Alterations along the Mississippi River, such as dams and levees, have greatly reduced the amount of freshwater and sediment that reaches the Louisiana coastal area. Several freshwater and sediment diversions have been proposed to combat the associated land loss problem. To aid in this restoration effort a 1-D numerical model was calibrated, validated, and used to predict the response of the river to certain stimuli, such as proposed diversions, channel closures, channel modifications, and relative sea level rise. This study utilized HEC-RAS 4.0, a 1-D mobile-bed numerical model, which was calibrated using a discharge hydrograph at Tarbert Landing and a stage hydrograph at the Gulf of Mexico, to calculate the hydrodynamics of the river. The model showed that RSLR will decrease the capacity of the Lower Mississippi River to carry bed material. The stage at Carrollton Gage is not significantly impacted by large scale diversions

O presente trabalho estuda a remoção dos fármacos amoxicilina (AMX), diclofenaco sódico (DCF) e paracetamol (PAR) em solução aquosa pelos processos de adsorção em batelada e coluna de leito fixo utilizando o carvão ativado granulado (CAG) como adsorvente. Os experimentos foram realizados para cada fármaco de forma independente. Na adsorção em batelada foram avaliadas as influências do pH (2 – 10), concentração de adsorvente (5 – 20 g L-1) e tempo de contato (5 – 350 min). Foi realizada a investigação da cinética de adsorção e também do equilíbrio de adsorção através de isotermas nas temperaturas de 25, 35 e 45 ºC. A adsorção em leito fixo foi estudada através de planejamentos experimentais, onde foram avaliados os efeitos da concentração inicial do poluente (C0: 20 – 100 mg L-1), massa do leito (W: 0,5 – 1,5 g) e vazão (Q: 3 – 5 mL min-1) sobre o tempo de saturação (tsat) e a quantidade adsorvida (qsat). Os modelos de Thomas, Bohart-Adams e Yan, além de um modelo desenvolvido no software EMSO foram utilizados para análise das curvas de ruptura. O CAG utilizado apresentou área BET de 463 m² g-1 e maior volume de microporos, de 0,20 cm³ g-1. Os experimentos em batelada mostraram que o pH não teve influência significativa sobre a remoção dos três fármacos. O equilíbrio de adsorção da AMX e do DCF foi atingido após 150 min e do PAR após 180 min. O modelo de PSO foi o que melhor representou a cinética de adsorção dos três fármacos. A isoterma de Langmuir descreveu o equilíbrio da AMX a 25 e 35 ºC, e o modelo de Sips a 45 ºC. Já a adsorção do DCF foi representada pela isoterma de Freundlich e o PAR pela de Redlich-Peterson. O estudo termodinâmico indicou que a adsorção dos três fármacos foi espontânea e favorável, além de aumentar com o aumento da temperatura. Na adsorção em leito fixo, foi observado menores valores de tsat com o aumento de C0 e de Q e diminuição de W. Foi verificado que qsat aumentou com o aumento de C0 e diminuição da Q para o planejamento do PAR, onde essa variável foi significativa. Já o aumento de W aumentou qsat no planejamento do PAR e diminuiu nos casos da AMX e DCF. A AMX foi o poluente que apresentou os menores tempos de saturação, seguido do DCF e do PAR, na adsorção em leito fixo. Foi constatado que o modelo de Yan foi o que melhor reproduziu o comportamento das curvas de ruptura para os três fármacos, na comparação com os outros modelos analíticos e com o modelo numérico proposto no software EMSO. De forma geral, foi verificado que os processos de adsorção tanto em batelada quanto em leito fixo apresentam potencial de aplicação como alternativa de tratamento avançado de água e efluentes que contenham fármacos. / The present work studies the removal of amoxicillin (AMX), sodium diclofenac (DCF), and paracetamol (PAR) from water by adsorption onto granular activated carbon in batch process and fixed bed column. Batch adsorption experiments were performed to evaluate the influence of pH (2 – 10), adsorbent concentration (5 – 20 g L-1) and contact time (5 – 350 min). Pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion models were evaluated in the kinetics investigation. Equilibrium adsorption was investigated using Langmuir, Freundlich, Sips and Redlich-Peterson equations. Fixed bed adsorption was studied through experimental design to evaluate initial contaminant concentration (C0, 20 – 100 mg L-1), amount of adsorbent (W, 0.5 – 1.5 g) and feed flow rate (Q, 3 – 5 mL min-1) effects. The analytical models of Thomas, Bohart-Adams and Yan were selected to investigate the breakthrough curves behavior. In addition, a numerical model was developed and solved using EMSO software. The granular activated carbon (GAC) used had BET surface area of 463 m² g-1 and volume of 0.20 cm³ g-1 of micropores. The pH had no significant effect on the adsorption removal of the three drugs. Adsorption equilibrium of AMX and DCF was reached after 150 min and 180 min