O presente trabalho descreve um estudo teórico-experimental da flotação por ar dissolvido (FAD) de micropartículas (diâmetro dp < 100 μm), incluindo caracterização de microbolhas (db < 100 μm) pela técnica LTM-BSizer de determinação da distribuição de tamanho de bolhas (DTB) e medidas diretas da força de interação bolha-partícula via microscopia de força atômica (AFM). Visando aperfeiçoar a técnica LTM-BSizer, foi desenvolvido um novo procedimento (NP) automático de processamento/análise de imagens de bolhas. O NP consistiu em um algoritmo contendo as etapas de conversão das imagens coloridas para tons de cinza, limiarização, preenchimento dos “buracos” das bolhas e análise. Imagens de microbolhas geradas por uma bomba centrífuga multiestágio foram utilizadas para comparar os resultados obtidos pelo NP com os obtidos pelo antigo procedimento (AP) da técnica. Diferenças menores que 20 % foram observadas nos resultados obtidos pelos dois procedimentos para o diâmetro médio aritmético, desvio-padrão e diâmetro médio de Sauter das bolhas. O processamento/análise com o NP foi realizado em um tempo inferior (> 30 %) ao requerido pelo AP, mostrando ainda a vantagem de detectar confiavelmente bolhas circulares não-agrupadas nas imagens. Estudos experimentais de FAD de micropartículas de quartzo (diâmetro médio volumétrico de 13,2 ± 0,3 μm) foram realizados utilizando dois sistemas distintos de flotação. As amostras de quartzo foram tratadas com uma amina comercial (agente coletor) e as bolhas foram caracterizadas pela técnica LTM-BSizer. A DTB obtida para as bolhas geradas em uma pressão de saturação de 294 kPa mostrou que 94 % (em número) das mesmas possui db menor que 100 μm, apresentando diâmetros médios de Sauter e aritmético de 79 ± 5 m e 56 ± 3 μm, respectivamente. Valores de recuperação mássica total de quartzo entre 6,4 ± 5,8 % e 53,3 ± 5,9 % foram obtidos na FAD em distintas concentrações de coletor (até 2 mg g-1), sendo a concentração ótima do mesmo determinada em 1 mg g-1. A recuperação de quartzo por flotação real em função de dp mostrou um mínimo local situado em aproximadamente 3-5 μm, contribuindo para a discussão na literatura sobre a existência do mesmo, interpretado como uma mudança no mecanismo de captura bolha-partícula (convecção-difusão). Estudos de FAD com partículas esféricas de sílica (dp = 1 μm) foram ainda realizados utilizando uma célula de flotação contendo uma válvula de três vias, necessária para obtenção de uma coluna d’água acima da suspensão das partículas, minimizando o arraste das mesmas. As partículas foram amplamente caracterizadas (distribuição de tamanho, potencial zeta, rugosidade superficial, umidade e superfície específica), sendo uma fração hidrofobizada com trimetilclorosilano (TMCS) em ciclohexano. As técnicas de flotação em filme e ascensão capilar demonstraram uma maior hidrofobicidade das partículas metiladas com relação às partículas de sílica não-tratadas com TMCS (amostra original). Os resultados de FAD mostraram não haver diferença significativa entre as recuperações mássicas obtidas para as partículas de sílica original e metilada, sendo observado um aumento linear na recuperação (0,1 ± 0,5 % a 27,0 ± 1,2 %) com um aumento do volume de água saturada utilizado (10 a 40 cm3, respectivamente). Ainda, resultados obtidos utilizando um volume de água saturada de 10 cm3 mostraram que a pressão de saturação possui efeito significativo na FAD das partículas esféricas de 1 m (dp). Valores de recuperação medidos experimentalmente mostraram-se relativamente próximos aos correspondentes valores previstos por um modelo teórico da captura bolha-partícula (flotação real). Com a finalidade de investigar diretamente a interação bolha-partícula na flotação, medidas de força-versus-distância entre uma bolha de ar e uma partícula esférica (hidrofílica ou hidrofóbica) em água foram realizadas pela técnica da sonda coloidal. Um microscópio de força atômica comercial foi empregado utilizando-se uma célula de fluido padrão sem anel O-Ring, permitindo contato da água com o ar. Esferas de sílica (dp entre 5 μm e 27 μm), fixas na extremidade de cantilevers em forma de V, foram utilizadas como sondas coloidais hidrofílicas (limpeza a plasma) e hidrofóbicas (exposição a TMCS). Os resultados mostraram claramente que, sob condições extremas de limpeza, somente uma força monotonicamente repulsiva entre a bolha e a partícula hidrofílica (durante a aproximação e afastamento) foi observada. Os dados obtidos com uma sonda hidrofílica de sílica de 5,6 ± 0,2 μm (dp) mostraram-se em boa conformidade com modelos teóricos (aproximação da superposição não-linear e Hogg-Healy-Fuerstenau) para a interação bolha-partícula hidrofílica, colaborando para elucidar dados experimentais controversos na literatura referentes à correspondente força de interação. As curvas de força obtidas entre uma bolha e uma partícula hidrofóbica apresentaram tipicamente um pulo-para-contato durante a aproximação bolha/partícula e uma força de rompimento no afastamento das mesmas, confirmando a existência de uma força atrativa na interação. Valores de 107 ± 18 nm e -1,5 ± 0,2 μN foram obtidos (com uma sonda de 27 ± 1 μm) para a distância de pulo-para-contato e força de rompimento, respectivamente. A alta reprodutibilidade da técnica da sonda coloidal na medida das curvas de força bolha-partícula (hidrofílica e hidrofóbica) foi demonstrada. / The present work describes a theoretical/experimental study on the dissolved air flotation (DAF) of microparticles (diameter dp < 100 μm), including characterisation of microbubbles (db < 100 μm) by the LTM-BSizer technique of bubble size distribution (BSD) determination and direct measurements of bubble-particle interaction force via atomic force microscopy (AFM). In order to improve the LTM-BSizer technique, an automatic new procedure (NP) of processing/analysis of bubble images was developed. The NP consisted of an algorithm having the steps of image conversion from color to grayscale, thresholding, filling of bubble “holes” and analysis. Images of microbubbles produced by a multistage centrifugal pump were utilised to compare the results obtained via the NP with the corresponding data obtained by the original procedure (OP) of the technique. Differences smaller than 20 % were observed in the values obtained by both procedures for the arithmetic mean diameter, standard deviation and Sauter mean diameter of the bubbles. Processing/analysis with the NP was conducted in a lower time (> 30 %) than the one required by the OP, showing also the advantage of reliably detecting bubbles as single circles (not as clusters) on the images. Experimental studies for the DAF of quartz microparticles (volume-moment diameter of 13.2 ± 0.3 μm), using two different flotation setups, were conducted. Quartz samples were treated with a commercial amine (collector agent) and bubbles were characterised by the LTM-BSizer technique. BSD obtained for the bubbles generated at a saturation pressure of 294 kPa showed 94 % (by number) of the bubbles having db lower than 100 μm, with a Sauter and arithmetic mean diameters of 79 ± 5 μm and 56 ± 3 μm, respectively. Values of total quartz recovery ranging from 6.4 ± 5.8 % to 53.3 ± 5.9 % (by mass) were obtained for the DAF experiments under different collector concentrations (up to 2 mg g-1), with an optimal concentration found at 1 mg g-1. Quartz recovery by true flotation as a function of dp exhibited a local minimum at approximately 3-5 μm, contributing to the discussion in the literature about the existence of such minimum, interpreted as a change in particle-bubble collection mechanism (convection-diffusion). DAF studies using spherical silica particles (dp = 1 μm) were conducted with a flotation cell containing a three-way tap, aiming the formation of a water column above the particle suspension and thus minimizing particle entrainment. Particles were fully characterised (size distribution, zeta potential, surface roughness, water content and specific surface area), being a fraction hidrophobized by trimethylchlorosilane (TMCS) in cyclohexane. The film flotation and capillary rise techniques demonstrated that the methylated particles were more hydrophobic than the untreated silica particles (original sample). DAF experiments showed no significant difference between mass recovery values obtained for the original and methylated silica particles, being observed a linear increase in recovery (0.1 ± 0.5 % to 27.0 ± 1.2 %) with an increase in saturated water volume (10 to 40 cm3,respectively). Furthermore, results obtained using a saturated water volume of 10 cm3 have shown that the saturation pressure had a significant effect on the DAF of 1 μm (dp) spherical particles. Experimental recovery values were in fairly good agreement with corresponding values predicted by a theoretical model of particle-bubble capture (true flotation). Aiming to directly investigate the bubble-particle interaction in flotation, force-distance measurements between an air bubble and a spherical particle (hydrophilic or hydrophobic) in water were conducted using the colloid probe technique. A commercial atomic force microscope was employed using a standard fluid cell without O-Ring, allowing contact of water with the air. Silica spheres (dp between 5 m and 27 μm) attached to the end of V-shaped cantilevers were utilised as hydrophilic (plasma cleaning) and hydrophobic (TMCS exposure) colloid probes. Results showed clearly that, under very clean conditions, only a monotonic repulsive force (upon approach and retraction) between the bubble and the hydrophilic particle was observed. Experimental data obtained using a 5.6 ± 0.2 μm (dp) hydrophilic silica probe are in good agreement with theoretical models (non-linear superposition approximation and Hogg-Healy-Fuerstenau) for the hydrophilic particle-bubble interaction, contributing to elucidate controversial experimental data reported in the literature on such interaction force. Force-curves obtained between a bubble and a hydrophobic particle typically showed a jump-into-contact upon bubble-particle approach and a detachment force on separation, corroborating the existence of an attractive force in the interaction. Values of 107 ± 18 nm and -1.5 ± 0.2 μN were obtained (using a 27 ± 1 μm probe) for the jump-into-contact distance and detachment force, respectively. The high reproducibility of the colloid probe technique for measuring bubble-particle (hydrophilic and hydrophobic) force curves was demonstrated.

