A vinhaça é o principal resíduo obtido na produção de álcool, açúcar e aguardente, sendo considerado um efluente de alto poder poluente e fertilizante. Sem o devido tratamento, quando lançada nos rios compromete a sobrevivência de diversos seres aquáticos e quando utilizada como fertilizante, o efluente não tratado pode contaminar lençóis freáticos e afetar os seres terrestres. O objetivo deste trabalho consistiu em avaliar a eficiência e aplicação da fotocatálise heterogênea com TiO2, seguido por um tratamento biológico (lodo ativado) para a redução da carga orgânica do efluente em questão. A caracterização da vinhaça in natura e tratada foi realizada empregando-se métodos estabelecidos e otimizados [DQO, NPOC, DBO5, Análise de Elementos via Absorção Atômica, Fenol, Nitrogênio (orgânico e amoniacal) e Sólidos (ST, STF, STV)]. Por meio de planejamentos fatoriais completos foram determinadas as melhores condições experimentais posterior aos tratamentos fotocatalítico e biológico, tendo como variável resposta a redução de NPOC. Uma caracterização morfológica (DRX, BET e MEV-EDS) da estrutura de TiO2 anatase e rutilo também foi realizada. Após o processo fotocatalítico, a amostra do melhor experimento foi tratada por um processo biológico, a fim de verificar a eficiência de degradação da matéria orgânica do efluente estudado através do sistema híbrido (POA - SLA). Este sistema apresentou maior eficiência tendo como fatores do tratamento fotoquímico 180 minutos de reação, com aeração, pH 9 e efluente in natura; e pH 8 e concentração do lodo de 5 g L-1 no tratamento biológico. A redução de DBO alcançada foi superior a 80 %. / Vinasse is the main residue obtained by the production of alcohol, sugar and blue rum. It is considered a high power pollutant effluent and fertilizer. Untreated vinasse into ponds and rivers make the environment unsafe, especially, to different aquatic species and, when used as a fertilizer, the untreated effluent may contaminate freatic water beds and affect terrestrial species. The aim of this work consists of evaluating the efficiency and application of heterogeneous photocatalysis with TiO2, followed by a biological treatment (activated sludge system) to reduce organic load in the referred effluent. The characterization of vinasse in natura is carried out by the use of established and optimized methods [DQO, NPOC, DBO5, Elemental Analysis by Atomic Absorption, Phenol, Nitrogenium (organic and ammoniacal) and Solids (TS, FTS, VTS)]. Complete factorial designs indicated the best experimental conditions subsequent to photacatalytic and biological treatments providing a reduction of NPOC as a variable response. A morphological evaluation (XRD, B.E.T and SEM-EDS) of anatase and rutile phase of TiO2 structure was also performed. After the photocatalytic process, the sample of the best experiment was treated by a biological process in order to verify the degradation efficiency of the effluent organic matter studied according to the hybrid system (AOP - Activated Sludge System). This system, which presented more efficiency, had a photochemical treatment of 180 minutes carried out in aerated solutions, pH 9 and effluent in natura, while the biological treatment was performed at pH 8 and sludge concentration of 5 g L-1. The reduction of BOD was more than 80%.

Esta pesquisa enfoca o uso do processo eletrolítico, como alternativa para tratamento de efluentes líquidos na Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF), considerando as limitações ambientais locais e aspectos de consumo de energia. Este processo, classificado como não convencional, vem sendo estudado pela comunidade científica nacional e internacional para tratamento de diversos efluentes, inclusive esgotos domésticos, apresentando várias vantagens que estimularam a verificação de sua aplicabilidade para as condições peculiares da EACF. Foram realizados ensaios, em escala de laboratório, com esgotos domésticos coletados em um condomínio no Rio de Janeiro, usando reatores eletrolíticos com capacidade de 4 L, com eletrodos de desgaste de alumínio (Al) e de ferro (Fe), distância entre as placas de 0,9 cm e 1,8 cm, temperaturas na faixa de 7C a 22C, e ensaios para verificação da sua eficiência, por meio de parâmetros como DQO, DBO5, SST, turbidez e volume de lodo gerado. Sob temperatura de 15C e condições de condutividade da ordem de 900 S/cm, estimada para os esgotos da EACF, aplicando densidade de corrente de 22,9 A/m2, 4,5 V, tempo de retenção de 25 min, os resultados apresentaram valores de DQO no efluente tratado de 65 mg/L(redução de 89%), DBO de 56 mg/L (redução de 64 %), SST de 8 mg/L, com turbidez de 11,3 uT e, após filtração, turbidez de 3,2 uT, consumo de energia de 0,8 Wh/L. O aspecto é límpido e a qualidade final obtida é compatível para ser submetida a tratamento de desinfecção. A partir dos dados obtidos, foram