for PAR. Pseudo second order model best represented kinetic adsorption of the three compounds. At best conditions in batch process, adsorbent concentration was 12.5 g L-1 for AMX and DCF and 10 g L-1 for PAR. Langmuir isotherm best described AMX adsorption equilibrium at 25 and 35 ºC, and Sips model at 45 ºC. DCF and PAR adsorption followed the Freundlich isotherm and Redlich-Peterson model, respectively. Thermodynamic study indicated that the three drugs adsorption were spontaneous and favorable processes. In addition, adsorption increased at higher temperatures. In fixed bed adsorption experiments, saturation time (tsat) decreased with the increase of initial concentration and flow rate for both drugs. W had positive effect on tsat. The amount adsorbed (qsat) was enhanced at higher C0 and lower Q. qsat was higher at higher Q for AMX and DCF and lower Q for PAR adsorption. Yan model best reproduced breakthrough curves behavior for all drugs among the analytical models and the numerical model developed on EMSO software. Thus, adsorption processes in batch mode and fixed bed column showed to be effective for the removal of drugs of different therapeutic classes from water.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Análise da Secagem de Cornichão-Akel FKanaan.pdf: 1613401 bytes, checksum: 62cca34779fa01d06bb57914687636da (MD5) Previous issue date: 2014-09-03 / A crescente necessidade da utilização de espécies forrageiras de estação fria na região sul do país vem determinando uma grande demanda por sementes de qualidade. Entre as leguminosas se destaca o cornichão (Lotus corniculatus L.), que é uma leguminosa forrageira oriundo da Europa e da região mediterrânea. Esta leguminosa forrageira tem na versatilidade a sua maior vantagem, visto que apresenta produção de forragem na primavera, no verão e no outono, possui resistência à seca e ao encharcamento temporário do solo e apresenta boa persistência da massa verde. Além disso, as sementes deste tipo de espécie podem ser misturadas com espécies de inverno, o que aumenta o rendimento da matéria seca, dá uma melhor distribuição da forragem ao longo do ano e agrega uma melhora na qualidade das pastagens. Apesar dessas vantagens, as sementes de cornichão comercializadas possuem ainda uma baixa qualidade. Esse fato é decorrente de um sistema de fiscalização ineficiente, associado à dificuldade de produção e beneficiamento do produto. Outro problema que o produtor de sementes desta espécie enfrenta é a dormência tegumentar, isto é, o revestimento da semente (tegumento) é impermeável e não permite que a água necessária para a germinação chegue ao interior da semente. Na literatura, diversos trabalhos têm relatado que cada vez mais há um aumento na demanda de sementes forrageiras em função do melhoramento do campo nativo e das pastagens cultivadas. Diante de um mercado tão promissor, a obtenção de sementes de melhor qualidade ainda apresenta dificuldades que vão desde a fase de produção no campo, onde as sementes são colhidas precocemente em relação ao ponto de maturidade fisiológica devido ao processo de perda natural, até seu beneficiamento, onde o processo de secagem apresenta-se como uma etapa limitante que necessita de uma atenção muito especial para evitar perdas fisiológicas no produto final. De um modo geral, a secagem é definida como a remoção, voluntária ou não, total ou parcial, de uma fase líquida ou gasosa de qualquer material através da transferência de calor e de massa. A secagem tem em sua essência a finalidade de assegurar a conservação de um produto por meio da redução do seu teor de água. No caso de materiais orgânicos, como é o caso de sementes, a redução no teor de água deve ser efetuada até o ponto em que a concentração de açúcares, ácidos, sais e outros componentes, sejam suficientemente elevados para reduzir a atividade de água e inibir, portanto, o desenvolvimento de micro-organismos. Na tecnologia de produção de sementes de alta qualidade a secagem é tida com uma das etapas de maior importância, pois permite a redução do teor de água em níveis adequados para o armazenamento e comercialização (12 a 15 % de umidade), preserva as sementes de alterações físicas e químicas induzidas pelo excesso de umidade, torna possível a manutenção da qualidade inicial durante o armazenamento e possibilita colheitas próximas da maturação fisiológica. Entretanto, o processo de secagem, seja ele qual for, deve acontecer de forma controlada e de maneira uniforme a fim de evitar elevados gradientes de umidade e temperatura no interior do material que podem provocar a perda da qualidade do produto final. De acordo com o que foi exposto, o presente trabalho de mestrado teve como objetivo realizar um estudo sobre o processo de secagem de sementes de cornichão (Lotus corniculatus L.) em um secador de leito fixo com fluxo de ar paralelo. Para