Os resíduos eletroeletrônicos vêm aumentando no mundo e contribuem com a escassez de recursos naturais e com a ocupação de espaços em aterros que estão esgotando sua capacidade de disposição de resíduos. Uma alternativa é a reciclagem dos resíduos eletroeletrônicos e para viabilizar o processo, é importante conhecer a composição dos materiais para direcionar tecnologias e conseguir sua recuperação. Esses resíduos possuem uma diversidade de plásticos que, ao serem reciclados, garantem o seu reaproveitamento como fonte de matéria prima para a produção de materiais poliméricos. O ABS (copolímero: Acrilonitrila Butadieno Estireno) e o HIPS (Poliestireno de Alto Impacto) são dois tipos de polímeros muito utilizados nas indústrias de eletroeletrônicos. O objetivo deste trabalho é estudar a separação do ABS e do HIPS para a reciclagem, utilizando as Técnicas de Tratamento de Minérios como a separação por flotação. Para a separação dos polímeros, os resíduos eletroeletrônicos foram desmantelados manualmente e os componentes plásticos foram separados por tipo e cor. Os plásticos separados, foram cominuídos no moinho de facas e classificados por meio do ensaio granulométrico. Os ensaios de flotação foram conduzidos em uma coluna de vidro, utilizando se de soluções de álcool etílico e de ácido acético em diferentes concentrações. As soluções atuaram como agentes hidrofilizantes de superfície, permitindo a separação desses polímeros. Na flotação com o etanol, os experimentos mostraram os melhores resultados na concentração de 20% em massa, com a pureza de HIPS de 96% e do ABS de 98%. Na flotação com o ácido acético, os ensaios mostraram os melhores resultados na concentração de 40% em massa, com a pureza do ABS de 96% e de HIPS de 86%.A flotação com 20% de concentração de etanol apresentou melhor eficácia na recuperação e na pureza do HIPS e do ABS em relação à flotação com 40% de ácido acético. / The speed in which new technologies are being developed stimulates the rapid obsolescence of electronic equipment. Hence electronic waste grows at high rates all over the world and has become an environmental issue due to its accumulation in landfills. In order to reduce these environmental impacts, a feasible solution is recycling. Recycled allows its reuse as a source of raw material for the production of polymeric materials as well as for energy generation. ABS (copolymer: Acrylonitrile Butadiene Styrene) and HIPS (High Impact Polystyrene) are the most common polymers used in the electro electronic industry. The aim of this work is to study the separation of ABS and HIPS using the froth flotation technique. Froth flotation is a process of separating the solid particles through differences in their surface characteristics. The reason for using this technique is that gravimetric methods are unlikely to produce good results due to the similar specific weights of both materials. Froth flotation also is difficult as both plastics are water repellent (hydrophobic). The samples were manually dismantled, with plastic components separated by type and color. After that, comminution was performed in a knife mill and grain sizes separated in screen. The flotation tests were conducted in a glass column, using ethyl alcohol and acetic acid solutions with different concentrations. These solutions were used to increase the hydrophilic characteristics in the surface of ABS, and to make possible the separation of these polymers. When floating with ethanol, the experiments showed the best results at a concentration of 20% in weight, with purity levels of 96% of HIPS and 98% of ABS. When floating with acetic acid, the tests showed the best results at the concentration of 40% in weight, with purity levels of 96% of ABS and 86% of HIPS.The flotation with 20% in weight of ethanol concentration showed better results in recovery and purity of HIPS and ABS in comparison to the 40% acetic acid.

O presente trabalho descreve um estudo teórico-experimental da flotação por ar dissolvido (FAD) de micropartículas (diâmetro dp < 100 μm), incluindo caracterização de microbolhas (db < 100 μm) pela técnica LTM-BSizer de determinação da distribuição de tamanho de bolhas (DTB) e medidas diretas da força de interação bolha-partícula via microscopia de força atômica (AFM). Visando aperfeiçoar a técnica LTM-BSizer, foi desenvolvido um novo procedimento (NP) automático de processamento/análise de imagens de bolhas. O NP consistiu em um algoritmo contendo as etapas de conversão das imagens coloridas para tons de cinza, limiarização, preenchimento dos “buracos” das bolhas e análise. Imagens de microbolhas geradas por uma bomba centrífuga multiestágio foram utilizadas para comparar os resultados obtidos pelo NP com os obtidos pelo antigo procedimento (AP) da técnica. Diferenças menores que 20 % foram observadas nos resultados obtidos pelos dois procedimentos para o diâmetro médio aritmético, desvio-padrão e diâmetro médio de Sauter das bolhas. O processamento/análise com o NP foi realizado em um tempo inferior (> 30 %) ao requerido pelo AP, mostrando ainda a vantagem de detectar confiavelmente bolhas circulares não-agrupadas nas imagens. Estudos experimentais de FAD de micropartículas de quartzo (diâmetro médio volumétrico de 13,2 ± 0,3 μm) foram realizados utilizando dois sistemas distintos de flotação. As amostras de quartzo foram tratadas com uma amina comercial (agente coletor) e as bolhas foram caracterizadas pela técnica LTM-BSizer. A DTB obtida para as bolhas geradas em uma pressão de saturação de 294 kPa mostrou que 94 % (em número) das mesmas possui db menor que 100 μm, apresentando diâmetros médios de Sauter e aritmético de 79 ± 5 m e 56 ± 3 μm, respectivamente. Valores de recuperação mássica total de quartzo entre 6,4 ± 5,8 % e 53,3 ± 5,9 % foram obtidos na FAD em distintas concentrações de coletor (até 2 mg g-1), sendo a concentração ótima do mesmo determinada em 1 mg g-1. A recuperação de quartzo por flotação real em função de dp mostrou um mínimo local situado em aproximadamente 3-5 μm, contribuindo para a discussão na literatura sobre a existência do mesmo, interpretado como uma mudança no mecanismo de captura bolha-partícula (convecção-difusão). Estudos de FAD com partículas esféricas de sílica (dp = 1 μm) foram ainda realizados utilizando uma célula de flotação contendo uma válvula de três vias, necessária para obtenção de uma coluna d’água acima da suspensão das partículas, minimizando o arraste das mesmas. As partículas foram amplamente caracterizadas (distribuição de tamanho, potencial zeta, rugosidade superficial, umidade e superfície específica), sendo uma fração hidrofobizada com trimetilclorosilano (TMCS) em ciclohexano. As técnicas de flotação em filme e ascensão capilar demonstraram uma maior hidrofobicidade das partículas metiladas com relação às partículas de sílica não-tratadas com TMCS (amostra original). Os resultados de FAD mostraram não haver diferença significativa entre as recuperações mássicas obtidas para as partículas de sílica original e metilada, sendo observado um aumento linear na recuperação (0,1 ± 0,5 % a 27,0 ± 1,2 %) com um aumento do volume de água saturada utilizado (10 a 40 cm3, respectivamente). Ainda, resultados obtidos utilizando um volume de água saturada de 10 cm3 mostraram que a pressão de saturação possui efeito significativo na FAD das partículas esféricas de 1 m (dp). Valores de recuperação medidos experimentalmente mostraram-se relativamente próximos aos correspondentes valores previstos por um modelo teórico da captura bolha-partícula (flotação real). Com a finalidade de investigar diretamente a interação bolha-partícula na flotação, medidas de força-versus-distância entre uma bolha de ar e uma partícula esférica (hidrofílica ou hidrofóbica) em água foram realizadas pela técnica da sonda coloidal. Um microscópio de força atômica comercial foi empregado utilizando-se uma célula de fluido padrão sem anel O-Ring, permitindo contato da água com o ar. Esferas de sílica (dp entre 5 μm e 27 μm), fixas na extremidade de cantilevers em forma de V, foram utilizadas como sondas coloidais hidrofílicas (limpeza a plasma) e hidrofóbicas (exposição a TMCS). Os resultados mostraram claramente que, sob condições extremas de limpeza, somente uma força monotonicamente repulsiva entre a bolha e a partícula hidrofílica (durante a aproximação e afastamento) foi observada. Os dados obtidos com uma sonda hidrofílica de sílica de 5,6 ± 0,2 μm (dp) mostraram-se