLA) que apresentou maior eficiência de degradação da matéria orgânica, em 72 h de tratamento, foi de 93,70 ± 0,10 % caracterizado por uma DQO de entrada em 3782,5 ± 37,6 mg O2 L-1 e uma DQO de saída (efluente tratado) em 236,8 ± 0,1 mg O2 L-1. / The aim of this work is at developing a hybrid system in order to treat dairy wastewater. The hybrid system was composed by two modules. The first one is based in advanced oxidative process (AOP) and the second in actived sludge system (SLA). Methodologies from Standard Methods were adaptded and validated (BOD, COD, Norganic, N - NH4 +, Ptotal, Fe2+, G&O, TS, TFS, VSS, TSS, TDS, Al, As, Ca, Fe, Mg and Pb) for dairy effluent characterization. The best conditions for AOP and SLA processes had been determined through Designs of Experiments (DOE). The efficiency of both processes was avaliabled by COD. AOP treatment based on photocatalisis was applied. Titanium dioxide (TiO2) was used as semiconductor. This TiO2 was finely distributed and settled with poliuretanic ink on a plain metallic plate where the effluent was circulated on the respective located catalytic stream bed in fixed angle of 23º. This process (AOP) received direct solar radiation. Two types of crystalline structure of TiO2 (rutile or anatase) had been evaluated morphologically (XRD, BET, SEM-EDS) and kinetically, as an variable of photocatalisis process: the anatase crystalline phase in pH 5 have shown better degradation of dairy wastewater. The samples had been treated by SLA later photochemical reaction. The hybrid system (AOP - SLA) was then analyzed and optimized. 72 hours of biodegradation tests without AOP pretreatment had been shown 26,01 ± 5,23 % of COD reduction. Over optimized conditions the hybrid system showed 93,70 ± 0,10 % of COD reduction with a initial organic load of 3782,5 ± 37,6 mg O2 L-1 and final COD of 236,8 ± 0,1 mg O2 L-1 (treated effluent).

O foco deste trabalho foi desenvolver um sistema de tratamento híbrido, constituído por um pré-tratamento fotocatalítico heterogêneo (POA) e posterior tratamento biológico por lodo ativado (SLA), para a redução da carga orgânica de efluentes laticinista oriundos do processamento de lácteos líquidos, como por exemplos, cremes, iogurte e beneficiamento de leite. Para a caracterização analítica do efluente in natura e tratado empregaram-se as metodologias Standard Methods, validadas em função do tipo e da complexidade da amostra (DQO, DBO, Norgânico, N-NH4 +, PTotal, Fe2+, O&G, ST, STF, STV, SS, SD, Al, As, Ca, Fe, Mge Pb). Através de planejamentos fatoriais determinaram-se as melhores condições entre as variáveis estudadas para as etapas de tratamentos com POA e lodo ativado, tendo como fator de resposta a redução da DQO. Para a etapa de POA empregou-se a fotocatálise, utilizando como semicondutor o dióxido de titânio (TiO2) finamente distribuído e fixado com tinta poliuretânica sobre uma chapa metálica plana, onde o efluente foi percolado sobre o respectivo leito catalítico posicionado em um ângulo fixo de 23º, recebendo a radiação solar direta. O dois tipos de estrutura de TiO2 (rutilo ou anatase) foram avaliados morfologicamente (DRX, BET, MEV-EDS) e cineticamente, como uma variável do processo fotocatalítico: a fase anatase apresentou maior eficiência de degradação da matéria orgânica, em pH 5. Posteriormente à degradação da carga orgânica por reação fotoquímica, as amostras foram tratadas biologicamente por lodo ativado e, conseqüentemente, pode-se analisar e otimizar um sistema híbrido (POA - SLA) que apresentasse maior eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente lácteo utilizado. Ensaios de biodegradação sem o pré-tratamento com POA apresentou uma redução de 26,01 ± 5,23 % em 72 h de tratamento. O sistema (POA - SLA) que apresentou maior eficiência de degradação da matéria orgânica, em 72 h de tratamento, foi de 93,70 ± 0,10 % caracterizado por uma DQO de entrada em 3782,5 ± 37,6 mg O2 L-1 e uma DQO de saída (efluente tratado) em 236,8 ± 0,1 mg O2 L-1. / The aim of this work is at developing a hybrid system in order to treat dairy wastewater. The hybrid system was composed by two modules. The first one is based in advanced oxidative process (AOP) and the second in actived sludge system (SLA). Methodologies from Standard Methods were adaptded and validated (BOD, COD, Norganic, N - NH4 +, Ptotal, Fe2+, G&O, TS, TFS, VSS, TSS, TDS, Al, As, Ca, Fe, Mg and Pb) for dairy effluent characterization. The best conditions for AOP and SLA processes had been determined through Designs of Experiments (DOE). The efficiency of both processes was avaliabled by COD. AOP treatment based on photocatalisis was applied. Titanium dioxide (TiO2) was used as semiconductor. This TiO2 was finely distributed and settled with poliuretanic ink on a plain metallic plate where the effluent was circulated on the respective located catalytic stream bed in fixed angle of 23º. This process (AOP) received direct solar radiation. Two types of crystalline structure of TiO2 (rutile or anatase) had been evaluated morphologically (XRD, BET, SEM-EDS) and kinetically, as an variable of photocatalisis process: the anatase crystalline phase in pH 5 have shown better degradation of dairy wastewater. The samples had been treated by SLA later photochemical reaction. The hybrid system (AOP - SLA) was then analyzed and optimized. 72 hours of biodegradation tests without AOP pretreatment had been shown 26,01 ± 5,23 % of COD reduction. Over optimized conditions the hybrid system showed 93,70 ± 0,10 % of COD reduction with a initial organic load of 3782,5 ± 37,6 mg O2 L-1 and final COD of 236,8 ± 0,1 mg O2 L-1 (treated effluent).

