O objetivo desta pesquisa foi estudar a degradação,pelo processo foto-Fenton, de um poluente-modelo (um antibiótico da classe dos nitrufuranos:a nitrofurantoína), utilizando-seLEDs-UV no lugar das lâmpadas tradicionalmente utilizadas, ou seja, das lâmpadas fluorescentes negras.Foram comparadas duas câmaras de irradiação, cada uma com um tipo de fonte, em termos de: porcentagem de remoção, ecotoxicidade (Lactuca sativa), atividade antimicrobiana (Escherichia coli), custos de capital (equipamentos), de operação (consumo energético) e das fontes luminosas, além do espaço ocupado. Os experimentos de degradação foramrealizados e otimizados via planejamento experimental, utilizando-se a Metodologia de Superfície de Resposta, obtendo-se as concentrações ótimas denitrofurantoína, de íons férricoe de peróxido de nitrogênio para cada caso.As câmaras estudadas apresentaram desempenhos semelhantes na remoção de nitrofurantoína (mais de 95% em 15 min), além de não ter havido a geração de produtos ecotóxicos (Lactuca sativa) e de ter sido alcançada a inativação biológica (Escherichia coli) do fármaco.A câmara de irradiação com LEDs é compacta, custa duas vezes menos que a outra e é quatro vezes mais eficiente em termos de consumo elétrico. A única desvantagem encontrada foi o custo dos LEDs-UV. Levando-se em conta o número de LEDs e de lâmpadas fluorescentes negras nas câmaras, o custo é trinta vezes maior. No entanto, o custo adicional dos LEDs-UV em relação às lâmpadas fluorescentes negras é facilmente compensado pela economia realizada nos custos de capital (aquisição do equipamento) e de operação (consumo energético).Em suma, pelo menos no caso da degradação da nitrofurantoína pelo processo foto-Fenton, os LEDs-UV mostraram-se substitutos vantajosos das lâmpadas fluorescentes negras, tradicionalmente utilizadas. / The goal of this research was to study the degradation, by the photo-Fenton process, of a model-pollutant (an antibiotic fromthe nitrofurans group: nitrofurantoin), using UV-LEDs instead of the lamps traditionally used, i.e. black fluorescent lamps. Two irradiation chambers were compared, each one of them with a type of light source, regarding: removal percentage, ecotoxicity (Lactuca sativa), antimicrobial activity (Escherichia coli), capital costs (equipment), operating costs (energy consumption), and light sources costs, as well as the space the chambers occupy.The degradation experiments were performed and optimized by experimental design, using the Response Surface Methodology, and obtaining the optimum concentrations of nitrofurantoin, ferric ions, and hydrogen peroxide, for each of the chambers. The studied chambers showed similar performances regarding nitrofurantoin removal (more than 95% in 15 min), besides the generation of no ecotoxic products (Lactuca sativa) and the biological inactivation (Escherichia coli) of the drug. The irradiation chamber with UV-LEDs is compact,cheaper (it is half of the price of the other one), and it is four times more efficient in terms of electric consumption. The sole disadvantage found was the cost of the UV-LEDs. Taking into consideration the number of LEDs and black fluorescent lamps used in the chambers, thiscost is 30 times greater. However, the additional cost of the UV-LEDsin comparison to black fluorescent lamps is easily compensated by the savings in capital costs (equipment acquisition) and operating costs (electric consumption). In summary, at least regarding the nitrofurantoin degradation by the photo-Fenton process, the UV-LEDs proved to beworthwhile alternatives for black fluorescent lamps, which are traditionally used.