em boa conformidade com modelos teóricos (aproximação da superposição não-linear e Hogg-Healy-Fuerstenau) para a interação bolha-partícula hidrofílica, colaborando para elucidar dados experimentais controversos na literatura referentes à correspondente força de interação. As curvas de força obtidas entre uma bolha e uma partícula hidrofóbica apresentaram tipicamente um pulo-para-contato durante a aproximação bolha/partícula e uma força de rompimento no afastamento das mesmas, confirmando a existência de uma força atrativa na interação. Valores de 107 ± 18 nm e -1,5 ± 0,2 μN foram obtidos (com uma sonda de 27 ± 1 μm) para a distância de pulo-para-contato e força de rompimento, respectivamente. A alta reprodutibilidade da técnica da sonda coloidal na medida das curvas de força bolha-partícula (hidrofílica e hidrofóbica) foi demonstrada. / The present work describes a theoretical/experimental study on the dissolved air flotation (DAF) of microparticles (diameter dp < 100 μm), including characterisation of microbubbles (db < 100 μm) by the LTM-BSizer technique of bubble size distribution (BSD) determination and direct measurements of bubble-particle interaction force via atomic force microscopy (AFM). In order to improve the LTM-BSizer technique, an automatic new procedure (NP) of processing/analysis of bubble images was developed. The NP consisted of an algorithm having the steps of image conversion from color to grayscale, thresholding, filling of bubble “holes” and analysis. Images of microbubbles produced by a multistage centrifugal pump were utilised to compare the results obtained via the NP with the corresponding data obtained by the original procedure (OP) of the technique. Differences smaller than 20 % were observed in the values obtained by both procedures for the arithmetic mean diameter, standard deviation and Sauter mean diameter of the bubbles. Processing/analysis with the NP was conducted in a lower time (> 30 %) than the one required by the OP, showing also the advantage of reliably detecting bubbles as single circles (not as clusters) on the images. Experimental studies for the DAF of quartz microparticles (volume-moment diameter of 13.2 ± 0.3 μm), using two different flotation setups, were conducted. Quartz samples were treated with a commercial amine (collector agent) and bubbles were characterised by the LTM-BSizer technique. BSD obtained for the bubbles generated at a saturation pressure of 294 kPa showed 94 % (by number) of the bubbles having db lower than 100 μm, with a Sauter and arithmetic mean diameters of 79 ± 5 μm and 56 ± 3 μm, respectively. Values of total quartz recovery ranging from 6.4 ± 5.8 % to 53.3 ± 5.9 % (by mass) were obtained for the DAF experiments under different collector concentrations (up to 2 mg g-1), with an optimal concentration found at 1 mg g-1. Quartz recovery by true flotation as a function of dp exhibited a local minimum at approximately 3-5 μm, contributing to the discussion in the literature about the existence of such minimum, interpreted as a change in particle-bubble collection mechanism (convection-diffusion). DAF studies using spherical silica particles (dp = 1 μm) were conducted with a flotation cell containing a three-way tap, aiming the formation of a water column above the particle suspension and thus minimizing particle entrainment. Particles were fully characterised (size distribution, zeta potential, surface roughness, water content and specific surface area), being a fraction hidrophobized by trimethylchlorosilane (TMCS) in cyclohexane. The film flotation and capillary rise techniques demonstrated that the methylated particles were more hydrophobic than the untreated silica particles (original sample). DAF experiments showed no significant difference between mass recovery values obtained for the original and methylated silica particles, being observed a linear increase in recovery (0.1 ± 0.5 % to 27.0 ± 1.2 %) with an increase in saturated water volume (10 to 40 cm3,respectively). Furthermore, results obtained using a saturated water volume of 10 cm3 have shown that the saturation pressure had a significant effect on the DAF of 1 μm (dp) spherical particles. Experimental recovery values were in fairly good agreement with corresponding values predicted by a theoretical model of particle-bubble capture (true flotation). Aiming to directly investigate the bubble-particle interaction in flotation, force-distance measurements between an air bubble and a spherical particle (hydrophilic or hydrophobic) in water were conducted using the colloid probe technique. A commercial atomic force microscope was employed using a standard fluid cell without O-Ring, allowing contact of water with the air. Silica spheres (dp between 5 m and 27 μm) attached to the end of V-shaped cantilevers were utilised as hydrophilic (plasma cleaning) and hydrophobic (TMCS exposure) colloid probes. Results showed clearly that, under very clean conditions, only a monotonic repulsive force (upon approach and retraction) between the bubble and the hydrophilic particle was observed. Experimental data obtained using a 5.6 ± 0.2 μm (dp) hydrophilic silica probe are in good agreement with theoretical models (non-linear superposition approximation and Hogg-Healy-Fuerstenau) for the hydrophilic particle-bubble interaction, contributing to elucidate controversial experimental data reported in the literature on such interaction force. Force-curves obtained between a bubble and a hydrophobic particle typically showed a jump-into-contact upon bubble-particle approach and a detachment force on separation, corroborating the existence of an attractive force in the interaction. Values of 107 ± 18 nm and -1.5 ± 0.2 μN were obtained (using a 27 ± 1 μm probe) for the jump-into-contact distance and detachment force, respectively. The high reproducibility of the colloid probe technique for measuring bubble-particle (hydrophilic and hydrophobic) force curves was demonstrated.

Submitted by Gisele Mara Hadlich (gisele@ufba.br) on 2018-04-23T14:44:41Z No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_Saionara.pdf: 3553632 bytes, checksum: a4df928e4beb439d63d57c5bb6fcdbc3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T14:44:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO_Saionara.pdf: 3553632 bytes, checksum: a4df928e4beb439d63d57c5bb6fcdbc3 (MD5) / A importância de estudar e desenvolver pesquisas na área de remediação de solos contaminados por petróleo está associada ao crescente número de descobertas de casos de vazamentos e acidentes desde a sua exploração até seu armazenamento e destribuição. Os hidrocarbonetos podem penetrar no solo, contaminando os lençóis freáticos, o que torna a água cada vez mais escassa e imprópria para o consumo humano. O extrato vegetal estimula a quebra das grandes cadeias carbônicas presentes no petróleo, viabilizando o processo de recuperação da área afetada. O monitoramento das espécies químicas presentes no solo contaminado é feito de acordo com a norma específica do CONAMA nº 420, que dispõe sobre critérios e valores orientadores da qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas e estabelece diretrizes para o gerenciamento ambiental das áreas em decorrência de atividades antrópicas. Para tanto, foi feito um estudo de anterioridade sobre a técnica empregada para sopesar sua utilização e eficácia. Ademais, foi verificada e avaliada a aplicação do extrato vegetal de uma espécie da família Araceae e a presença geoquímica dos contaminantes no sedimento. A caracterização do solo e do extrato vegetal foi realizada por meio de técnicas analíticas tradicionais, como Espectrofluorimetria de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Espectrofluorimetria de Fluorescência de Raio-X, Espectrofotômetro de Absorção Molecular na Região do UV-Vis e Fluorescência Induzida por LED (FIL). Em seguida, foram aplicados tratamentos estatísticos de Análise Covariante (Quimiometria) ou Análise Multivariada como a Análise das Componentes Principais (PCA). Foi realizado ensaios de Cromatografia Gasosa (CG) para determinar a quantidade de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) e hidrocarbonetos totais de petróleo (HTPs), antes e após a remediação, no qual observou-se que o solo remediado apresentou uma remoção de 89,88% de HPA e 87,60% de HTP. Com os resultados obtidos, foi possível avaliar o quão eficiente foi o método proposto para remediar o solo contaminado.