O efluente lácteo é caracterizado pelo elevado teor de matéria orgânica. Os principais impactos ambientais causados pelas indústrias de laticínios estão relacionados ao lançamento dos efluentes líquidos, geralmente com ineficiente controle ou tratamento, sendo de fundamental importância a implementação de técnicas de tratamento eficazes e de baixo custo. Dentro desta proposta, os chamados Processos Oxidativos Avançados (POAs) são tecnologias eficientes para a oxidação (parcial ou total) de compostos orgânicos de difícil degradação. O presente trabalho de pesquisa objetivou a avaliação da potencialidade da ozonização catalítica, para a redução da carga orgânica do efluente proveniente da indústria de laticínio Cia de Alimentos Glória da cidade de Guaratinguetá, oriundos do processamento de beneficiamento de leite, utilizando-se Fe2+ como catalisador em processo semi-batelada com reciclo. A caracterização do efluente lácteo in natura foi realizada empregando-se métodos estabelecidos e otimizados de alguns parâmetros elencados nas legislações ambientais, destacando-se: DQO, COT, DBO5, Nitrogênio (orgânico e amoniacal), Fósforo total, Ferro, Sólidos (ST, STF, STV), surfactantes aniônicos, óleos e graxas e elementos metálicos. Através de planejamento fatorial fracionado 24-1, determinaram-se as melhores condições entre as variáveis potência do ozonizador, vazão de O2, concentração de Fe2+ e pH para a etapa de tratamento com POA, tendo como fator de resposta a redução da DQO e COT. Avaliou-se também uma nova configuração de reator em função de uma espuma formada durante o processo de tratamento. Os resultados obtidos para o conjunto de experimentos mostraram-se promissores, sendo que a redução média de COT com 63,95 % e de DQO com 70,50 % para o ensaio com as variáveis da reação otimizada, com o custo no valor de R$ 0,056 / L de efluente. Após o processo de ozonização catalítica, a amostra do melhor experimento: pH 4,0, concentração de Fe2+ 1,0 g L-1, potência 86 W, vazão de O2 0,5 L min-1, tendo como vazão mássica de O3 3,10 mg min-1, foi tratada por um processo biológico - Sistema Lodo Ativado (SLA), a fim de verificar a eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente estudado através do sistema conjugado (POA - SLA). Os resultados para o tratamento híbrido apresentou percentuais de reduções para COT de 82,95 %, DQO de 95,60 % e DBO de 93,09 %. / Dairy effluent is characterized by the high content of organic material. The major environmental impacts caused by dairy industries are related to the release of liquid effluents, generally with an inefficient control or treatment, which makes it essential to implement effective treatment techniques, at a low cost. Within this proposal, Advanced Oxidation Processes (AOPs) are efficient technologies for oxidation (partial or total) of organic compounds of difficult degradation. This research study aimed at assessing the potential of catalytic ozonation for reduction of the effluent organic load from the dairy industry Cia de Alimentos Glória located in the city of Guaratinguetá, State of São Paulo, Brazil, derived from milk processing, using Fe2+ as catalyst in a semi-batch process with recycle. The characterization of milky effluent in natura was performed by using established and optimized methods of some parameters listed in environmental legislation, among them: COD, TOC, BOD5, Nitrogen (organic and ammoniacal), total Phosphorus, Iron, Solids (TS, FTS, VTS), anionic surfactants, oils and greases and metallic elements. Through fractional factorial design 24-1, the best conditions among the power variables of the power ozonator, O2 flow, Fe2+ concentration and pH were determined for the treatment stage with AOP, with a response factor of COD and TOC reduction. A new configuration of reactor was also assessed due to the presence of foam during the treatment process. The obtained results for the set of experiments were found to be promising, with an average reduction of TOC of 63.95 % and of 70.50 % for COD for the test with optimized reaction variables, with a cost of U$$ 0.02 / L of effluent. After the catalytic ozonation process, the sample of the best experiment was: pH 4.0, concentration of Fe2+ 1.0 g L-1, power of 86 W, flow of O2 0.5 L min-1, with mass flow of O3 3.10 mg min-1, was treated by a biological process in order to verify to verify the efficiency of degradation of the organic matter of the effluent studied through the conjugated (AOP - AS) system.The results for the hybrid treatment showed percentages of reductions for TOC of 82.95 %, COD of 95.60 % and BOD5 of 93.09 %.