Neste trabalho, utilizou-se um Processo Oxidativo Avançado (POA) para a degradação de uma solução aquosa contendo uma mistura de metilparabeno e propilparabeno (50 μg L-1 cada). O processo estudado foi o foto-Fenton solar, em um reator do tipo CPC operado no modo batelada com reciclo total. As condições operacionais foram otimizadas por meio da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), sendo elas: 771,6 μg H2O2 L-1, 65,3 μg Fe3+ L-1 e vazão 0,9 L min-1. O pH foi fixado em 2,5. A determinação das concentrações dos analitos foi realizada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada a um Detector de Arranjo de Diodos (CLAE-DAD), tendo sido monitorado o comprimento de onda 258 nm. Utilizou-se como técnica extratora e de pré-concentração a Microextração Líquido-Líquido Dispersiva (MELLD), sendo o n-octanol o solvente extrator e a acetona o solvente dispersivo. Avaliou-se a cinética de degradação do processo otimizado (em triplicata), obtendo-se uma degradação > 99% em 50 min. As constantes de taxa (em função da dose de energia, unidades m² kW-1) foram 1,2 ± 0,034 (R² = 0,987) e 1,1 ± 0,042 (R² = 0,979) para o metilparabeno e o propilparabeno, respectivamente. O efluente do reator mostrou-se biologicamente inativo, tendo sido testadas sua ecotoxicidade (Lactuca sativa) e sua atividade antimicrobiana (Escherichia coli). / In this work, an Advanced Oxidation Process (AOP) was used for the degradation of aqueous methylparaben and propylparaben (50 μg L-1 each). The studied process was the solar photo-Fenton reaction, using a CPC-type reactor, which was operated in batch mode with total recycle. The experimental conditions were optimized using the Response Surface Methodology (RSM) and the obtained results were: 771.6 μg H2O2 L-1, 65.3 μg Fe3+ L-1, and flow rate 0,9 L min-1. The solution pH was set at 2.5. The analytes concentration were determined by High Efficiency Liquid Chromatography coupled to a Diode-Array Detector (HPLC-DAD), monitoring the 258 nm wavelength. The Dispersive Liquid-Liquid Extraction was used as a pre-concentration and extraction technique before injection, whereas n-octanol was the extraction solvent and acetone was the dispersive one. The optimized degradation process kinetics was assessed (triplicate) and more than 99% degradation was obtained after 50 min. The rate constants (normalized by the energy dose, m2 kW-1 units) were 1.2 ± 0.034 (Rsup>2 = 0.987) and 1.1 ± 0.042 (R2 = 0.979) for methylparaben and propylparaben, respectively. The reactor effluent was biologically inactive, regarding its ecotoxicity (Lactuca sativa) and antimicrobial activity (Escherichia coli).

É consenso entre os cientistas que as Estações de Tratamento de Esgoto são as principais formas de entrada de fármacos no ambiente aquático. Isso acontece porque os processos biológicos convencionais utilizados para o tratamento do esgoto sanitário não são eficientes quanto à remoção de muitos desses compostos sintéticos. Neste contexto, o pós-tratamento utilizando um Processo Oxidativo Avançado (POA) pode degradar os compostos pouco biodegradáveis e produzir água para reúso seguro. Portanto, esta Tese estuda o acoplamento entre um processo biológico anaeróbio-aeróbio e compara dois POA, foto-Fenton e Fenton heterogêneo, como alternativas de pós-tratamento. Os experimentos foram feitos utilizando-se esgoto sanitário real como matriz. Sendo assim, na primeira etapa deste trabalho, um método SPE-HPLC-MS/MS foi desenvolvido e validado para a quantificação dos fármacos Ranitidina, Diclofenaco e Sinvastatina naquela matriz complexa. Na segunda etapa, a degradação dos fármacos por processos biológicos foi estudada em reatores operados em batelada e de escoamento contínuo. Desenvolveu-se uma metodologia para a identificação dos produtos de biodegradação e encontrou-se que tais metabólitos são recalcitrantes e possuem potencial poluidor. Observou-se que os fármacos e seus metabólitos causam efeito tóxico crônico sobre a biomassa, pois a produção de metano foi prejudicada quando comparada à da biomassa que não foi exposta a esses compostos. Na terceira etapa, os POA foram estudados em batelada para se determinar as melhores condições de operação que seriam testadas nas etapas seguintes. Encontrou-se, para o processo foto-Fenton, que os fármacos foram completamente degradados quando se utilizavam duas lâmpadas (16 W de potência elétrica total), ferro (III) e peróxido de hidrogênio nas concentrações de 3,0 e 40 mg L−1, respectivamente, e tempo de detenção hidráulica de 10 min. Zeólita natural foi utilizada como suporte na síntese de um catalisador para Fenton heterogêneo. O catalisador foi estável em condições críticas de reação, porém não pôde degradar os compostos cujas dimensões moleculares eram maiores do que os seus poros. Os processos foram acoplados e operados em modo contínuo durante dez dias, período no qual permaneceram estáveis. Os custos foram estimados e verificou-se que, embora o processo Fenton heterogêneo necessite de 1/3 do capital comparado ao foto-Fenton, o processo heterogêneo não é interessante porque o custo operacional é 4 vezes maior e o processo é limitado para a degradação de moléculas pequenas. Já o processo foto-Fenton