Foram estudados processos integrados para o tratamento e reciclagem de água de um lava rápido comercial (LRC) e de efluentes de um posto de manutenção de locomotivas (PML), em nível de bancada e piloto. Os processos envolvidos foram a floculação-flotação em coluna, seguida de filtração em areia (FFC-A) e polimento com hipoclorito de sódio e adsorção em carvão ativado. A caracterização dos efluentes do LRC, com amostras coletadas afluentes de um separador (caixa) água-óleo – SAO, analisou concentrações médias de surfactantes de 20 mg.L-1 (dez vezes superiores ao limite de emissão local – 2 mg.L-1), baixas tensões superficiais (33 mN.m-1), cargas orgânicas moderadas (DQO = 239 mg.L-1 e DBO = 104 mg.L-1) e concentrações de coliformes totais de 2,4E+06 N.M.P.100mL-1 e de E. coli de 5,2E+02 N.M.P.100mL-1. O estudo de reciclagem de água no LRC foi dividido em duas campanhas. Na Campanha 1, com o processo FFC-A, a água de reúso apresentou uma alta clarificação (turbidez = 8 NTU). Entretanto, os resultados mostraram uma tendência de aumento tanto da concentração da DBO como da condutividade do efluente em função dos ciclos de água. Foi verificada ainda, uma alta concentração de coliformes totais e de E. coli no efluente, que foram causadores, entre outros fatores, de maus odores na pista de lavagem. Na Campanha 2, com a inclusão de uma cloração final (hipoclorito de sódio) ao tratamento proposto (FFC-AC), os coliformes totais e E. coli foram reduzidos em 92 e 96%, respectivamente, e além da elevada clarificação na água de reúso (turbidez média de 10 NTU), os odores não foram perceptíveis. Ao longo de todo o estudo no LRC, um percentual de reciclagem de água próximo a 70% foi alcançado, com mais de 2800 carros lavados usando um volume médio de 130 L por veículo. As principais vantagens do sistema incluíram a redução de emissão de efluentes na rede de drenagem pluvial e do consumo de água potável, utilizada apenas no enxágue final dos veículos como água de makeup. O risco microbiológico do efluente e da água de reúso do LRC foi estimado com a utilização de um modelo do tipo beta-Poisson e o micro-organismo E. coli como agente etiológico. Os resultados mostraram que, em um cenário de exposição dos usuários (clientes) do LRC, o risco foi sempre baixo. Entretanto, esse risco foi relativamente alto (1,0E-01, no caso do efluente e 3,7E-03, para a água de reúso) para os operadores. Um limite de 200 N.M.P.100 mL-1 de E. coli na água de reúso foi proposto para que o risco aos operadores seja aceitável (10-3) e uma dosagem de hipoclorito de sódio em concentrações entre 15 e 20 mgCl2.L-1 (obtida em estudos de bancada) foi sugerida para atingir este nível de desinfecção. A partir deste aprimoramento da dosagem de cloro e testes de jarros em laboratório com diferentes reagentes (polímero base tanino – PBT e cloreto de polialuminio – PAC), foi aplicado um balanço de massa para estimar as concentrações de parâmetros de qualidade na água de reúso com o aumento do número de ciclos de água. Os resultados indicaram que, para 70% de reciclagem de água, as concentrações de SDT e de íons cloreto estabilizaram a partir do 40° ciclo para os dois reagentes avaliados e foram menores que os valores limites de referência da literatura (SDT = 1000 mg.L-1 e íons cloreto = 400 mg.L-1), sugerindo um baixo potencial corrosivo desta água tratada. Uma pré-avaliação econômica operacional do sistema de reciclagem de água mostrou que o payback do equipamento FFC-A poderia ocorrer em um tempo próximo de 62 meses. Com relação aos estudos realizados no PML, foram observadas as seguintes características do efluente: pH alcalino, baixa biodegradabilidade, elevada carga orgânica (DQO = 1608 mg.L-1 e DBO = 525 mg.L-1) e de surfactantes (17 mg.L-1) e a presença de micro-organismos fecais (E. coli = 2,4E+05 NMP.100mL-1). O efluente não atendeu aos padrões de emissão local dos parâmetros pH, DBO, DQO, SST, óleos e graxas, surfactantes, sulfetos e fósforo, o que mostra um alto potencial poluidor aos corpos receptores. O tratamento proposto em nível piloto, com etapas de equalização, coagulação e processo FFC-A, foi altamente eficiente na remoção/redução dos parâmetros: turbidez (97%), SST (91%), DQO (76%), DBO (70%), fósforo (80%), nitrogênio (57%), sulfeto (76%) e óleos e graxas (51%). Com exceção a DQO, DBO e surfactantes, os demais parâmetros de qualidade monitorados foram enquadrados nos limites de emissão, sendo que um polimento com carvão ativado (3 kg.m-3, pH 7 e tr = 30 min), em nível de bancada, possibilitaria o enquadramento de todos os parâmetros analisados do efluente final aos limites de emissão locais (Resolução Consema n.° 128/2006). Os estudos de cloração com hipoclorito de sódio em laboratório indicaram uma dosagem de cloro muito elevada (200 mg.L-1) para assegurar uma desinfecção efetiva do efluente tratado no PML. Acredita-se que o presente trabalho contribuiu para o embasamento técnico de processos e para a definição de parâmetros específicos de qualidade de água de reúso na lavagem de veículos, contribuindo para a elaboração de leis com parâmetros de controle de qualidade e propiciando informação técnica aos setores acadêmicos e produtivos. / This work presents studies integrating processes for the wastewater treatment and water reuse in a commercial car wash (CCW) and locomotives maintenance station (LMC), at bench and pilot scales. The processes consisted of a flocculation column-flotation, followed by sand filtration (FCF-S) and polishing with sodium hypochlorite and/or adsorption on activated carbon. The characterization of the wastewater of the CCW, with samples collected after an oil-water separator device (API) showed mean concentrations values of surfactants of about 20 mg.L-1 (ten times higher than the local emission limit – 2 mg.L-1), low surface tension (33 mN.m-1), moderate organic load (DQO = 239 mg.L-1 e DBO = 104 mg.L-1) and high concentrations of total coliforms (2,4E+06 N.M.P.100mL-1) and E. coli (5,2E+02 N.M.P.100mL-1). The application of water recycling at the CCW was divided into two distinct campaigns. Campaign 1, with the FCF-S process, yielded a reclaimed water with high clarification (turbidity = 8 NTU). Yet, results showed a trend of buildup both in the concentration of BOD and conductivity of the feed wastewater as a function of water cycles. It was also observed a high concentration of total coliforms and E. coli in the wastewater, which were the cause, among other factors, of odors at the car wash pit. In Campaign 2, with the inclusion of a final chlorination (FCF-SC), the total coliforms and E. coli were reduced by 92 and 96%, respectively (2 log removal), in addition to the high clarification of the reclaimed water (average turbidity of 10 NTU), the odors were not noticeable. During the whole study at the LRC, a percentage of water recycling close to 70% was reached for more than 2700 cars washed with an average volume of 130 L per vehicle. The main advantages of the system included the reduction of both: wastewater emission in the storm water drainage network (there was no discharge during both campaigns) and consumption of fresh water, used only in the final rinse of the vehicles as makeup water. The microbiological risk of wastewater and reclaimed water of the CCW was estimated using a beta-Poisson model and the microorganism E. coli as the etiological agent. The results showed that in an exposure scenario of users (customers) of the CCW, the risk was always low. However, these risks were relatively high (10-3 in the case of the wastewater and 10-3 for the reclaimed water) for the operators. Thus, a limit of 200 CFU.100mL-1 of E. coli in the reclaimed water has been proposed so that the risk is acceptable to the operators (10-3) and a dose of sodium hypochlorite at concentrations between 15 and 20 mgCl2.L-1 (obtained in bench-studies) was suggested to reach this level of disinfection. After determining chlorine dosage and after jar-tests at laboratory with different reagents (tannin based polymer - TBP and polyaluminium chloride - PAC), it was applied a mass balance to estimate the concentrations of water quality parameters in the reclaimed water with increasing water cycles. The results indicated that, by fixing the percentage of water recycling at 70%, the TDS and chloride concentrations stabilized after 40 water cycles for the two evaluated reagents and these values were lower than literature reference limits (TDS = 1000 mg.L-1 and chloride = 400 mg.L-1), suggesting a low corrosion potential of this treated water. A preliminary economic-operational assessment of the proposed water recycling system showed that the payback of the FCF-S equipment could occur within a period of time close to 62 months. Regarding the studies at the LMS, the following characteristics of the wastewater were observed: alkaline pH, low biodegradability, high organic load (COD = 1608 mg.L-1 and BOD = 525 mg.L-1);17 mg.L- 1 surfactants concentration and the presence of coliform organisms (E. coli = 2,4E+05 NMP.100mL-1). Thus, the wastewater did not meet the local emission limits of the parameters pH, BOD, COD, TSS, oil and grease, surfactants, phosphorus and sulfide, which shows a high pollution potential for the receiving water bodies. The treatment conducted at pilot-scale, with stages of equalization, coagulation and FCF-S process resulted in a high efficiency for the removal/reduction of the parameters: turbidity (97%), TSS (91%), COD (76%), BOD (70 %), phosphorus (80%), nitrogen (57%), sulfide (76%) and oil and grease (51%). With the exception of COD, BOD and surfactants, other monitored parameters were below the standard emission limits, and a polishing stage with activated carbon (3 kg.m-3, pH 7 and 30 min of contact), at bench level, would allow a discharging water having those parameters meeting the local environmental standards. The breakpoint chlorination studies in laboratory indicated a very high dosage of chlorine (200 mg.L-1) to ensure effective disinfection of the treated wastewater in the LMS. This work contributed for technical advances of processes assisting the specification of the quality parameters in reclaimed water for washing vehicles; contribute for the development of legislation on quality control parameters (especially those related to microbiological risks) and provides technical information for the academic and industrial sectors.