alcançar tal objetivo, este trabalho foi dividido nas seguintes etapas: caracterização física e fisiológica das sementes, análise do processo de reumidificação das sementes, estudo das isotermas de dessorção das sementes reumidificadas e avaliação dos efeitos da variação da temperatura, da velocidade do ar e da altura da bandeja sobre a cinética de secagem e qualidade fisiológica do produto final. Os dados experimentais mostraram que os resultados obtidos para a umidade em base úmida das sementes secas ficaram na faixa de 5 % para as secagens realizadas a 60 °C e em aproximadamente 8 % para as secagens realizadas a 40 °C. No que se refere à germinação, os valores encontrados estão na ordem de 44 a 59 % para as secagens realizadas neste estudo. Dentre as secagens, a que obteve o maior valor de germinação, com valor de 59 %, foi a realizada na condição de T = 40 °C, v = 1,0 m/s e h = 1,0 cm. / The growing necessity for the use of cool-season forage species in the southern region of the country has indicated a high demand for quality seeds. Among the legumes, the birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) is a forage legume which is originated in Europe and in the Mediterranean region. This versatility in the forage legume has its biggest advantage, since it presents forage production in the spring, summer and autumn, is resistant to drought and temporary waterlogging and shows good persistence of green mass. Furthermore, seeds of such kind can be mixed with winter species, which increases the yield of dry matter, gives a better distribution of the material throughout the year and adds an improvement in the quality of pastures. Despite these advantages, the seeds of birdsfoot marketed still have a poor quality. This fact is a result of an inefficient system of monitoring and difficulties associated to production and processing of the product. Another problem is that the seed producer of this species is facing cutaneous numbness, that is, the seed coat (tegument) is impermeable and does not allow the water, necessary for germination to reache the interior of the seed. In the literature, several studies have reported that there is an increasing demand for an increase in forage seed due to the improvement of native grassland and cultivated pastures. Faced with such a promising market, obtaining better quality seed still presents difficulties ranging from the production phase of the field, where the seeds are harvested early in relation to physiological maturation due to the natural loss process until its processing where the drying process is presented as a limiting step that requires particular attention to avoid losses in physiological final product. In general, drying is defined as the removal voluntary or not, full or partial, of a liquid or gaseous phase of any material by the transfer of heat and mass. Drying has its essence in order to ensure the preservation of a product through reduction of water content. In the case of organic materials, such as seeds, reduction in water content must be performed to the extent that the concentration of sugars, acids, salts and other components are sufficiently high to reduce the water activity and inhibit, therefore, the growth of microorganisms. In the production of high quality seeds the drying technology is seen with one of the most important steps, since it allows reducing the water content suitable for storage and marketing levels (12 to 15% moisture), preserves the seeds from physical changing and chemical induced excess moisture, makes it possible to maintain the initial quality during storage and enables the next harvest physiological maturity. However, the drying process, whatever it may be, should occurs in a controlled and uniform manner in order to avoid high temperature and humidity gradients within the material that could result in loss of quality of the final product. Towards to it, this paper aimed to conduct a study on the drying of seeds of birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) in a fixed bed dryer with parallel air flow. To accomplish this goal, this study was divided into the following steps: physical and physiological seed characterization, analysis of rewetting seed process, study of desorption isotherms of the rewetted seeds and evaluation the effects of temperature, air velocity and the height of the tray on the drying kinetics and physiological quality of the final product. The experimental data showed that the results for the dry seeds of UBU were in the range of 5 % to drying carried out at 60 ° C and about 8% to drying carried out at 40 ° C. With regard to seed germination, the values are found in a range of 44 to 59% for the drying carried out in this study. The drying condition whom presented the highest germination value about 59 % was performed on T = 40 ° C, v = 1,0 m/s and h = 1,0 cm.