degradou todos os fármacos e metabólitos com remoção de carbono orgânico dissolvido e produzindo água potencialmente segura para seu reúso ao custo operacional de US$ 0,27 m−3. Portanto, o processo foto-Fenton foi a melhor alternativa de pós-tratamento avaliada nesta Tese. O processo Fenton heterogêneo seria atrativo apenas para a degradação de moléculas pequenas. / Scientists generally agree that Sewage Treatment Plants are the main inputs of pharmaceuticals into the aquatic environment. That happens because the conventional biological processes used for treating sewage are not efficient in removing many of those synthetic compounds. In this context, Advanced Oxidation Processes (AOP), used as post-treatments, can degrade the poorly biodegradable compounds and produce water for safe reuse. Therefore, this Thesis studies the coupling between an anaerobic-aerobic biological process and compares two AOP, photo-Fenton and heterogeneous Fenton, as post-treatment alternatives. The experiments were performed using real sewage as a matrix. Thus, in the first step of this work, an SPE-HPLC-MS/MS method was developed and validated for the quantification of the pharmaceuticals Ranitidine, Diclofenac, and Simvastatin in that complex matrix. In the second step, the pharmaceuticals degradation by biological processes was studied in batch and continuous flow reactors. A methodology was developed for identifying the biodegradation products and these metabolites were found to be recalcitrant and to have polluting potential. It was observed that the pharmaceuticals and their metabolites caused a chronic toxic effect on biomass, as methane production was impaired when compared to the biomass not exposed to these compounds. In the third step, the AOP were studied in batch mode to determine the best operating conditions that would be tested in the following steps. In the photo-Fenton process, the pharmaceuticals were completely degraded when two lamps (16 W total electric power), iron (III), and hydrogen peroxide were used in the concentrations of 3.0 and 40 mg L−1, respectively, with hydraulic detention time of 10 min. Natural zeolite was used as a support for the synthesized catalyst for heterogeneous Fenton. The catalyst was stable under critical reaction conditions, but it was not able to degrade compounds whose molecular dimensions were larger than its pores. The processes were coupled and operated in continuous mode for ten days, during which they remained stable. Considering the involved estimated costs, although the heterogeneous Fenton process requires 1/3 of the capital costs when compared to the photo-Fenton process, the heterogeneous one is not interesting because its operating cost is 4 times higher and it is limited to the degradation of small molecules. On the other hand, the photo-Fenton process degraded all pharmaceuticals and their metabolites, removed dissolved organic carbon, and produced water potentially safe for reuse at the operational cost of US$ 0.27 m−3. Therefore, the photo-Fenton process was the best post-treatment alternative assessed in this Thesis. The heterogeneous Fenton process would be suited only for the degradation of small molecules.

O objetivo principal deste estudo foi determinar a origem da inibição do processo foto-Fenton [Fe(II)/Fe(III), H2O2, luz UV] pelo íon cloreto. Um estudo das reações primárias da etapa fotocatalítica do processo foto-Fenton por fotólise por pulso de laser na presença de NaCl mostrou que a inibição reflete: i) fotólise competitiva dos complexos Fe(Cl)2+ e Fe(Cl)2+; ii) captura do radical hidroxila (dependente do pH) pelo íon cloreto. Esses dois processos formam o ânion radical menos reativo Cl2•- em lugar do radical HO•-, provocando uma progressiva inibição da reação de degradação com a diminuição do pH. Modelagem cinética destes resultados previa que a manutenção do pH em 3,0 durante a fotodegradação evitaria a formação do Cl2•-, o que foi confirmada através de experimentos de fotodegradação do fenol e da gasolina em meio aquoso na presença de NaCl. Por outro lado, na degradação do fenol pela reação térmica de Fenton [Fe(II)/Fe(III), H2O2], o radical hidroxila não parece ter um papel muito importante. A degradação térmica não foi inibida pela presença de íon cloreto e a cinética de mineralização do fenol pela reação térmica de Fenton é indistinguível da degradação do fenol pelo processo foto-Fenton inibido por NaCl. Isso sugere que a reação proposta por Hamilton, isto é, a redução de Fe(III) a Fe(II) por catecol (o principal intermediário inicial da oxidação do fenol) na presença de H2O2, é o mecanismo principal de catálise da reação térmica de Fenton no nosso sistema. / The principal objective of the present study was to determine the origin of the inhibition of the photo-Fenton process [Fe(II)/Fe(III), H2O2, UV light] by chloride ion. A laser flash photolysis study of the primary reactions involved in the photocatalytic step of the photo-Fenton process in the presence of NaCl demonstrated that the inhibition reflects: i) competitive photolysis of the complexes Fe(Cl)2+ and Fe(Cl)2+; ii) pH-dependent sequestration of the hydroxyl radical by chloride ion. Both processes form the less