avaliadas por meio de pré-projeto: a viabilidade de sua implantação em container, a estimativa de consumo de energia e de lodo gerado, requisitos de manutenção, operação, além da sugestão de monitoramentos e de medidas de mitigação de impactos ambientais associados à respectiva instalação. / This research focuses on the use of the electrolytical process as alternative for treatment of wastewater in Ferraz Station, considering the local environmental limitations, and aspects of consumption of energy. This process, classified as unconventional, has been studied by the national and international scientific community to treat several effluents, besides domestic sewage, presenting several advantages which stimulated the verification of its applicability in the peculiar conditions of Ferraz Station. Laboratory experiments, with domestic sewage collected in a condominium in Rio de Janeiro were accomplished using electrolytical reactors of 4 L, with electrodes of aluminum (Al) and of iron (Fe), distance between the plates of 0,9 cm and 1,8 cm, temperatures, in the strip from 7C to 22C, and analyses laboratories for verification of its efficiency through COD, BOD5, Suspended Solids, turbidity and generated sludge. Under temperature of 15C and conditions of conductivity of 900 S/cm, estimated for the station sewage, applying density of current of 22,9 A/m2, 4,5 V, time of retention of 25 min, the results presented values of COD in the treated effluent of 65 mg/L (reduction of 89%), BOD of 56 mg/L (reduction of 64%), Suspended Solids of 8 mg/L, with turbidity of 11,3 Tu and after filtration 3,2 Tu, consumption of energy of 0,8 Wh/L. Its appearance is very clean and the final result is compatible to be submitted to disinfection treatment. Based on the obtained data, the viability of its implantation in container, the estimate of consumption of energy and generated sludge and maintenance requirements, operation, besides the monitoring suggestion, and mitigating measures of environmental impacts were evaluated in a preliminary project.

O impacto de um lançamento de efluente na qualidade da água do corpo hídrico depende de características do lançamento e do corpo hídrico, a exemplo de suas condições hidrodinâmicas. O conhecimento das relações entre os fatores envolvidos permite avaliar os riscos envolvidos, alterar a forma de lançamento de efluentes de modo a reduzir seu impacto e reduzir os custos com as formas de controle da poluição, entre outras ações. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é compreender as relações entre os fatores dominantes das condições hidrodinâmicas e a dispersão de poluentes na região nordeste da Laguna dos Patos, buscando identificar formas de utilizar a modelagem hidrodinâmica para melhorar a gestão do corpo hídrico e de lançamento de efluentes. A área de estudo consiste na região nordeste da Laguna dos Patos, no Rio Grande do Sul, onde o vento e a vazão afluente são os fatores determinantes de circulação de água. O modelo utilizado (IPH-A) apresentou boa representação da variação de nível, exceto pelo posto mais próximo da região estuarina, e da circulação de água. O coeficiente de dispersão foi definido a partir da comparação visual da simulação da dispersão dos sedimentos em suspensão afluentes ao Lago Guaíba e a pluma do Guaíba observada em imagens de satélite. Cenários de vento e vazão foram determinados a partir da análise da série histórica de dados de vento na estação de Rio Grande e da vazão afluente ao Lago Guaíba.Os resultados dos ventos sudoeste e nordeste foram semelhantes ao verificado na literatura com uso de modelo bidimensional para o corpo lagunar. Na região nordeste, uma célula de circulação entre o Banco das Desertas e o Banco dos Abreus é observada no sentido horário (anti-horário) para os cenários com vento sudoeste (nordeste). O vento sudeste provoca o aumento do nível na margem oeste e redução na margem leste É observada uma maior renovação de água na região ao norte do Banco das Desertas e menor troca de água com a Lagoa do Casamento do que nos cenários anteriores. Nos cenários de vento nulo, as velocidades da água na região nordeste da laguna são bastante baixas. A vazão necessária para manutenção do nível na laguna dependeu do vento predominante. Os diferentes cenários de vento produziram diferentes plumas de dispersão do lançamento de efluente simulado, seguindo os padrões da circulação de água no local. As maiores concentrações foram observadas no local de lançamento do efluente para o cenário de vento nulo e a maior área de influência foi observada para os cenários de vento nordeste (maior velocidade de vento simulada). Para os cinco dias de simulação, foi observada pouca influência da vazão afluente no nível e na circulação de água do corpo lagunar e, consequentemente, na dispersão de poluentes. Os resultados evidenciam a necessidade de as concentrações