Computational Fluid Dynamics (CFD) is one of the fields that has strongly developed since the recent development of faster computers and numerical modeling. CFD is also finding its way into chemical engineering on several levels. We have used CFD for detailed modeling of heat and mass transfer in a packed bed. One of the major questions in CFD modeling is whether the computer model describes reality well enough to consider it a reasonable alternative to data collection. For this assumption a validation of CFD data against experimental data is desired. We have developed a low tube to particle, structured model for this purpose. Data was gathered both with an experimental setup and with an identical CFD model. These data sets were then compared to validate the CFD results. Several aspects in creating the model and acquiring the data were emphasized. The final result in the simulation is dependent on mesh density (model detail) and iteration parameters. The iteration parameters were kept constant so they would not influence the method of solution. The model detail was investigated and optimized, too much detail delays the simulation unnecessarily and too little detail will distort the solution. The amount of data produced by the CFD simulations is enormous and needs to be reduced for interpretation. The method of data reduction was largely influenced by the experimental method. Data from the CFD simulations was compared to experimental data through radial temperature profiles in the gas phase collected directly above the packed bed. It was found that the CFD data and the experimental data show quantitatively as well as qualitatively comparable temperature profiles, with the used model detail. With several systematic variances explained CFD has shown to be an ample modeling tool for heat and mass transfer in low tube to particle (N) packed beds.

A modelagem e simulação de reatores trifásicos representa um grande desafio para simuladores de processo. Muitos estudos acadêmicos têm sido desenvolvidos com o objetivo de descrever e prever o comportamento desses equipamentos, quer seja em seu estado estacionário, quer seja as respostas dinâmicas. Várias são as abordagens aplicadas para tentar melhor refletir os fenômenos envolvidos nos reatores trifásicos, ponderando sempre o custo computacional de cada abordagem. Neste trabalho, um reator de hidrogenação seletiva de nafta de pirólise foi simulado baseado em dados publicados na literatura. O reator é do tipo leito gotejante (trifásico), e as reações consideradas são de pseudo-primeira ordem. A técnica aplicada foi a de modelagem matemática por células, onde os leitos catalíticos foram subdivididos em reatores tipo CSTR dinâmicos associados em série. A cada célula, um cálculo de flash foi associado, aperfeiçoando os balanços de massa e energia comumente empregados em reatores de leito gotejante. A abordagem termodinâmica utilizada para prever o equilíbrio líquido-vapor foi a i - i, com a equação de estado SRK associada a parâmetros de interação binária específicos para a solubilidade de hidrogênio em gasolina de pirólise. Os parâmetros de interação binária são provenientes do pacote termodinâmico do simulador iiSE. O modelo do reator foi implementado no software EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization) consistindo em cerca de 9000 equações e variáveis. Os resultados obtidos com o modelo contruído foram similares aos reportados na literatura. A aplicação de modelagem por células mostrou-se não só aplicável mas também mais robusta do que as abordagens tradicionais que utilizam equações diferenciais ordinárias. A utilização da ferramenta EMSO para a modelagem por células mostrou-se ainda mais vantajosa ao permitir a avaliação do comportamento dinâmico do reator em algumas situações hipotéticas, mas que são bem comuns na indústria. / Modeling and simulation of three-phase reactors is a challenge for process simulators. Many academic studies have been developed in order to describe and predict the behavior of these equipments for both steady states or dynamic responses. There are several approaches applied trying to reflect better the phenomena involved in three-phase reactors, always considering the computational cost of each approach. In this work a selective hydrogenation reactor for pyrolysis naphtha was simulated based on published literature data.The reactor is trickle bed type and the reactions are considered pseudofirst order. The technique used is cell-network modeling, where the catalyst beds were subdivided