reactive radical anion Cl2•- instead of HO•, resulting in a progressive inhibition of the degradation with decreasing reaction pH. Kinetic modeling of these results predicted that maintaining the pH at 3.0 throughout the reaction should prevent the formation of Cl2•-, a prediction confirmed experimentally for the photodegradation of phenol and gasoline. In contrast, in the degradation of phenol via the thermal Fenton reaction [Fe(II)/Fe(III), H2O2], the hydroxyl radical does not appear to play a very important role. Thus, the thermal degradation is not inhibited by chloride ion and the kinetics of mineralization of phenol by the thermal Fenton reaction are indistinguishable from those for degradation of phenol in the photo-Fenton reaction inhibited by NaCl. This suggests that the reaction proposed by Hamilton, i.e., reduction of Fe(III) to Fe(II) by catechol (the major initial intermediate in the oxidation of phenol) in the presence of H2O2, is the principal catalytic mechanism operative in the thermal Fenton reaction in our system.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giuliano Moraes.pdf: 1569647 bytes, checksum: 380feb142cc12f4a1405c905fbd0d4cd (MD5) Previous issue date: 2016-10-28 / The problems caused by textile effluents generates a major concern due to high resistance to decay naturally the substances that form the dyes and risks to health caused mainly by a group of wellknown dyes as azo-dyes that studies show they have a carcinogenic potential.Over the years many technologies have been studied to minimize as much as possible and to solve this problem. Between these alternatives there is the Fenton reaction, based on the catalytic decomposition of hydrogen peroxide in an acidic medium (Fe2 + / H2O2), is a process of great potential for the treatment of effluents. The process can be optimized with a UV radiation source 3.0 and pH values. The process efficiency is compromised when trying to work with pH values near neutrality due to the formation of ferric precipitates. To work around this problem heterogeneous degradation, it is presented as a good option because immobilized forms prevent precipitation occurs Fe + 3. The material used is a residue of the production of steel from scrap and pig iron. The material was characterized by FEG scanning electron microscopy and X-ray Diffraction The kinetics of discoloration of the black reactive dye 5 was accompanied by a spectrophotometer, and process efficiency was 97.4% for 30 minutes each test. 18 tests on the same sample material were performed.One of the advantages offered by this material has a low iron leach rate into the medium, on average,this value was 0.7 mg / L. / Giuliano Moraes. Utilização do resíduo da indústria do aço na degradação de corantes reativos.A problemática causada por efluentes têxteis gera uma grande preocupação devido a alta resistência a decomposição de forma natural das substâncias que formam os corantes, além dos riscos à saúde causados principalmente por um grupo de corantes conhecidos como azo-corantes que estudos apresentam que estes tem um potencial carcinogênico.Ao longo dos anos muitas tecnologias vêm sendo estudadas, visando minimizar ao máximo e até resolver este problema. Entre essas alternativas destaca-se a reação de Fenton, baseada na decomposição catalítica de peróxido de hidrogênio em meio ácido (Fe2+/H2O2), constitui um processo de grande potencialidade para o tratamento de efluentes. O processo pode ser otimizado com uma fonte de radiação UV e com valores de pH 3,0. A eficiência do processo fica comprometida quando se tentar trabalhar com valores de pH próximos a neutralidade, devido a formação de precipitados férricos. Para contornar esse problema a degradação heterogênea, apresenta-se como uma boa opção,pois formas imobilizadas impedem que ocorra a precipitação de Fe+3. O material utilizado é um resíduo da produção de aço, a partir de sucata e ferro gusa. O material foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura FEG, e Difração de raios X. A cinética da descoloração do corante preto reativo 5 foi acompanhada por um espectrofotômetro, e a eficiência do processo foi de 97,4% para ensaios de 30 minutos cada. Foram realizados 18 ensaios com a mesma amostra do material. Uma das vantagens apresentadas por este material foi a baixa taxa de lixiviação do ferro para o meio, na média, este valor foi de 0,7 mg/L.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAROLINE N BENETTI2.pdf: 1964983 bytes, checksum: 7dd1a3ef0af52a3c7d472348d9fdab9f (MD5) Previous issue date: 2017-03-30 / Oil spills and their derivatives are the main source of water contamination, among them the aromatic hydrocarbons benzene, toluene and xylene (BTX) present in gasoline are some of the most toxic compounds that need to be degraded. Therefore, there is a need for a study of the recently applied advanced processes for remediation considering the characteristics of gasoline marketed in Brazil. In addition, toxicity studies can contribute to assessing the actual quality of contaminated water after remediation, that is assessing impacts to the environment. In this context, the objective of this work was to study the Fenton and photo-Fenton degradation