de lançamento permitidas serem estabelecidas com base em estudo da dispersão física do efluente no corpo hídrico receptor, conforme determinado pela legislação nacional para corpos d’água onde não se aplica a vazão de referência. A consideração de uma zona de mistura onde as concentrações dos parâmetros podem estar em desacorpo com o enquadramento do corpo hídrico é debatida nas discussões. As simulações permitiram ainda identificar locais prioritários para monitoramento dos efeitos do efluente lançado na qualidade da água, cenários críticos para conflitos de uso da água considerando outros usos na região e verificar possíveis consequências do encurtamento ou alongamento do emissário. / The aim of this study is to understand the relationship between hydrodynamic and the pollutants dispersion in the northeast region of the Patos Lagoon, looking for identify ways of using hydrodynamic modeling to improve water resources and effluent discharge management. The study area is the northeastern region of Patos Lagoon, a chocked lagoon in the brazilian state of Rio Grande do Sul, where winds and freshwater runoff drive water circulation. The model IPH-A performed well, except for the estuarine region. The dispersion coefficient was defined from the visual comparison between the dispersion of suspended sediments on Guaíba Lake simulated and observed in satellite images. The wind and freshwater runoff scenarios were determined by analyzing the historical wind data series at the Rio Grande station and the freshwater discharge of the main tributaries of Guaíba Lake. The results for the scenarios of the southwest and northeast winds were similar to those observed in the literature using a two-dimensional hydrodynamic model. In the northeast region, a circulation cell between the Banco das Desertas and Banco dos Abreus is observed clockwise (counter-clockwise) for the southwest (northeast) wind scenarios. The southeast wind increases water level in the west margin and reduces in the east margin. It is observed a more intense water exchange in the region to the north of the Banco das Desertas and less water exchange with the Casamento Lagoon than in the previous scenarios In null wind speed scenarios, the water velocities in the northeast region of the lagoon are quite low. The water inflow necessary to maintain the water level in the lagoon depends on the wind condition. Different wind scenarios produced different effluent plumes, following the local water circulation patterns. The highest concentrations were observed at the effluent discharge site for the scenario with null wind speed and the largest area of influence was observed for the northeast wind scenario (highest simulated wind speed). Due to the only 5-days period of simulation, little influence was observed of the freshwater runoff on the water level and on the lagoon circulation, and, consequently, on the dispersion of pollutants. This evidences the need for the maximum permitted concentrations of pollutants to be established based on a study of the physical dispersion of the effluent in the receiving water body, as determined by national legislation for water bodies where the reference flow does not apply. The simulations also allowed to identify priority sites for monitoring the effects of effluent discharge on water quality, critical scenarios for water use conflicts considering other uses, and to verify possible consequences of changes in emissary length.

O impacto de um lançamento de efluente na qualidade da água do corpo hídrico depende de características do lançamento e do corpo hídrico, a exemplo de suas condições hidrodinâmicas. O conhecimento das relações entre os fatores envolvidos permite avaliar os riscos envolvidos, alterar a forma de lançamento de efluentes de modo a reduzir seu impacto e reduzir os custos com as formas de controle da poluição, entre outras ações. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é compreender as relações entre os fatores dominantes das condições hidrodinâmicas e a dispersão de poluentes na região nordeste da Laguna dos Patos, buscando identificar formas de utilizar a modelagem hidrodinâmica para melhorar a gestão do corpo hídrico e de lançamento de efluentes. A área de estudo consiste na região nordeste da Laguna dos Patos, no Rio Grande do Sul, onde o vento e a vazão afluente são os fatores determinantes de circulação de água. O modelo utilizado (IPH-A) apresentou boa representação da variação de nível, exceto pelo posto mais próximo da região estuarina, e da circulação de água. O coeficiente de dispersão foi definido a partir da comparação visual da simulação da dispersão dos sedimentos em suspensão afluentes ao Lago Guaíba e a pluma do Guaíba observada em imagens de satélite. Cenários de vento e vazão foram determinados a partir da análise da série histórica de dados de vento na estação de Rio