into dynamics CSTR reactors linked in series. To each cell there is a calculation Flash associated, enhancing mass and energy balances commonly applied in TBR. The thermodynamic approach used to predict the vapor-liquid equilibrium was i- i with SRK equation of state, associated to specific binary interaction parameters for the solubility of hydrogen in pygas from the thermodynamic simulator package iiSE. The binary interaction parameters come from the thermodynamic package of IISE simulator. The reactor model was implemented in software EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization) and consists of 9,000 equations and variables approximately. The results obtained with the model constructed here were similar to those reported in the literature. The use of cell-network modeling proved to be not only applicable but also more robust than the traditional approaches that use ordinary differential equations. The use of EMSO tool for cell-network modeling proved to be even more advantageous because allows the evaluation of some dynamic behavior of the reactor for hypothetical situations but quite common in the industry.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger _Lopes (Tese revisada) 2016.pdf: 2793834 bytes, checksum: bd8e57da9e9986df4f212107c57ca249 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / The aim of this study was to evaluate a combined anaerobic-aerobic upflow fixed-bed reactor with recirculation of the liquid phase for the removal of nitrogen and organic matter from poultry slaughterhouse wastewater. The reactor was made of an acrylic tube of internal diameter of 93 mm and the length of 1000 mm with a useful volume of 5.6 L being 3.5 L corresponding to the anaerobic compartments and 2.1 L to the aerobic one. The bed for immobilization of the biomass was formed by expanded clay and polyurethane foam. For discussing the results, this study was divided into three articles. In the first article, was evaluated the reactor performance with respect to the elimination of nitrogen (≈65 mg.NT.L-1) and organic matter (≈600 mg.DQO.L-1) due to the recirculation rate (R = 0.5, 1 and 2) and the hydraulic retention time (HRT) of 11 h (6.8 h in anaerobic condition and 4.2 h in aerobic condition) over the time. The best operating condition was obtained at the recirculating rate of 2. In this condition, the total nitrogen removal was 65% with the effluent concentration of 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. For all condition, the organic matter removal was greater than to 95% with the effluent concentration of approximately 20 mg.COD.L-1. Thus, the increasing of the recirculation rate influenced positively in the reactor performance. In the second article, the hydraulic detention time was evaluated (HDT) at 14 h, 11 h and 8 h with the recirculation rate (R) of 0.5 (Step I), R = 1 (Step II) and R 2 = (Step III). The affluent average concentrations were 65 mg.NT.L-1, 580 mg.COD.L-1, 77 mg L-1 of total alkalinity and pH of 6.4. The samples were collected inlet and output of each compartment along the reactor height. In the Step I, the nitrification efficiencies were 76%, 70% and 41% respectively for 14 h, 8 h and 11 h, showing the effect of HRT. In all steps, the alkalinity has been regarded as the limiting factor of the process and its deficit was 10 to 30%. It was attributed to this factor the low efficiency of total nitrogen removal of about 45%. Throughout the experiment the removal efficiency of organic matter in terms of chemical oxygen demand (COD) was over 90% and made to fit the first order kinetic model for degradation of the substrate. In the third article, was evaluated the hydrodynamic behavior of this system, through stimulus response tests using eosin Y dye as tracer. It has been evaluated the hydraulic retention time of 8 h with three recirculation rates, of .0.5, 1 and 2 times. Under these conditions, the removal of organic matter was greater than 90% and nitrogen conversion was favored by applying lower loads of (0.18 Kg.N.m-3.d-1). It was found that the hydrodynamic evaluation showed the continuous-stirred reactors behavior with 2 to 2.5 reactors in series (N-CSTR). / O objetivo desse trabalho foi avaliar um reator combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo e fluxo ascendente com recirculação da fase líquida, para a remoção de nitrogênio e matéria orgânica proveniente de água residuária de abatedouro de aves. O reator foi confeccionado em um tubo de acrílico de diâmetro interno de 93 mm e comprimento