processes for the remediation of water contaminated with benzene, toluene and xylenes and toxicity. The methodology used to determine the BTX was via gas chromatography being the form of extraction through the headspace. A gasoline spill was simulated in water to obtain a soluble fraction where it was possible to verify by Total Organic Carbon the concentration present in the medium. Using the factorial design of experiments, it was possible to verify the best condition of iron and hydrogen peroxide to be used in the Fenton and photo-Fenton process, that is, the concentration where there is greater removal of BTX. The chosen values being 5 mg L-1 of iron and 15 mg L-1 of hydrogen peroxide. The monitoring of phenolic compounds showed that in the first few minutes of reaction phenolic species formation and subsequent decrease, but remaining still significant (approximately 20%) at the end of 120 minutes. Thus, these results have shown that for effective mineralization larger reaction times are still needed. In the determination of the residual peroxide and ferrous and ferric ions it was based by the calorimetric method showing that at the end of the Fenton processes peroxide was not as consumed as in the photo-Fenton process where more hydroxyl radicals (HO) are generated. Toxicity tests performed with the Sinapis alba and Daphnia magna bioindicators for toxicity assessment showed that the by-products formed during the degradation systems caused toxicity to the test organisms used. Thus, it is evident that in addition to the physico-chemical parameters normally evaluated, there is also a need for toxicity studies to evaluate the true impact on the environment of water submitted to this type of remediation. / Os derramamentos de petróleo e seus derivados são a principal fonte de contaminação das águas, dentre eles os hidrocarbonetos aromáticos benzeno, tolueno e xileno (BTX) presentes na gasolina são alguns dos compostos mais tóxicos e que tem a necessidade de serem degradados. Portanto, há a necessidade de um estudo dos processos avançados recentemente aplicados para a remediação considerando as características da gasolina comercializada no Brasil. Além disso, estudos de toxicidade podem contribuir para avaliar a real qualidade da água contaminada após remediação, ou seja, avaliar impactos ao meio ambiente. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar os processos de degradação via sistema Fenton e foto-Fenton para a remediação de águas contaminadas com benzeno, tolueno e xilenos e a toxicidade. A metodologia utilizada para determinação dos BTX foi via cromatografia gasosa sendo a forma de extração através do headspace. Fez-se uma simulação de um derramamento de gasolina em água para obter uma fração solúvel onde foi possível verificar por Carbono Orgânico Total a concentração presente no meio. Utilizando o planejamento fatorial de experimentos foi possível verificar qual é a melhor condição de ferro e peróxido de hidrogênio a ser utilizada no processo Fenton e foto-Fenton, ou seja, a concentração onde há maior remoção de BTX. Sendo os valores escolhidos de 5 mg L-1 de ferro e 15 mg L-1 de peróxido de hidrogênio. O monitoramento de compostos fenólicos mostrou que nos primeiros minutos de reação há formação de espécies fenólicas e posterior diminuição, mas permanecendo ainda significativa (aproximadamente 20%) no final de 120 minutos. Assim, estes resultados demonstraram que para efetiva mineralização tempos maiores de reação ainda são necessários. Na determinação do peróxido residual e de íons ferrosos e férricos foi baseado através do método calorimétrico mostrando que ao final dos processos Fenton o peróxido não foi tão consumido quanto no processo foto-Fenton onde são gerados mais radicais hidroxila (HO.). Ensaios de toxicidade realizados com os bioindicadores Sinapis alba e Daphnia magna para avaliação da toxicidade mostraram que os subprodutos formados durante os sistemas de degradação provocaram toxicidade aos organismos testes utilizados. Assim, ficando evidente que além dos parâmetros físico-químicos normalmente avaliados, há também a necessidade de estudos de toxicidade para avaliar o verdadeiro impacto ao meio ambiente de águas submetidas a este tipo de remediação.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:23:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Suely da Silva Rodrigues.pdf: 1150414 bytes, checksum: 8dd9efdbee9dac7b7d2fda5bd199d453 (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In recent decades, the phenomenon of environmental contamination has reached global proportions. In this context, the industrial activity usually plays a major role due to the generation of a large amount of wastes, which have a high pollution potential if not properly treated. Textile industries are highlighted for their high water consumption and generation of large volumes of liquid waste containing high organic load and strong staining. In general, conventional treatments allow only partial removal of the load of pollutants present in such type of waste, which makes evident the need for new treatment systems. Based on new treatment technologies, focus is given on Advanced Oxidation Processes (AOP), which have a high