Submitted by Stéfany Moreira (stemellra@yahoo.com.br) on 2013-02-25T18:47:05Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AtriçãoMinérioFerro.pdf: 1828689 bytes, checksum: 4b39df4eb1fd16cd896fd105c1755f72 (MD5) / Approved for entry into archive by Neide Nativa (neide@sisbin.ufop.br) on 2013-02-27T15:18:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AtriçãoMinérioFerro.pdf: 1828689 bytes, checksum: 4b39df4eb1fd16cd896fd105c1755f72 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-02-27T15:18:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AtriçãoMinérioFerro.pdf: 1828689 bytes, checksum: 4b39df4eb1fd16cd896fd105c1755f72 (MD5) Previous issue date: 2012 / A presença de lamas na flotação reversa do minério de ferro é reconhecidamente prejudicial sob vários aspectos. Tradicionalmente, a deslamagem cumpre o papel de remover parte dessa lama. No entanto, dependendo da porosidade e a forma como ela se apresenta em relação aos minerais e a ganga, a deslamagem pode não ser suficiente para maximizar os resultados da concentração. A retirada das lamas pode ser mais eficiente adotando-se o processo de atrição seguida de deslamagem em meio disperso, no caso dessas lamas estarem aderidas as cavidades dos minerais ou adsorvidas em sua superfície. O atrito entre grãos maiores e mais duros uns contra os outros visando a limpeza superficial pode ser tanto melhor quanto for o ajuste de suas variáveis do processo. A atrição está inserida em fluxogramas de beneficiamento de fosfato e areia industrial. Existem pesquisas quanto sua aplicação para o pré-concentrado de zircão e minério de ferro. Porém, pouco se conhece sobre a influência das variáveis desse processo para o minério de ferro. Esse trabalho teve como objetivo investigar as possibilidades de aumento da recuperação metalúrgica e seletividade na flotação reversa do minério de ferro hematítico, beneficiado na instalação de tratamento de minério de Vargem Grande com a adoção da etapa de atrição da polpa de alimentação, seguida de deslamagem em meio disperso. Utilizou-se o planejamento e análise fatorial para identificação das variáveis significativas da atrição na recuperação metalúrgica e índice de seletividade na flotação reversa do minério de ferro, proveniente das Minas do Tamanduá e Capitão do Mato, Quadrilátero Ferrífero. A partir da realização de testes em escala de bancada, concluiu-se que a velocidade de rotação do impelidor da célula de atrição é o principal efeito da atrição com relação à recuperação metalúrgica na flotação, independente do percentual de sólidos na polpa e do tempo de atrição. As lamas obtidas após a atrição no processo de deslamagem eram compostas essencialmente por hematitas e o concentrado da flotação apresentou baixa porosidade. ____________________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The presence of sludge in iron ore reverse flotation is known to be harmful in many ways. Traditionally, desliming fulfills the role of removing some of this sludge. However, depending on the porosity and how it is presented on minerals and gangue, desliming may not be sufficient to maximize the concentration results. The sludge can be removed more efficiently by adopting the scrubbing then dispersed through the desliming. The friction between larger and harder grains in each other in order to clean surface can be better as for the adjustment of their process variables. The scrubbing is embedded in flowcharts beneficiation of phosphate and silica sand. There is research and its application to pre-concentrate of zircon and iron ore. However, little is known about the influence of the iron ore process variables. This study aimed to investigate the possibilities of increasing the metallurgical recovery and selectivity in reverse flotation of hematite iron ore received at the Instalação de Tratamento de Vargem Grande by adopting the scrubbing of the pulp supply, then in the midst of desliming dispersed. The experimental planning was used for identification of significant variables of attrition in the metallurgical recovery and selectivity index in reverse flotation of iron ore from the Mina Capitão do Mato e Tamanduá, both in Quadrilátero Ferrífero. The testing bench scale, it was concluded that the rotational speed of the impeller scrubbing cell is the major effect of metallurgical recovery at flotation, regardless of the percentage of solids in the pulp and the time scrubbing. The sludge obtained in desliming after the scrubbing were essentially composed of hematite and the flotation concentrate showed low porosity.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-03-13T13:17:18Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1871570 bytes, checksum: 7a284cf03348bc6a4c206dfdd30907c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T13:17:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1871570 bytes, checksum: 7a284cf03348bc6a4c206dfdd30907c6 (MD5) Previous issue date: 2013-08-16 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A flotação é responsável por uma significativa parcela na economia do Brasil. Todas as instalações brasileiras que usam a flotação de minério de ferro utilizam o amido como depressor. Há vários outros polímeros sintéticos e naturais que estão sendo estudados e empregados com sucesso na flotação de outros bens minerais. O objetivo deste trabalho é estudar a possibilidade de concentração do minério de ferro de uma mina situada em Minas Gerais, considerada de baixo teor de ferro utilizando um biopolímero do bagaço de cana (XMC) como alternativa de depressor do ferro em substituição do amido. O amido está na cadeia alimentar humana e de animais e é utilizado industrialmente para muitos outros fins há milênios, sendo extraído comercialmente de várias fontes: milho; mandioca; trigo, batata e arroz, entre as mais comuns. O foco deste trabalho foi voltado para a substituição do amido no processo de flotação catiônica reversa do minério de ferro itabirítico. A flotação catiônica reversa é definida como uma tecnologia mineral para designar o processo de separação de um dos constituintes do minério dos restantes, fazendo com que o constituinte indesejado flutue acima da superfície da polpa, que é formada pela ganga (minerais indesejados) e água. Assim, para este trabalho, foi realizada revisão da literatura sobre minério de ferro, flotação e os reagentes utilizados para a indústria mineral e foi avaliado um depressor alternativo, classificado como XMC. Testes de flotação em bancada indicaram que o pH 10,5 foi o que apresentou melhor performance e que a XMC foi mais seletiva que o amido. Obteve-se resultados semelhantes quando se utilizou a dosagem de 1500g/t havendo uma redução de consumo de amina para a flotação, esta redução é na faixa de 70%. Assim, a substituição do amido pela XMC se torna uma alternativa atraente, pois além de apresentar maior grau de sustentabilidade e redução do uso de aminas, irá retirar o amido do processo industrial; preservando-o para a cadeia alimentar humana e animal. / Flotation is responsible for a significant portion of the economy of Brazil. All Brazilian facilities that use flotation of iron ore using starch as the depressor. There are several other synthetic and natural polymers that have been studied and successfully employed in the flotation of other minerals. The objective of this work is to study the possibility of concentrating iron ore from a mine located in Minas Gerais, considered low iron content using a biopolymer from sugar cane bagasse (XMC) as an alternative depressant iron instead of starch. Starch is the food chain and animal and is used industrially for many other purposes for millennia, being extracted commercially from several sources: corn, cassava, wheat, potatoes and rice, among the most common. The focus of this work was focused on the replacement of starch in the process of reverse cationic flotation iron ore itabiritic. The reverse cationic flotation technology is defined as a mineral separation process designate one of the remaining constituents of the ore, causing unwanted constituent float above the surface of the pulp, which is formed by gangue (unwanted minerals) and water. Thus, for this work, we reviewed the literature on iron ore, flotation and reagents used for the mining industry and a depressant alternative was evaluated, classified as XMC. Bench scale flotation tests indicated that the pH 10.5 showed the best performance and that the XMC was more selective than starch. Similar results were obtained when using the dosing 1500g / t with a reduction in the consumption of amine flotation, the reduction is in the range of 70%. Thus, the replacement of starch by XMC becomes an attractive alternative, as well as the higher degree of sustainability and reducing the use of amines, will remove the starch manufacturing process, preserving it for the food and feed chain.