de 1000 mm, com volume útil de 5,6 L, sendo 3,5 L correspondentes aos compartimentos anaeróbios e 2,1 L correspondentes ao compartimento aeróbio. O leito para a imobilização da biomassa foi formado por argila expandida e espuma de poliuretano. A apresentação desse trabalho foi dividida em três artigos. No primeiro artigo, avaliou-se o desempenho do reator em relação à remoção de nitrogênio (≈65 mg.N.L-1) e de matéria orgânica (≈600 mg.DQO.L-1) em função da taxa de recirculação (R=0,5; 1 e 2) e do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 11 horas (6,8 horas na condição anaeróbia e 4,2 horas na condição aeróbia), ao longo do tempo. A melhor condição operacional foi obtida com taxa de recirculação de 2. Nessa condição, a eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 65% com concentrações efluentes de 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. Para todas as condições testadas, a eficiência de remoção de matéria orgânica apresentou-se superior a 95%, com concentração efluente de aproximadamente 20 mg.DQO.L-1. Assim, o aumento da taxa de recirculação influenciou positivamente no desempenho do reator. No segundo artigo, avaliaram-se os tempos de detenção hidráulica (TDH) de 14 horas, 11 horas e 8 horas com taxa de recirculação (R) de 0,5 (Ensaio I), R=1 (Ensaio II) e R=2 (Ensaio III). As concentrações médias afluentes foram 65 mg.NT.L-1, 580 mg.DQO.L-1, 77 mg.L-1 de alcalinidade total e pH de 6,4. As amostras foram coletadas na entrada e saída de cada compartimento, ao longo da altura do reator. Na Etapa I, e as eficiências de nitrificação foram de 76%, 70% e 41%, respectivamente para 14 horas, 11 horas e 8 horas, evidenciando o efeito do TDH. Em todas as etapas, a alcalinidade foi considerada o fator limitante do processo e o seu déficit variou de 10% a 30%. Atribuiu-se a esse fator a baixa eficiência na eliminação de nitrogênio total de aproximadamente 45%. Durante todo o experimento, a eficiência de remoção de matéria orgânica em termos de demanda química de oxigênio (DQO) foi superior a 90% e apresentou ajuste ao modelo cinético de primeira ordem para a degradação do substrato. No terceiro artigo, avaliou-se o comportamento hidrodinâmico desse sistema, a partir de ensaios de estímulo resposta utilizando o traçador Eosina Y. Avaliou-se o tempo de detenção hidráulica de 8 horas com as três taxas de recirculação, de 0,5, 1 e 2 vezes. Nessas condições, a remoção de matéria orgânica foi superior a 90% e a conversão de nitrogênio foi beneficiada com a aplicação de cargas menores (0,18 Kg.N.m-3.d-1). Na avaliação hidrodinâmica verificou-se que o reator apresentou comportamento de reator de mistura completa com 2 a 2,5 reatores em série (N-CSTR).

Abstract Hydrogen sulfide (H2S) is an environmentally hazardous, corrosive, and toxic gas, mostly generated in gas and oil industry. For small-scale natural gas processing sites (less than 10 tonne S/day), the use of regenerable iron oxide adsorbent to adsorb H2S from natural gas is still an economical and effective method. The objective of this research project was to understand the performance of an iron oxide adsorbent, recently emerging in the Canadian market, in removing H2S from gas streams. To accomplish this, the breakthrough behaviors of H2S adsorption in a fixed-bed reactor under elevated pressures were studied. The effects of variations in superficial velocity from 0.09 m/s to 0.26 m/s, operating pressure from 4 to 50 atm absolute, and the height of the fixed-bed from 11.7 cm to 24.5 cm on breakthrough curves and sulfur loading were investigated. In all the experiments, the H2S concentration profiles of the exiting gas from the reactor were measured until the bed was saturated. It was found that the shape of the breakthrough curves depend on the superficial velocity and the inlet H2S concentration in gas streams. Under both higher superficial velocity and higher inlet H2S concentration, the shape of the breakthrough curve becomes steeper. The sulfur loading of the adsorbent depends on the superficial velocity, the inlet H2S concentration in gas streams, and the bed height. The sulfur loading decreases as the superficial velocity and the inlet H2S concentration increase, but increases as the bed height increases. The change of operating pressure does not have a significant effect on the shape of the breakthrough curve or sulfur loading of the adsorbent. The investigation was also extended using the regenerated adsorbents. A mathematical formula was developed to describe the breakthrough curves.