efficiency of degradation face to several resistant pollutants, often allowing their full mineralization. This study aims to evaluate the applicability of oxidative processes in the treatment of synthetic textile wastewater. The method of hydrogen peroxide photolysis with ultraviolet radiation and the Photo-Fenton process using artificial radiation were employed. A 2 3 factorial design was performed to optimize the processes and evaluate the effect of discoloration. With this purpose, the following parameters were evaluated: concentration of iron (Fe 2+ ), dye and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and the effect of pH. The concentration of dye ranged from 100 mgL to 500mgL -1 in the three phases; the concentration of hydrogen peroxide ranged from 500 mgL -1 to 1000 mgL -1 in the first and second phases, maintaining the initial pH (near neutral), and ranged from 1500 mgL -1 to 3000 mgL -1 in the third phase with pH variation of 4 and 5. Samples were treated for two hours with artificial radiation (germicidal lamp, 15W) and collected at 0, 15, 30, 45, 60, 90 and 120 minutes. The photodegradation of the samples was monitored by UV-Vis spectroscopy. Comparing these processes, Photo-Fenton with more acid pH (pH=4) showed the best results, followed by Photo-Fenton at pH=5 and H 2 O /UV process with initial pH. / Nas últimas décadas, o fenômeno da contaminação ambiental alcançou proporções globais. Dentro deste contexto, a atividade industrial costuma apresentar um papel de destaque, principalmente em razão da geração de uma vasta quantidade de resíduos, os quais, quando não adequadamente tratados, apresentam um elevado potencial poluente. Neste contexto é possível destacar as indústrias têxteis, as quais se caracterizam pelo elevado consumo de água e pela geração de grandes volumes de resíduos líquidos, contendo elevada carga orgânica e forte coloração. De maneira geral, tratamentos convencionais permitem uma remoção apenas parcial da carga de poluentes presentes neste tipo de resíduos, o que torna evidente a necessidade de novos sistemas de tratamento. Baseando-se nas novas tecnologias de tratamento, destaque pode ser dado aos processos oxidativos avançados (POAs), os quais apresentam uma elevada eficiência de degradação frente a inúmeros poluentes resistentes, muitas vezes permitindo a sua completa mineralização. O presente trabalho tem-se por principal objetivo avaliar a potencialidade dos processos oxidativos no tratamento de efluente têxtil sintético. Foi empregado a Fotólise do Peróxido de Hidrogênio com radiação ultravioleta e o processo fotoFenton utilizando radiação artificial. Realizou-se um planejamento fatorial 2 para otimizar os processos e avaliar o efeito de descoloração. Para tal, foram avaliados os seguintes parâmetros: concentração de ferro (Fe 2+ ), concentração de corante, concentração do peróxido de hidrogênio (H 2 O ) e efeito do pH. A concentração do corante foi de 100 mgL -1 a 500mgL -1 2 para as três etapas, a concentração do peróxido de hidrogênio foi de 500 mgL -1 a 1000 mgL -1 na primeira e segunda etapa mantendo o pH inicial (próximo de neutro), e de 1500 mgL -1 a 3000 mgL etapa com variação do pH de 4 e 5. As amostras foram tratadas durante duas horas com radiação artificial (lâmpada germicida, 15W) e as amostras foram recolhidas aos 0, 15, 30, 45, 60, 90 e 120 minutos. A fotodegradação das amostras foi seguida por espectroscopia UV-Vis. Comparando estes processos, o foto-Fenton com pH mais ácido (pH=4) apresentou os melhores resultados, seguido do foto-Fenton com pH=5 e do processo H 2 O /UV com pH inicial.

É consenso entre os cientistas que as Estações de Tratamento de Esgoto são as principais formas de entrada de fármacos no ambiente aquático. Isso acontece porque os processos biológicos convencionais utilizados para o tratamento do esgoto sanitário não são eficientes quanto à remoção de muitos desses compostos sintéticos. Neste contexto, o pós-tratamento utilizando um Processo Oxidativo Avançado (POA) pode degradar os compostos pouco biodegradáveis e produzir água para reúso seguro. Portanto, esta Tese estuda o acoplamento entre um processo biológico anaeróbio-aeróbio e compara dois POA, foto-Fenton e Fenton heterogêneo, como alternativas de pós-tratamento. Os experimentos foram feitos utilizando-se esgoto sanitário real como matriz. Sendo assim, na primeira etapa deste trabalho, um método SPE-HPLC-MS/MS foi desenvolvido e validado para a quantificação dos fármacos Ranitidina, Diclofenaco e Sinvastatina naquela matriz complexa. Na segunda etapa, a degradação dos fármacos por processos biológicos foi estudada em reatores operados em batelada e de escoamento contínuo. Desenvolveu-se uma metodologia para a identificação dos produtos de biodegradação e encontrou-se que tais metabólitos são recalcitrantes e possuem potencial poluidor. Observou-se que os fármacos e seus metabólitos causam efeito tóxico crônico sobre a biomassa, pois a produção de metano foi prejudicada quando comparada à da biomassa que não foi exposta a esses compostos. Na terceira etapa, os POA foram estudados em batelada para se determinar as melhores condições de operação que seriam testadas nas etapas seguintes. Encontrou-se, para