Grande e da vazão afluente ao Lago Guaíba.Os resultados dos ventos sudoeste e nordeste foram semelhantes ao verificado na literatura com uso de modelo bidimensional para o corpo lagunar. Na região nordeste, uma célula de circulação entre o Banco das Desertas e o Banco dos Abreus é observada no sentido horário (anti-horário) para os cenários com vento sudoeste (nordeste). O vento sudeste provoca o aumento do nível na margem oeste e redução na margem leste É observada uma maior renovação de água na região ao norte do Banco das Desertas e menor troca de água com a Lagoa do Casamento do que nos cenários anteriores. Nos cenários de vento nulo, as velocidades da água na região nordeste da laguna são bastante baixas. A vazão necessária para manutenção do nível na laguna dependeu do vento predominante. Os diferentes cenários de vento produziram diferentes plumas de dispersão do lançamento de efluente simulado, seguindo os padrões da circulação de água no local. As maiores concentrações foram observadas no local de lançamento do efluente para o cenário de vento nulo e a maior área de influência foi observada para os cenários de vento nordeste (maior velocidade de vento simulada). Para os cinco dias de simulação, foi observada pouca influência da vazão afluente no nível e na circulação de água do corpo lagunar e, consequentemente, na dispersão de poluentes. Os resultados evidenciam a necessidade de as concentrações de lançamento permitidas serem estabelecidas com base em estudo da dispersão física do efluente no corpo hídrico receptor, conforme determinado pela legislação nacional para corpos d’água onde não se aplica a vazão de referência. A consideração de uma zona de mistura onde as concentrações dos parâmetros podem estar em desacorpo com o enquadramento do corpo hídrico é debatida nas discussões. As simulações permitiram ainda identificar locais prioritários para monitoramento dos efeitos do efluente lançado na qualidade da água, cenários críticos para conflitos de uso da água considerando outros usos na região e verificar possíveis consequências do encurtamento ou alongamento do emissário. / The aim of this study is to understand the relationship between hydrodynamic and the pollutants dispersion in the northeast region of the Patos Lagoon, looking for identify ways of using hydrodynamic modeling to improve water resources and effluent discharge management. The study area is the northeastern region of Patos Lagoon, a chocked lagoon in the brazilian state of Rio Grande do Sul, where winds and freshwater runoff drive water circulation. The model IPH-A performed well, except for the estuarine region. The dispersion coefficient was defined from the visual comparison between the dispersion of suspended sediments on Guaíba Lake simulated and observed in satellite images. The wind and freshwater runoff scenarios were determined by analyzing the historical wind data series at the Rio Grande station and the freshwater discharge of the main tributaries of Guaíba Lake. The results for the scenarios of the southwest and northeast winds were similar to those observed in the literature using a two-dimensional hydrodynamic model. In the northeast region, a circulation cell between the Banco das Desertas and Banco dos Abreus is observed clockwise (counter-clockwise) for the southwest (northeast) wind scenarios. The southeast wind increases water level in the west margin and reduces in the east margin. It is observed a more intense water exchange in the region to the north of the Banco das Desertas and less water exchange with the Casamento Lagoon than in the previous scenarios In null wind speed scenarios, the water velocities in the northeast region of the lagoon are quite low. The water inflow necessary to maintain the water level in the lagoon depends on the wind condition. Different wind scenarios produced different effluent plumes, following the local water circulation patterns. The highest concentrations were observed at the effluent discharge site for the scenario with null wind speed and the largest area of influence was observed for the northeast wind scenario (highest simulated wind speed). Due to the only 5-days period of simulation, little influence was observed of the freshwater runoff on the water level and on the lagoon circulation, and, consequently, on the dispersion of pollutants. This evidences the need for the maximum permitted concentrations of pollutants to be established based on a study of the physical dispersion of the effluent in the receiving water body, as determined by national legislation for water bodies where the reference flow does not apply. The simulations also allowed to identify priority sites for monitoring the effects of effluent discharge on water quality, critical scenarios for water use conflicts considering other uses, and to verify possible consequences of changes in emissary length.