Abstract Hydrogen sulfide (H2S) is an environmentally hazardous, corrosive, and toxic gas, mostly generated in gas and oil industry. For small-scale natural gas processing sites (less than 10 tonne S/day), the use of regenerable iron oxide adsorbent to adsorb H2S from natural gas is still an economical and effective method. The objective of this research project was to understand the performance of an iron oxide adsorbent, recently emerging in the Canadian market, in removing H2S from gas streams. To accomplish this, the breakthrough behaviors of H2S adsorption in a fixed-bed reactor under elevated pressures were studied. The effects of variations in superficial velocity from 0.09 m/s to 0.26 m/s, operating pressure from 4 to 50 atm absolute, and the height of the fixed-bed from 11.7 cm to 24.5 cm on breakthrough curves and sulfur loading were investigated. In all the experiments, the H2S concentration profiles of the exiting gas from the reactor were measured until the bed was saturated. It was found that the shape of the breakthrough curves depend on the superficial velocity and the inlet H2S concentration in gas streams. Under both higher superficial velocity and higher inlet H2S concentration, the shape of the breakthrough curve becomes steeper. The sulfur loading of the adsorbent depends on the superficial velocity, the inlet H2S concentration in gas streams, and the bed height. The sulfur loading decreases as the superficial velocity and the inlet H2S concentration increase, but increases as the bed height increases. The change of operating pressure does not have a significant effect on the shape of the breakthrough curve or sulfur loading of the adsorbent. The investigation was also extended using the regenerated adsorbents. A mathematical formula was developed to describe the breakthrough curves.

La rápida industrialización y urbanización mundial ha creado un sin número de contaminantes para los medios acuosos tóxicos y peligrosos, los cuales en su gran mayoría son difícil de degradar de forma natural. Los fenoles son algunos de estos compuestos tóxicos que se encuentran con frecuencia en muchos efluentes industriales. Revisión literaria específica que la oxidación catalítica en aire húmedo utilizando carbón activado podría ser una solución prometedora para la destrucción de estos contaminantes fenólicos. Sin embargo, parece difícil lograr la estabilidad del catalizador dentro del reactor de lecho fijo, en estado estacionario, debido a la combustión lenta de carbón activado. Dentro de este contexto, el presente trabajo se centró en tres aspectos principales para extender los conocimientos actuales sobre la oxidación catalítica del aire húmedo, los cuales son: el establecimiento de las condiciones de arranque del reactor, el estudio de la cinética de reacción y la evaluación de la operación periódica de reactores de lecho fijo. Se ha demostrado que la cinética de la reacción puede llevarse a cabo en un reactor por goteo de lecho fijo sin limitaciones de transferencia de masa y calor. Y más importante aún, el catalizador pudo mantenerse estable durante la oxidación catalítica del aire húmedo de fenol sobre carbón activo en un reactor de lecho fijo, a través de la operación de un reactor dinámico mediante la optimización de los parámetros periódicos. / The fast world industrialization and urbanization creates a large number of water pollutants that are toxic and hazardous and in most cases too hard to amend naturally. Phenols are amongst those toxic compounds frequently found in many industrial effluents. A review of the specific literature points out that catalytic wet air oxidation using activated carbon can be a promising solution for the destruction of phenolic pollutants. However, it seems unlikely to achieve stable catalyst in fixed bed reactor under steady state operation due to the slow combustion of activated carbon. Within this context, the present work focus on three main aspects to extend the current state of art of catalytic wet air oxidation: establishing reactor start-up, kinetic measurements and periodic operation of fixed bed reactors. It has been shown that kinetic measurement can be conducted in trickle bed reactor without mass and heat transfer limitations. Most importantly, stable catalyst during catalytic wet air oxidation of phenol over active carbon was achieved in fixed bed reactor through dynamic reactor operation by optimizing periodic parameters.