o processo foto-Fenton, que os fármacos foram completamente degradados quando se utilizavam duas lâmpadas (16 W de potência elétrica total), ferro (III) e peróxido de hidrogênio nas concentrações de 3,0 e 40 mg L−1, respectivamente, e tempo de detenção hidráulica de 10 min. Zeólita natural foi utilizada como suporte na síntese de um catalisador para Fenton heterogêneo. O catalisador foi estável em condições críticas de reação, porém não pôde degradar os compostos cujas dimensões moleculares eram maiores do que os seus poros. Os processos foram acoplados e operados em modo contínuo durante dez dias, período no qual permaneceram estáveis. Os custos foram estimados e verificou-se que, embora o processo Fenton heterogêneo necessite de 1/3 do capital comparado ao foto-Fenton, o processo heterogêneo não é interessante porque o custo operacional é 4 vezes maior e o processo é limitado para a degradação de moléculas pequenas. Já o processo foto-Fenton degradou todos os fármacos e metabólitos com remoção de carbono orgânico dissolvido e produzindo água potencialmente segura para seu reúso ao custo operacional de US$ 0,27 m−3. Portanto, o processo foto-Fenton foi a melhor alternativa de pós-tratamento avaliada nesta Tese. O processo Fenton heterogêneo seria atrativo apenas para a degradação de moléculas pequenas. / Scientists generally agree that Sewage Treatment Plants are the main inputs of pharmaceuticals into the aquatic environment. That happens because the conventional biological processes used for treating sewage are not efficient in removing many of those synthetic compounds. In this context, Advanced Oxidation Processes (AOP), used as post-treatments, can degrade the poorly biodegradable compounds and produce water for safe reuse. Therefore, this Thesis studies the coupling between an anaerobic-aerobic biological process and compares two AOP, photo-Fenton and heterogeneous Fenton, as post-treatment alternatives. The experiments were performed using real sewage as a matrix. Thus, in the first step of this work, an SPE-HPLC-MS/MS method was developed and validated for the quantification of the pharmaceuticals Ranitidine, Diclofenac, and Simvastatin in that complex matrix. In the second step, the pharmaceuticals degradation by biological processes was studied in batch and continuous flow reactors. A methodology was developed for identifying the biodegradation products and these metabolites were found to be recalcitrant and to have polluting potential. It was observed that the pharmaceuticals and their metabolites caused a chronic toxic effect on biomass, as methane production was impaired when compared to the biomass not exposed to these compounds. In the third step, the AOP were studied in batch mode to determine the best operating conditions that would be tested in the following steps. In the photo-Fenton process, the pharmaceuticals were completely degraded when two lamps (16 W total electric power), iron (III), and hydrogen peroxide were used in the concentrations of 3.0 and 40 mg L−1, respectively, with hydraulic detention time of 10 min. Natural zeolite was used as a support for the synthesized catalyst for heterogeneous Fenton. The catalyst was stable under critical reaction conditions, but it was not able to degrade compounds whose molecular dimensions were larger than its pores. The processes were coupled and operated in continuous mode for ten days, during which they remained stable. Considering the involved estimated costs, although the heterogeneous Fenton process requires 1/3 of the capital costs when compared to the photo-Fenton process, the heterogeneous one is not interesting because its operating cost is 4 times higher and it is limited to the degradation of small molecules. On the other hand, the photo-Fenton process degraded all pharmaceuticals and their metabolites, removed dissolved organic carbon, and produced water potentially safe for reuse at the operational cost of US$ 0.27 m−3. Therefore, the photo-Fenton process was the best post-treatment alternative assessed in this Thesis. The heterogeneous Fenton process would be suited only for the degradation of small molecules.

O objetivo desta pesquisa foi estudar a degradação,pelo processo foto-Fenton, de um poluente-modelo (um antibiótico da classe dos nitrufuranos:a nitrofurantoína), utilizando-seLEDs-UV no lugar das lâmpadas tradicionalmente utilizadas, ou seja, das lâmpadas fluorescentes negras.Foram comparadas duas câmaras de irradiação, cada uma com um tipo de fonte, em termos de: porcentagem de remoção, ecotoxicidade (Lactuca sativa), atividade antimicrobiana (Escherichia coli), custos de capital (equipamentos), de operação (consumo energético) e das fontes luminosas, além do espaço ocupado. Os experimentos de degradação foramrealizados e otimizados via planejamento experimental, utilizando-se a Metodologia de Superfície de Resposta, obtendo-se as concentrações ótimas denitrofurantoína, de íons férricoe de peróxido de nitrogênio para cada caso.As câmaras estudadas apresentaram desempenhos semelhantes na remoção de nitrofurantoína (mais de 95% em 15 min), além de não ter havido a geração de produtos ecotóxicos (Lactuca sativa) e de ter sido alcançada a inativação