Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo166_1.pdf: 3384233 bytes, checksum: c4aa78c71c1e17f59c51cfcfd5e7a869 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O lançamento no meio ambiente de esgotos sanitários, em estados brutos ou parcialmente tratados, tem constituído uma ameaça à população. A irradiação por luz UV-C é uma técnica de ponta para desinfecção de águas de consumo e residuárias. A bactéria Pseudomonas aeruginosa é resistente ao tratamento convencional por cloração, devido à sua fisiologia oposta via de regra por uma cápsula extracelular, sendo responsável por infecções hospitalares em pacientes imunodeprimidos. Este trabalho está relacionado com o estudo da cinética do processo de desinfecção de água contaminada com a bactéria Pseudomonas aeruginosa por meio de Radiação UV-C. Os estudos cinéticos foram realizados em um fotorreator anular operando em batelada dentro de um ciclo contínuo. A fonte de radiação UV-C utilizada foi a lâmpada germicida, marca Philips modelo TUV 36W. Dois tipos de água modelo foram utilizados: a) água-modelo sem nutriente: suspensão de bactéria em água destilada previamente esterilizada, para processo com e sem radiação, b) água-modelo com nutriente: suspensão de bactéria em água destilada previamente esterilizada e meio asparagina, fazendo-se o estudo com radiação. A concentração de Pseudomonas aeruginosa foi quantificada por meio da técnica de contagem em placas. Concentração inicial da bactéria na água-modelo variou na faixa de 200 a 1600 UFC/cm3. Os parâmetros óticos da Pseudomonas aeruginosa, do meio Asparagina e da suspensão tratada foram medidos de faixa de comprimento de onda de 254 nm. A pressão e temperatura foram a 1 atm e 25ºC, respectivamente. As evoluções dinâmicas da concentração da bactéria e dos parâmetros óticos foram obtidas. Observou-se que o tempo de processo para que esta concentração chegasse a zero aumentou de acordo com a concentração inicial de bactéria, em ambas as situações. Para água-modelo sem nutriente obteve-se a esterilização da água (eficiência de inativação de 100%), no entanto para água-modelo com nutriente obteve-se água desinfetada. Os parâmetros para água-modelo sem nutriente foram invariantes com o tempo, porém para o sistema com nutriente decrescia ao longo do processo. A modelagem do processo foi feita com base nos princípios da conservação da matéria e energia variante. Assumiu-se que o modelo cinético simplificado para a inativação da bactéria em que a taxa de inativação é uma função direta do rendimento quântico, do parâmetro LVRPA, e da concentração inicial de bactéria. O método de Runge-Kutta de quarta ordem foi utilizado para solucionar a equação diferencial do perfil de concentração. Os parâmetros cinéticos foram estimados utilizando-se rotina de otimização Box-Simplex

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2904_1.pdf: 1897752 bytes, checksum: 433cb1f7a73aaf3cc4486da83b3a4293 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Neste trabalho, o Processo de Oxidação Avançado H2O2-UV foi utilizado para degradar o herbicida atrazina em solução aquosa. Devido à sinergia encontrada entre as possíveis rotas de oxidação sofrida pelo herbicida atrazina e seus metabólitos que absorvem radiação UV, os processos de fotólise direta a 254 nm e peroxidação foram também desenvolvidos. O reator utilizado foi de geometria anular, especialmente projetado para o estudo cinético operado dentro de um ciclo continuo e em batelada. Modelos para as distribuições de energia radiante no fotorreator e concentração do herbicida atrazina e oxidantes foram desenvolvidos utilizando os princípios básicos dos fenômenos dos transportes. A taxa local volumétrica de absorção de fótons, LVRPA, foi modelada com base no modelo de incidência. Os modelos para as taxas de reação de degradação do herbicida atrazina, de seus metabólitos e do peróxido hidrogênio foram segundo a abordagem mecanicista. Todavia, para a fotólise direta, foi utilizado um modelo fenomenológico para uma reação fotoquímica. Os modelos apresentaram boa representação dos dados para a faixa de concentração inicial do herbicida atrazina testada. A taxa de reação é uma função da LVPRA da concentração do herbicida atrazina e seus metabólitos e da concentração do peróxido de hidrogênio. O processo de fotólise direta resultou ser uma função direta do rendimento quântico, da LVRPA e da concentração do herbicida atrazina e seus metabólitos. A rotina de otimização Runge-Kutta associada com o método Box (minimização de funções) foi utilizada para estimar os parâmetros cinéticos. Os valores cinéticos estimados foram: atz, UV f = 2,99 x 10-2 mol Einstein-1, m = 1,90 x 10-2, n = 5,04 x 10-1