O efluente lácteo é caracterizado pelo elevado teor de matéria orgânica. Os principais impactos ambientais causados pelas indústrias de laticínios estão relacionados ao lançamento dos efluentes líquidos, geralmente com ineficiente controle ou tratamento, sendo de fundamental importância a implementação de técnicas de tratamento eficazes e de baixo custo. Dentro desta proposta, os chamados Processos Oxidativos Avançados (POAs) são tecnologias eficientes para a oxidação (parcial ou total) de compostos orgânicos de difícil degradação. O presente trabalho de pesquisa objetivou a avaliação da potencialidade da ozonização catalítica, para a redução da carga orgânica do efluente proveniente da indústria de laticínio Cia de Alimentos Glória da cidade de Guaratinguetá, oriundos do processamento de beneficiamento de leite, utilizando-se Fe2+ como catalisador em processo semi-batelada com reciclo. A caracterização do efluente lácteo in natura foi realizada empregando-se métodos estabelecidos e otimizados de alguns parâmetros elencados nas legislações ambientais, destacando-se: DQO, COT, DBO5, Nitrogênio (orgânico e amoniacal), Fósforo total, Ferro, Sólidos (ST, STF, STV), surfactantes aniônicos, óleos e graxas e elementos metálicos. Através de planejamento fatorial fracionado 24-1, determinaram-se as melhores condições entre as variáveis potência do ozonizador, vazão de O2, concentração de Fe2+ e pH para a etapa de tratamento com POA, tendo como fator de resposta a redução da DQO e COT. Avaliou-se também uma nova configuração de reator em função de uma espuma formada durante o processo de tratamento. Os resultados obtidos para o conjunto de experimentos mostraram-se promissores, sendo que a redução média de COT com 63,95 % e de DQO com 70,50 % para o ensaio com as variáveis da reação otimizada, com o custo no valor de R$ 0,056 / L de efluente. Após o processo de ozonização catalítica, a amostra do melhor experimento: pH 4,0, concentração de Fe2+ 1,0 g L-1, potência 86 W, vazão de O2 0,5 L min-1, tendo como vazão mássica de O3 3,10 mg min-1, foi tratada por um processo biológico - Sistema Lodo Ativado (SLA), a fim de verificar a eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente estudado através do sistema conjugado (POA - SLA). Os resultados para o tratamento híbrido apresentou percentuais de reduções para COT de 82,95 %, DQO de 95,60 % e DBO de 93,09 %. / Dairy effluent is characterized by the high content of organic material. The major environmental impacts caused by dairy industries are related to the release of liquid effluents, generally with an inefficient control or treatment, which makes it essential to implement effective treatment techniques, at a low cost. Within this proposal, Advanced Oxidation Processes (AOPs) are efficient technologies for oxidation (partial or total) of organic compounds of difficult degradation. This research study aimed at assessing the potential of catalytic ozonation for reduction of the effluent organic load from the dairy industry Cia de Alimentos Glória located in the city of Guaratinguetá, State of São Paulo, Brazil, derived from milk processing, using Fe2+ as catalyst in a semi-batch process with recycle. The characterization of milky effluent in natura was performed by using established and optimized methods of some parameters listed in environmental legislation, among them: COD, TOC, BOD5, Nitrogen (organic and ammoniacal), total Phosphorus, Iron, Solids (TS, FTS, VTS), anionic surfactants, oils and greases and metallic elements. Through fractional factorial design 24-1, the best conditions among the power variables of the power ozonator, O2 flow, Fe2+ concentration and pH were determined for the treatment stage with AOP, with a response factor of COD and TOC reduction. A new configuration of reactor was also assessed due to the presence of foam during the treatment process. The obtained results for the set of experiments were found to be promising, with an average reduction of TOC of 63.95 % and of 70.50 % for COD for the test with optimized reaction variables, with a cost of U$$ 0.02 / L of effluent. After the catalytic ozonation process, the sample of the best experiment was: pH 4.0, concentration of Fe2+ 1.0 g L-1, power of 86 W, flow of O2 0.5 L min-1, with mass flow of O3 3.10 mg min-1, was treated by a biological process in order to verify to verify the efficiency of degradation of the organic matter of the effluent studied through the conjugated (AOP - AS) system.The results for the hybrid treatment showed percentages of reductions for TOC of 82.95 %, COD of 95.60 % and BOD5 of 93.09 %.