O presente trabalho estuda a remoção dos fármacos amoxicilina (AMX), diclofenaco sódico (DCF) e paracetamol (PAR) em solução aquosa pelos processos de adsorção em batelada e coluna de leito fixo utilizando o carvão ativado granulado (CAG) como adsorvente. Os experimentos foram realizados para cada fármaco de forma independente. Na adsorção em batelada foram avaliadas as influências do pH (2 – 10), concentração de adsorvente (5 – 20 g L-1) e tempo de contato (5 – 350 min). Foi realizada a investigação da cinética de adsorção e também do equilíbrio de adsorção através de isotermas nas temperaturas de 25, 35 e 45 ºC. A adsorção em leito fixo foi estudada através de planejamentos experimentais, onde foram avaliados os efeitos da concentração inicial do poluente (C0: 20 – 100 mg L-1), massa do leito (W: 0,5 – 1,5 g) e vazão (Q: 3 – 5 mL min-1) sobre o tempo de saturação (tsat) e a quantidade adsorvida (qsat). Os modelos de Thomas, Bohart-Adams e Yan, além de um modelo desenvolvido no software EMSO foram utilizados para análise das curvas de ruptura. O CAG utilizado apresentou área BET de 463 m² g-1 e maior volume de microporos, de 0,20 cm³ g-1. Os experimentos em batelada mostraram que o pH não teve influência significativa sobre a remoção dos três fármacos. O equilíbrio de adsorção da AMX e do DCF foi atingido após 150 min e do PAR após 180 min. O modelo de PSO foi o que melhor representou a cinética de adsorção dos três fármacos. A isoterma de Langmuir descreveu o equilíbrio da AMX a 25 e 35 ºC, e o modelo de Sips a 45 ºC. Já a adsorção do DCF foi representada pela isoterma de Freundlich e o PAR pela de Redlich-Peterson. O estudo termodinâmico indicou que a adsorção dos três fármacos foi espontânea e favorável, além de aumentar com o aumento da temperatura. Na adsorção em leito fixo, foi observado menores valores de tsat com o aumento de C0 e de Q e diminuição de W. Foi verificado que qsat aumentou com o aumento de C0 e diminuição da Q para o planejamento do PAR, onde essa variável foi significativa. Já o aumento de W aumentou qsat no planejamento do PAR e diminuiu nos casos da AMX e DCF. A AMX foi o poluente que apresentou os menores tempos de saturação, seguido do DCF e do PAR, na adsorção em leito fixo. Foi constatado que o modelo de Yan foi o que melhor reproduziu o comportamento das curvas de ruptura para os três fármacos, na comparação com os outros modelos analíticos e com o modelo numérico proposto no software EMSO. De forma geral, foi verificado que os processos de adsorção tanto em batelada quanto em leito fixo apresentam potencial de aplicação como alternativa de tratamento avançado de água e efluentes que contenham fármacos. / The present work studies the removal of amoxicillin (AMX), sodium diclofenac (DCF), and paracetamol (PAR) from water by adsorption onto granular activated carbon in batch process and fixed bed column. Batch adsorption experiments were performed to evaluate the influence of pH (2 – 10), adsorbent concentration (5 – 20 g L-1) and contact time (5 – 350 min). Pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion models were evaluated in the kinetics investigation. Equilibrium adsorption was investigated using Langmuir, Freundlich, Sips and Redlich-Peterson equations. Fixed bed adsorption was studied through experimental design to evaluate initial contaminant concentration (C0, 20 – 100 mg L-1), amount of adsorbent (W, 0.5 – 1.5 g) and feed flow rate (Q, 3 – 5 mL min-1) effects. The analytical models of Thomas, Bohart-Adams and Yan were selected to investigate the breakthrough curves behavior. In addition, a numerical model was developed and solved using EMSO software. The granular activated carbon (GAC) used had BET surface area of 463 m² g-1 and volume of 0.20 cm³ g-1 of micropores. The pH had no significant effect on the adsorption removal of the three drugs. Adsorption equilibrium of AMX and DCF was reached after 150 min and 180 min for PAR. Pseudo second order model best represented kinetic adsorption of the three compounds. At best conditions in batch process, adsorbent concentration was 12.5 g L-1 for AMX and DCF and 10 g L-1 for PAR. Langmuir isotherm best described AMX adsorption equilibrium at 25 and 35 ºC, and Sips model at 45 ºC. DCF and PAR adsorption followed the Freundlich isotherm and Redlich-Peterson model, respectively. Thermodynamic study indicated that the three drugs adsorption were spontaneous and favorable processes. In addition, adsorption increased at higher temperatures. In fixed bed adsorption experiments, saturation time (tsat) decreased with the increase of initial concentration and flow rate for both drugs. W had positive effect on tsat. The amount adsorbed (qsat) was enhanced at higher C0 and lower Q. qsat was higher at higher Q for AMX and DCF and lower Q for PAR adsorption. Yan model best reproduced breakthrough curves behavior for all drugs among the analytical models and the numerical model developed on EMSO software. Thus, adsorption processes in batch mode and fixed bed column showed to be effective for the removal of drugs of different therapeutic classes from water.