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-03-26T13:41:41Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1259888 bytes, checksum: 94d875a9f465487e9f9cdaa36746214b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-26T13:41:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1259888 bytes, checksum: 94d875a9f465487e9f9cdaa36746214b (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A indústria de leite e derivados é um dos setores mais importantes para a economia do Brasil e de muitos países. Contudo também é um dos setores que mais gera impactos ambientais devido ao grande volume de resíduos gerados e sua elevada carga poluidora. O objetivo do trabalho foi avaliar a eficiência de um sistema de flotação por ozônio dissolvido (FAOD) como uma alternativa tecnológica à flotação por ar dissolvido (FAD) para o tratamento do efluente das indústrias lácteas (EL). No experimento foram feitos ensaios em batelada utilizando um sistema de bancada composto por um compressor de ar, uma válvula reguladora de pressão, uma câmara de saturação e uma coluna de flotação. Os ensaios para avaliação da FOAD e FAD foram feitos em meio ácido e básico para melhor compreensão do processo e dos efeitos dos fatores avaliados. Primeiramente foi feita a otimização operacional da FAD e posteriormente os testes e avaliação da FAOD com base nos resultados anteriormente obtidos. Para o estudo da FAD e otimização do processo foi utilizado um planejamento experimental em duas etapas com um efluente sintético: Na primeira etapa foi utilizado um delineamento fatorial fracionado (FF), onde foram avaliados os fatores pressão de saturação (4-10 bar), a razão de recirculação (20-100%), o pH (3-12), doses do coagulante sulfato ferroso (0- 1000 mg L -1 ) e do polímero orgânico catiônico TanFloc (0-50 mg L -1 ); na segunda etapa foi feito um delineamento composto central (DCC) para a otimização do processo e determinação do melhor tratamento. Para as inferências foram utilizados o gráfico de Pareto, os modelos gerados e respectivos parâmetros estatísticos, superfícies de resposta e a função otimização de resposta. Como resultados observou-se que os fatores que afetaram significativamente (p ≤ 0,1) o processo de flotação foram a pressão de saturação, o pH e a dose de coagulante. O tratamento ótimo da FAD, determinado na segunda etapa, foi obtido em meio ácido utilizando-se pressão de saturação igual a 10 bar, razão de recirculação igual a 20%, pH do meio igual a 4 e concentração de sulfato ferroso igual a 250,0 mg L -1 com uma eficiência máxima de remoção da turbidez igual a 98%. Com o tratamento ótimo obtido foram feitos os ensaios para avaliação da FAOD em comparação ao sistema FAD. Na primeira parte do estudo foi utilizado um efluente de laticínios sintético (ELS) para a avaliação da FAOD e FAD, com e sem a adição de peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), em pH 4 e pH 11,4. Nos ensaios da FAOD foi utilizado concentração de ozônio (O 3 ) na corrente gasosa igual 19 (± 0,5) mg L -1 e nos ensaios com adição de peróxido de hidrogênio foram testadas as razões H 2 O 2 /O 3 (m/m) no meio líquido iguais a 0,5, 1 e 1,5. Foram utilizados como parâmetros de avaliação nesta primeira parte a eficiência de remoção de turbidez, demanda química de oxigênio (DQO), cor e carbono orgânico total (COT). Na segunda parte do estudo foram feitos testes utilizando-se efluentes de três laticínios com o intuito de validar os resultados obtidos e para a determinação da capacidade do sistema FAOD em tratar esse tipo de efluente, onde foram avaliados a eficiência de remoção de turbidez, sólidos suspensos totais (SST), óleos e graxas (O&G), DQO, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio total (N T ) e fósforo total (P T ), e para análise do efeito dos tratamentos foi utilizado teste Tukey para um nível de significância de 5%. Observou-se ao final do experimento que a eficiência dos tratamentos foi melhor em pH 4. De acordo com os resultados houve redução da eficiência do tratamento com a utilização da flotação por ozônio dissolvido. A adição do peróxido de hidrogênio na FAD e FAOD também resultou em redução da eficiência do sistema. Os resultados obtidos com o efluente sintético somente se aproximaram dos obtidos com a amostra de EL de uma das indústrias que continha maiores traços de leite e queijo. / The milk and dairy industry is one of the most important sectors for the economy of Brazil and many countries. However, it is also one of the sectors that most generates environmental impacts due to the large volume of waste generated and its high polluting load. This study aimed to evaluate the efficiency of a dissolved ozone flotation system (DOF) as a technological alternative to dissolved air flotation (DAF) for the treatment of wastewater from the dairy industries (DW). In the experiment batch tests were performed using a bench system consisting of an air compressor, a pressure regulating valve, a saturation chamber and a flotation column. The tests to evaluate DOF and DAF systems were done in acidic and basic media to better understand the process and the effects of the evaluated factors. Firstly, the operational optimization of the DAF was carried out and the DOF tests and evaluation were carried out based on the previous results. For the DAF study and process optimization, a two-stage experimental design with a synthetic dairy effluent (SDW) was used: In the first step, a fractional factorial design (FF) was used, in which saturation pressure factors (4-10 bar) were evaluated, (20-100%), pH (3-12), coagulant ferrous sulphate (0-1000 mg L -1 ) and cationic organic polymer TanFloc (0-50 mg L -1 ); In the second stage a central composite design (CCD) was done for the optimization of the process and determination of the best treatment. For the inferences we used the Pareto graph, the generated models and respective statistical parameters, response surfaces and the response optimization function. It was observed that the factors that significantly affected (p ≤ 0.1) the flotation process were saturation pressure, pH and coagulant dose. The optimum treatment of the FAD determined in the second step was obtained in acid medium using saturation pressure equal to 10 bar, recirculation ratio equal to 20%, medium pH of 4 and ferrous sulfate concentration equal to 250.0 mg L -1 with a maximum turbidity removal efficiency of 98%. With the optimum treatment obtained the tests were done to evaluate the DOF compared to the DAF system. In the first part of the study the SDW was used to evaluate DOF and DAF, with and without the addition of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), at pH 4 and pH 11.4. In the FAOD tests, the concentration of ozone in the gas stream was equal to 19 (± 0.5) mg L -1 and in the tests with addition of hydrogen peroxide, the H 2 O 2 /O 3 (m/m) 0.5, 1 and 1.5. The efficiency of removal of turbidity, chemical oxygen demand (COD), color and total organic carbon (TOC) were used as evaluation parameters in this first part. In the second part of the study, tests were performed using three dairy wastewater to validate the results obtained and to determine the DOF system's ability to treat this type of effluent, where turbidity removal, total suspended solids (TSS), oils and greases (O&G), COD, biochemical oxygen demand (BOD), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP), and Tukey test was used for a 5% significance level for the effect of treatments. It was observed at the end of the experiment that the efficiency of the treatments was better at pH 4. The results showed a reduction of the efficiency with the use of flotation by dissolved ozone. The addition of hydrogen peroxide in DAF and DOF also resulted in reduced system efficiency. The results obtained with the synthetic effluent only approximated those obtained with the DW sample from one of the industries that contained the largest traces of milk and cheese. / http://lattes.cnpq.br/1355825581291562