O impacto de um lançamento de efluente na qualidade da água do corpo hídrico depende de características do lançamento e do corpo hídrico, a exemplo de suas condições hidrodinâmicas. O conhecimento das relações entre os fatores envolvidos permite avaliar os riscos envolvidos, alterar a forma de lançamento de efluentes de modo a reduzir seu impacto e reduzir os custos com as formas de controle da poluição, entre outras ações. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é compreender as relações entre os fatores dominantes das condições hidrodinâmicas e a dispersão de poluentes na região nordeste da Laguna dos Patos, buscando identificar formas de utilizar a modelagem hidrodinâmica para melhorar a gestão do corpo hídrico e de lançamento de efluentes. A área de estudo consiste na região nordeste da Laguna dos Patos, no Rio Grande do Sul, onde o vento e a vazão afluente são os fatores determinantes de circulação de água. O modelo utilizado (IPH-A) apresentou boa representação da variação de nível, exceto pelo posto mais próximo da região estuarina, e da circulação de água. O coeficiente de dispersão foi definido a partir da comparação visual da simulação da dispersão dos sedimentos em suspensão afluentes ao Lago Guaíba e a pluma do Guaíba observada em imagens de satélite. Cenários de vento e vazão foram determinados a partir da análise da série histórica de dados de vento na estação de Rio Grande e da vazão afluente ao Lago Guaíba.Os resultados dos ventos sudoeste e nordeste foram semelhantes ao verificado na literatura com uso de modelo bidimensional para o corpo lagunar. Na região nordeste, uma célula de circulação entre o Banco das Desertas e o Banco dos Abreus é observada no sentido horário (anti-horário) para os cenários com vento sudoeste (nordeste). O vento sudeste provoca o aumento do nível na margem oeste e redução na margem leste É observada uma maior renovação de água na região ao norte do Banco das Desertas e menor troca de água com a Lagoa do Casamento do que nos cenários anteriores. Nos cenários de vento nulo, as velocidades da água na região nordeste da laguna são bastante baixas. A vazão necessária para manutenção do nível na laguna dependeu do vento predominante. Os diferentes cenários de vento produziram diferentes plumas de dispersão do lançamento de efluente simulado, seguindo os padrões da circulação de água no local. As maiores concentrações foram observadas no local de lançamento do efluente para o cenário de vento nulo e a maior área de influência foi observada para os cenários de vento nordeste (maior velocidade de vento simulada). Para os cinco dias de simulação, foi observada pouca influência da vazão afluente no nível e na circulação de água do corpo lagunar e, consequentemente, na dispersão de poluentes. Os resultados evidenciam a necessidade de as concentrações de lançamento permitidas serem estabelecidas com base em estudo da dispersão física do efluente no corpo hídrico receptor, conforme determinado pela legislação nacional para corpos d’água onde não se aplica a vazão de referência. A consideração de uma zona de mistura onde as concentrações dos parâmetros podem estar em desacorpo com o enquadramento do corpo hídrico é debatida nas discussões. As simulações permitiram ainda identificar locais prioritários para monitoramento dos efeitos do efluente lançado na qualidade da água, cenários críticos para conflitos de uso da água considerando outros usos na região e verificar possíveis consequências do encurtamento ou alongamento do emissário. / The aim of this study is to understand the relationship between hydrodynamic and the pollutants dispersion in the northeast region of the Patos Lagoon, looking for identify ways of using hydrodynamic modeling to improve water resources and effluent discharge management. The study area is the northeastern region of Patos Lagoon, a chocked lagoon in the brazilian state of Rio Grande do Sul, where winds and freshwater runoff drive water circulation. The model IPH-A performed well, except for the estuarine region. The dispersion coefficient was defined from the visual comparison between the dispersion of suspended sediments on Guaíba Lake simulated and observed in satellite images. The wind and freshwater runoff scenarios were determined by analyzing the historical wind data series at the Rio Grande station and the freshwater discharge of the main tributaries of Guaíba Lake. The results for the scenarios of the southwest and northeast winds were similar to those observed in the literature using a two-dimensional hydrodynamic model. In the northeast region, a circulation cell between the Banco das Desertas and Banco dos Abreus is observed clockwise (counter-clockwise) for the southwest (northeast) wind scenarios. The southeast wind increases water level in the west margin and reduces in the east margin. It is observed a more intense water exchange in the region to the north of the Banco das Desertas and less water exchange with the Casamento Lagoon than in the previous scenarios In null wind speed scenarios, the water velocities in the northeast region of the lagoon are quite low. The water inflow necessary to maintain the water level in the lagoon depends on the wind condition. Different wind scenarios produced different effluent plumes, following the local water circulation patterns. The highest concentrations were observed at the effluent discharge site for the scenario with null wind speed and the largest area of influence was observed for the northeast wind scenario (highest simulated wind speed). Due to the only 5-days period of simulation, little influence was observed of the freshwater runoff on the water level and on the lagoon circulation, and, consequently, on the dispersion of pollutants. This evidences the need for the maximum permitted concentrations of pollutants to be established based on a study of the physical dispersion of the effluent in the receiving water body, as determined by national legislation for water bodies where the reference flow does not apply. The simulations also allowed to identify priority sites for monitoring the effects of effluent discharge on water quality, critical scenarios for water use conflicts considering other uses, and to verify possible consequences of changes in emissary length.