biológica (Escherichia coli) do fármaco.A câmara de irradiação com LEDs é compacta, custa duas vezes menos que a outra e é quatro vezes mais eficiente em termos de consumo elétrico. A única desvantagem encontrada foi o custo dos LEDs-UV. Levando-se em conta o número de LEDs e de lâmpadas fluorescentes negras nas câmaras, o custo é trinta vezes maior. No entanto, o custo adicional dos LEDs-UV em relação às lâmpadas fluorescentes negras é facilmente compensado pela economia realizada nos custos de capital (aquisição do equipamento) e de operação (consumo energético).Em suma, pelo menos no caso da degradação da nitrofurantoína pelo processo foto-Fenton, os LEDs-UV mostraram-se substitutos vantajosos das lâmpadas fluorescentes negras, tradicionalmente utilizadas. / The goal of this research was to study the degradation, by the photo-Fenton process, of a model-pollutant (an antibiotic fromthe nitrofurans group: nitrofurantoin), using UV-LEDs instead of the lamps traditionally used, i.e. black fluorescent lamps. Two irradiation chambers were compared, each one of them with a type of light source, regarding: removal percentage, ecotoxicity (Lactuca sativa), antimicrobial activity (Escherichia coli), capital costs (equipment), operating costs (energy consumption), and light sources costs, as well as the space the chambers occupy.The degradation experiments were performed and optimized by experimental design, using the Response Surface Methodology, and obtaining the optimum concentrations of nitrofurantoin, ferric ions, and hydrogen peroxide, for each of the chambers. The studied chambers showed similar performances regarding nitrofurantoin removal (more than 95% in 15 min), besides the generation of no ecotoxic products (Lactuca sativa) and the biological inactivation (Escherichia coli) of the drug. The irradiation chamber with UV-LEDs is compact,cheaper (it is half of the price of the other one), and it is four times more efficient in terms of electric consumption. The sole disadvantage found was the cost of the UV-LEDs. Taking into consideration the number of LEDs and black fluorescent lamps used in the chambers, thiscost is 30 times greater. However, the additional cost of the UV-LEDsin comparison to black fluorescent lamps is easily compensated by the savings in capital costs (equipment acquisition) and operating costs (electric consumption). In summary, at least regarding the nitrofurantoin degradation by the photo-Fenton process, the UV-LEDs proved to beworthwhile alternatives for black fluorescent lamps, which are traditionally used.

Neste trabalho, utilizou-se um Processo Oxidativo Avançado (POA) para a degradação de uma solução aquosa contendo uma mistura de metilparabeno e propilparabeno (50 μg L-1 cada). O processo estudado foi o foto-Fenton solar, em um reator do tipo CPC operado no modo batelada com reciclo total. As condições operacionais foram otimizadas por meio da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), sendo elas: 771,6 μg H2O2 L-1, 65,3 μg Fe3+ L-1 e vazão 0,9 L min-1. O pH foi fixado em 2,5. A determinação das concentrações dos analitos foi realizada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada a um Detector de Arranjo de Diodos (CLAE-DAD), tendo sido monitorado o comprimento de onda 258 nm. Utilizou-se como técnica extratora e de pré-concentração a Microextração Líquido-Líquido Dispersiva (MELLD), sendo o n-octanol o solvente extrator e a acetona o solvente dispersivo. Avaliou-se a cinética de degradação do processo otimizado (em triplicata), obtendo-se uma degradação > 99% em 50 min. As constantes de taxa (em função da dose de energia, unidades m² kW-1) foram 1,2 ± 0,034 (R² = 0,987) e 1,1 ± 0,042 (R² = 0,979) para o metilparabeno e o propilparabeno, respectivamente. O efluente do reator mostrou-se biologicamente inativo, tendo sido testadas sua ecotoxicidade (Lactuca sativa) e sua atividade antimicrobiana (Escherichia coli). / In this work, an Advanced Oxidation Process (AOP) was used for the degradation of aqueous methylparaben and propylparaben (50 μg L-1 each). The studied process was the solar photo-Fenton reaction, using a CPC-type reactor, which was operated in batch mode with total recycle. The experimental conditions were optimized using the Response Surface Methodology (RSM) and the obtained results were: 771.6 μg H2O2 L-1, 65.3 μg Fe3+ L-1, and flow rate 0,9 L min-1. The solution pH was set at 2.5. The analytes concentration were determined by High Efficiency Liquid Chromatography coupled to a Diode-Array Detector (HPLC-DAD), monitoring the 258 nm wavelength. The Dispersive Liquid-Liquid Extraction was used as a pre-concentration and extraction technique before injection, whereas n-octanol was the extraction solvent and acetone was the dispersive one. The optimized degradation process kinetics was assessed (triplicate) and more than 99% degradation was obtained after 50 min. The rate constants (normalized by the energy dose, m2 kW-1 units) were 1.2 ± 0.034 (Rsup>2 = 0.987) and 1.1 ± 0.042 (R2 = 0.979) for methylparaben and propylparaben, respectively. The reactor effluent was biologically inactive, regarding its ecotoxicity (Lactuca sativa) and antimicrobial activity (Escherichia coli).