O presente trabalho analisou a sorção (absorção e adsorção) de íons metálicos (principalmente Cu, Zn, Ni) e poluentes orgânicos por subprodutos do beneficiamento do carvão (SBC) do Rio Grande do Sul e sua separação da solução por flotação por ar dissolvido (FAD). Esse conjunto de técnicas, denominado flotação de partículas sorventes (FPS), foi estudado em escala de bancada e piloto como alternativa para a remoção-separação desses metais pesados dissolvidos em soluções sintéticas diluídas e efluentes industriais. O sólido sorvente utilizado foi devidamente selecionado entre os diversos produtos existentes (rejeitos de jigagem de várias camadas) e caracterizado desde o ponto de vista químico, morfológico, mineralógico, petrográfico e interfacial (sólido/líquido). A sorção foi estudada em função do pH do meio, granulometria, curvas de acumulação e parâmetros cinéticos. O mecanismo de sorção dos íons metálicos foi estudado em detalhe através de isotermas de sorção, microscopia eletrônica de varredura, força atômica e potencial zeta. A complexação interfacial entre as espécies hidrolisadas Me(OH)+ e a superfície negativamente carregada dos silicatos (principalmente caulinita) e vitrinita mostrou ser o principal mecanismo envolvido. A sorção dos íons Cu, Zn e Ni em função do pH e da formação das espécies hidrolisadas ocorre em valores de pH superiores a 5 para Cu e Zn e acima de pH 9 para Ni. Em relação à cinética de sorção, tempos de contato em torno de 7 min foram suficientes para alcançar uma elevada eficiência de remoção de íons metálicos. Isotermas de sorção apresentaram valores de saturação da ordem de 70 mg.g-1 para soluções contendo Cu, Zn e Ni simultaneamente e pH 9,5; 16 mg.g-1 para soluções contendo somente Cr-+3; 650 mg.g-1 para óleos e 46 mg.g-1 para corantes (azul de metileno). Estudos microscópicos permitiram caracterizar a estruturas das diferentes espécies que compõem o sólido e as variações na superfície do SBC antes e após sorção. Foram realizados estudos de otimização do sistema FAD considerando fatores físicoquímicos e operacionais. Foi descoberta uma forma de geração de microbolhas em baixas pressões de saturação (< 3 atm.) pela redução da tensão superficial da água no saturador. A redução da tensão superficial do líquido diminui a fricção no constritor de fluxo permitindo a cavitação a baixas pressões. Essa técnica diminui o consumo energético do processo de saturação, um dos maiores custos operacionais da FAD. A zona de separação da célula de flotação foi modificada introduzindo um segundo difusor de ar tipo “cogumelo”. Esse artifício possibilitou a captura de agregados de partículas que normalmente sedimentam em função do peso ou de unidades bolha-partícula que se rompem. O processo FPS-FAD (piloto) foi aplicado à remoção de íons Cu, Zn, Ni e Cr+3 em soluções sintéticas diluídas e efluentes de galvanoplastia. Valores superiores a 90% foram obtidos com soluções sintéticas. Por outro lado, o nível de remoção observado nos ensaios de sorção em efluentes sintéticos não foi atingido na operação do sistema com efluente industrial. Nesse caso, a presença de metais complexos, óleos e colóides diminuiu a eficiência do processo FPS-FAD. Conclui-se que a alternativa tecnológica estudada demonstrou eficiência no tratamento de efluentes líquidos contendo baixas concentrações de poluentes (melhor, na ausência de complexos e quelatos). A alta área superficial do SBC ICA, capacidade de sorção de poluentes (metais pesados, óleos e corantes), o baixo custo envolvido (basicamente moagem e transporte) sua abundância (6000 t/mês) conferem ao sólido um grande potencial de aplicação e vantagens econômicas. Por último, as modificações no “design” da unidade FAD deverão produzir significativos benefícios operacionais e no custo global do processo pré-avaliado em 0,69 US$/m3 para uma unidade com geração diária de 100 m3 de efluente. / The present work studied the removal of heavy metal ions (mainly Cu, Zn and Ni) organic compounds by sorption (absorption and adsorption) onto a coal beneficiation tailing from the coal industry of Rio Grande do Sul and its separation by dissolved air flotation (DAF). This technique, named adsorptive particulate flotation (APF), was studied in laboratorial and pilot scale as an alternative for pollutants removal and separation from synthetic solutions and industrial wastewaters. The sorbent material used in this work was selected from different byproducts (jigging refuses) and its morphological, mineralogical, chemical, physical and interfacial (solid/liquid) characteristics were studied in detail. Sorption studies were carried out as function of pH, particle size, isotherm curves and kinetics. Mechanisms involved in sorption were investigated through sorption isotherms, zeta potential, scanning electron and atomic force microscopy. The most important sorption mechanism is considered to be the interfacial complexation between the hydrolyzed species Me(OH)+ and the negatively charged silicates and vitrinite surfaces. The sorption of Cu, Zn and Ni as a function of pH and hydrolyzed species formation was found to occur at pH values higher than 5 for Cu and Zn, while Ni sorption was found to occur at pH values higher than 9. Concerning kinetics, residence time of 7 min allowed the process to achieve high ions removal efficiency. Sorption isotherms showed saturation values of the order of 70 mg.g-1for heavy metal ions (Cu, Zn and Ni at pH=9.5), 16 mg.g-1 Cr-3, 650 mg.g-1 for oils and 46 mg.g-1 for dyes (methylene blue). Microscopic techniques were used to study the different SBC ICA compounds mineralogical structures and the surface variations before and after sorption. The dissolved air flotation process was improved considering physical, chemical and operational parameters. The bubble generation system was optimized using an innovative procedure of decreasing the liquid interfacial tension in the saturation vessel. This technique allows the DAF system to operate with low saturation pressures (<3atm), which decreases de energy operational costs. Further, studies were conducted changing the flotation cell design. A “mushroom” type diffuser was installed in the separation zone and better performance was obtained. This modification enhances the collection of fragile coagula by bubbles, avoiding aggregate rupture and settling. The APF process was applied for the removal of Cu, Zn, Ni and Cr+3 ions from synthetic and industrial wastewaters. In general, the removal efficiency achieved in batch sorption experiments with synthetic solutions was also found in the pilot operation with industrial effluents. However, it was observed that heavy metal complexes and oils interfere in the sorption. It is concluded that the process alternative studied in this work demonstrated high efficiency for the removal of low concentration pollutants in wastewaters treatment. Because of the high SBC ICA surface area, the pollutants affinity and high sorption values (heavy metal ions, oils and dyes) and the solid availability (6000 t/month), these tailings present high potential as sorbing material at a low cost. Finally, the modifications in the DAF cell design lead the process to operational advantages and cost reduction. The global cost was pre-evaluated in 0.69 US$/m3 for a wastewater plant with an effluent generation of 100 m3/day.

O presente trabalho descreve um estudo teórico-experimental da flotação por ar dissolvido (FAD) de micropartículas (diâmetro dp < 100 μm), incluindo caracterização de microbolhas (db < 100 μm) pela técnica LTM-BSizer de determinação da distribuição de tamanho de bolhas (DTB) e medidas diretas da força de interação bolha-partícula via microscopia de força atômica (AFM). Visando aperfeiçoar a técnica LTM-BSizer, foi desenvolvido um novo procedimento (NP) automático de processamento/análise de imagens de bolhas. O NP consistiu em um algoritmo contendo as etapas de conversão das imagens coloridas para tons de cinza, limiarização, preenchimento dos “buracos” das bolhas e análise. Imagens de microbolhas geradas por uma bomba centrífuga multiestágio foram utilizadas para comparar os resultados obtidos pelo NP com os obtidos pelo antigo procedimento (AP) da técnica. Diferenças menores que 20 % foram observadas nos resultados obtidos pelos dois procedimentos para o diâmetro médio aritmético, desvio-padrão e diâmetro médio de Sauter das bolhas. O processamento/análise com o NP foi realizado em um tempo inferior (> 30 %) ao requerido pelo AP, mostrando ainda a vantagem de detectar confiavelmente bolhas circulares não-agrupadas nas imagens. Estudos experimentais de FAD de micropartículas de quartzo (diâmetro médio volumétrico de 13,2 ± 0,3 μm) foram realizados utilizando dois sistemas distintos de flotação. As amostras de quartzo foram tratadas com uma amina comercial (agente coletor) e as bolhas foram caracterizadas pela técnica LTM-BSizer. A DTB obtida para as bolhas geradas em uma pressão de saturação de 294 kPa mostrou que 94 % (em número) das mesmas possui db menor que 100 μm, apresentando diâmetros médios de Sauter e aritmético de 79 ± 5 m e 56 ± 3 μm, respectivamente. Valores de recuperação mássica total de quartzo entre 6,4 ± 5,8 % e 53,3 ± 5,9 % foram obtidos na FAD em distintas concentrações de coletor (até 2 mg g-1), sendo a concentração ótima do mesmo determinada em 1 mg g-1. A recuperação de quartzo por flotação real em função de dp mostrou um mínimo local situado em aproximadamente 3-5 μm, contribuindo para a discussão na literatura sobre a existência do mesmo, interpretado como uma mudança no mecanismo de captura bolha-partícula (convecção-difusão). Estudos de FAD com partículas esféricas de sílica (dp = 1 μm) foram ainda realizados utilizando uma célula de flotação contendo uma válvula de três vias, necessária para obtenção de uma coluna d’água acima da suspensão das partículas, minimizando o arraste das mesmas. As partículas foram amplamente caracterizadas (distribuição de tamanho, potencial zeta, rugosidade superficial, umidade e superfície específica), sendo uma fração hidrofobizada com trimetilclorosilano (TMCS) em ciclohexano. As técnicas de flotação em filme e ascensão capilar demonstraram uma maior hidrofobicidade das partículas metiladas com relação às partículas de sílica não-tratadas com TMCS (amostra original). Os resultados de FAD mostraram não haver diferença significativa entre as recuperações mássicas obtidas para as partículas de sílica original e metilada, sendo observado um aumento linear na recuperação (0,1 ± 0,5 % a 27,0 ± 1,2 %) com um aumento do volume de água saturada utilizado (10 a 40 cm3, respectivamente). Ainda, resultados obtidos utilizando um volume de água saturada de 10 cm3 mostraram que a pressão de saturação possui efeito significativo na FAD das partículas esféricas de 1 m (dp). Valores de recuperação medidos experimentalmente mostraram-se relativamente próximos aos correspondentes valores previstos por um modelo teórico da captura bolha-partícula (flotação real). Com a finalidade de investigar diretamente a interação bolha-partícula na flotação, medidas de força-versus-distância entre uma bolha de ar e uma partícula esférica (hidrofílica ou hidrofóbica) em água foram realizadas pela técnica da sonda coloidal. Um microscópio de força atômica comercial foi empregado utilizando-se uma célula de fluido padrão sem anel O-Ring, permitindo contato da água com o ar. Esferas de sílica (dp entre 5 μm e 27 μm), fixas na extremidade de cantilevers em forma de V, foram utilizadas como sondas coloidais hidrofílicas (limpeza a plasma) e hidrofóbicas (exposição a TMCS). Os resultados mostraram claramente que, sob condições extremas de limpeza, somente uma força monotonicamente repulsiva entre a bolha e a partícula hidrofílica (durante a aproximação e afastamento) foi observada. Os dados obtidos com uma sonda hidrofílica de sílica de 5,6 ± 0,2 μm (dp) mostraram-se em boa conformidade com modelos teóricos (aproximação da superposição não-linear e Hogg-Healy-Fuerstenau) para a interação bolha-partícula hidrofílica, colaborando para elucidar dados experimentais controversos na literatura referentes à correspondente força de interação. As curvas de força obtidas entre uma bolha e uma partícula hidrofóbica apresentaram tipicamente um pulo-para-contato durante a aproximação bolha/partícula e uma força de rompimento no afastamento das mesmas, confirmando a existência de uma força atrativa na interação. Valores de 107 ± 18 nm e -1,5 ± 0,2 μN foram obtidos (com uma sonda de 27 ± 1 μm) para a distância de pulo-para-contato e força de rompimento, respectivamente. A alta reprodutibilidade da técnica da sonda coloidal na medida das curvas de força bolha-partícula (hidrofílica e hidrofóbica) foi demonstrada. / The present work describes a theoretical/experimental study on the dissolved air flotation (DAF) of microparticles (diameter dp < 100 μm), including characterisation of microbubbles (db < 100 μm) by the LTM-BSizer technique of bubble size distribution (BSD) determination and direct measurements of bubble-particle interaction force via atomic force microscopy (AFM). In order to improve the LTM-BSizer technique, an automatic new procedure (NP) of processing/analysis of bubble images was developed. The NP consisted of an algorithm having the steps of image conversion from color to grayscale, thresholding, filling of bubble “holes” and analysis. Images of microbubbles produced by a multistage centrifugal pump were utilised to compare the results obtained via the NP with the corresponding data obtained by the original procedure (OP) of the technique. Differences smaller than 20 % were observed in the values obtained by both procedures for the arithmetic mean diameter, standard deviation and Sauter mean diameter of the bubbles. Processing/analysis with the NP was conducted in a lower time (> 30 %) than the one required by the OP, showing also the advantage of reliably detecting bubbles as single circles (not as clusters) on the images. Experimental studies for the DAF of quartz microparticles (volume-moment diameter of 13.2 ± 0.3 μm), using two different flotation setups, were conducted. Quartz samples were treated with a commercial amine (collector agent) and bubbles were characterised by the LTM-BSizer technique. BSD obtained for the bubbles generated at a saturation pressure of 294 kPa showed 94 % (by number) of the bubbles having db lower than 100 μm, with a Sauter and arithmetic mean diameters of 79 ± 5 μm and 56 ± 3 μm, respectively. Values of total quartz recovery ranging from 6.4 ± 5.8 % to 53.3 ± 5.9 % (by mass) were obtained for the DAF experiments under different collector concentrations (up to 2 mg g-1), with an optimal concentration found at 1 mg g-1. Quartz recovery by true flotation as a function of dp exhibited a local minimum at approximately 3-5 μm, contributing to the discussion in the literature about the existence of such minimum, interpreted as a change in particle-bubble collection mechanism (convection-diffusion). DAF studies using spherical silica particles (dp = 1 μm) were conducted with a flotation cell containing a three-way tap, aiming the formation of a water column above the particle suspension and thus minimizing particle entrainment. Particles were fully characterised (size distribution, zeta potential, surface roughness, water content and specific surface area), being a fraction hidrophobized by trimethylchlorosilane (TMCS) in cyclohexane. The film flotation and capillary rise techniques demonstrated that the methylated particles were more hydrophobic than the untreated silica particles (original sample). DAF experiments showed no significant difference between mass recovery values obtained for the original and methylated silica particles, being observed a linear increase in recovery (0.1 ± 0.5 % to 27.0 ± 1.2 %) with an increase in saturated water volume (10 to 40 cm3,respectively). Furthermore, results obtained using a saturated water volume of 10 cm3 have shown that the saturation pressure had a significant effect on the DAF of 1 μm (dp) spherical particles. Experimental recovery values were in fairly good agreement with corresponding values predicted by a theoretical model of particle-bubble capture (true flotation). Aiming to directly investigate the bubble-particle interaction in flotation, force-distance measurements between an air bubble and a spherical particle (hydrophilic or hydrophobic) in water were conducted using the colloid probe technique. A commercial atomic force microscope was employed using a standard fluid cell without O-Ring, allowing contact of water with the air. Silica spheres (dp between 5 m and 27 μm) attached to the end of V-shaped cantilevers were utilised as hydrophilic (plasma cleaning) and hydrophobic (TMCS exposure) colloid probes. Results showed clearly that, under very clean conditions, only a monotonic repulsive force (upon approach and retraction) between the bubble and the hydrophilic particle was observed. Experimental data obtained using a 5.6 ± 0.2 μm (dp) hydrophilic silica probe are in good agreement with theoretical models (non-linear superposition approximation and Hogg-Healy-Fuerstenau) for the hydrophilic particle-bubble interaction, contributing to elucidate controversial experimental data reported in the literature on such interaction force. Force-curves obtained between a bubble and a hydrophobic particle typically showed a jump-into-contact upon bubble-particle approach and a detachment force on separation, corroborating the existence of an attractive force in the interaction. Values of 107 ± 18 nm and -1.5 ± 0.2 μN were obtained (using a 27 ± 1 μm probe) for the jump-into-contact distance and detachment force, respectively. The high reproducibility of the colloid probe technique for measuring bubble-particle (hydrophilic and hydrophobic) force curves was demonstrated.