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7799_1.pdf: 2779998 bytes, checksum: 54fb9c080d4681d21afe85e401ae1d72 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / A água tem influência direta sobre a saúde, a qualidade de vida e o desenvolvimento do ser humano. A maioria das enfermidades (80%) que ocorrem em países em desenvolvimento é ocasionada por contaminação microbiana da água. Em conseqüência, a desinfecção de água de consumo e residuária é necessária. O uso da Radiação UV-C (= 253,70 nm) como agente germicida data do início do Século XX. A princípio foi discreto devido aos problemas relacionados com alguns fatores, tais como, o alto custo de processo e manutenção, o projeto dos fotorreatores, as lâmpadas não-eficientes. Este processo é limpo, pois não apresenta subprodutos tóxicos ou carcinogênicos, como no caso da cloração, que gera os trihalometanos quando em presença de substâncias húmicas. O poder germicida da Radiação UV-C devese a modificações genéticas no DNA dos microrganismos que levam a formação do dímero da pirimidina. O presente trabalho utilizou a radiação UV-C para desinfetar água destilada e estéril contaminada com a bactéria Escherichia coli. Desenvolveu-se um fotorreator anular em escala de bancada, especialmente, apropriado para obtenção da cinética intrínseca do processo. O fotorreator foi acoplado em série a um tanque de reciclo dentro de um circuito contínuo. Objetivando-se simplificações no modelo desenvolvido para o perfil de concentração de bactérias ativas, o tanque de reciclo munido de agitação mecânica foi projetado para ter um volume útil dez vezes superior ao do fotorreator. As simplificações de modelo matemático permitiram que o ponto de amostragem fosse posicionado a 8 cm após a saída do tanque. As fontes de radiação UV-C foram as lâmpadas germicidas de baixa potência, TUV HO 75W (alta emissão) e TUV 36W (baixa emissão). Foram realizados estudos sobre a distribuição do tempo de residência no tanque de reciclo para sistema sem e com agitação mecânica (250 rpm e 1000 rpm), utilizou-se a técnica de estímulo resposta (tipo pulso). A agitação mecânica trouxe melhorias na qualidade de mistura do líquido no tanque de reciclo, assim como levou o comportamento dinâmico a aproximar-se consideravelmente de um tanque de mistura perfeita, o que possibilitou a aquisição de dados cinéticos na saída do tanque de reciclo. O modelo utilizado para taxa de reação de inativação de bactérias ativas foi uma simplificação do proposto por Labas et al. (2006) e apenas um evento de exposição à radiação UV-C foi considerado. Os modelos desenvolvidos para as propriedades do campo de radiação são semiempíricos, utilizou-se o modelo radial de incidência para representar a propagação de fótons no espaço reacional. Os valores obtidos para a energia incidente na entrada ótica do fotorreator foram: 1,34 x 10-9 Einstein.cm-2.s-1 (TUV HO 75W) e 1,36 x 10-9 Einstein.cm-2.s-1 (TUV 36W), estes resultados mostraram que a lâmpada de 75W encontrava-se com uma emissão inferior à esperada. No processo de desinfecção de água a concentração inicial de bactérias ativas variou dentro da faixa de 106 a 108 NMP/100 cm3, a vazão de reciclo e a velocidade de agitação foram 48,30 cm3.s-1 e de 1000 rpm. Em todas as corridas experimentais a eficiência de inativação foi de 100%, ocorrendo em tempos distintos de processo cujo máximo foi de 1440 s, o que correspondeu ao tempo efetivo de irradiação de 87,28 s. A inativação das bactérias não foi observada de imediato em todas as corridas, o que está relacionado com a dose de radiação UV-C, que depende diretamente da concentração inicial de bactéria e da energia radiante na entrada ótica do fotorreator. A dose mínima de Radiação UV foi compatível com valores observados na literatura para 90% de inativação. A avaliação da cinética do processo utilizando a simplificação do modelo de Labas et al. (2006) forneceu resultados coerentes dentro da faixa de erro de 4,68 5,15%. A taxa de reação inicial de inativação, a constante de inativação e a ordem de reação foram: a) concentração inicial de 1,60x 106 NMP/100 cm3: 0,06 NMP/100 cm3.s, 2,24 x 102 s-1(cm3.Einstein-1)m e 0,50; b) concentração inicial de 1,60 x 108 NMP/100 cm3: 0,13 NMP/100 cm3, 4,01 x 102 s-1(cm3.Einstein-1)m e 0,40

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8028_1.pdf: 868422 bytes, checksum: 8d1fb91bbf2769e93a1bf117dc7ad461 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Com o atual nível de desenvolvimento industrial a quantidade de poluentes sendo rejeitado dentro de ambientes aquáticos tem aumentado constantemente. A remoção desses produtos através dos processos convencionais como adsorção, filtração, incineração ou tratamento biológico nem sempre é eficiente, visto que esses métodos baseiam-se na transferência do contaminante de uma fase à outra sem degradar. Portanto, tecnologias mais eficientes têm sido desenvolvidas. Uma opção bastante atraente foi baseada na aplicação das tecnologias de oxidação avançada (TOAs). Esta consiste na utilização de espécies químicas promovendo uma completa mineralização dos poluentes com, ou sem, o auxílio de luz UV. Neste trabalho a degradação do ácido dicloroacético (DCA) em meio aquoso utilizando ozonização direta e ozonização fotolítica (UV 253,7 nm) foi estudada. Ozônio, in situ , foi gerado por um gerador da marca Fischer. A cinética do processo foi avaliada empregando-se um fotorreator de 105,3 cm3 do tipo quase isoactínico feito de teflon e janelas de quartzo. Os ensaios de degradação foram realizados com soluções sintéticas do ácido com concentrações iniciais na faixa de 2,14 x 10-4 mol.L-1 a 11,8 x 10-4 mol.L-1, que circularam por aproximadamente 4 horas, através de um sistema contendo uma coluna de absorção, o fotorreator e um trocador de calor, na presença e também na ausência de luz UV. Durante esse tempo, amostras foram coletadas e analisadas por cromatografia de íons, para determinação da concentração de DCA, e para determinação do teor de carbono orgânico total, num analisador da marca Shimadzu. O teor de O3 na solução também foi monitorado usando o método índigo colorimétrico. Os resultados mostraram que para o sistema O3/UV a taxa de degradação obtida foi superior a 80% em 4 horas, para a solução com concentração inicial de 2,14 x 10-4 mol.L-1 de DCA. Para a solução de 9,05 x 10-4 mol.L-1, essa taxa foi de apenas 52%, sugerindo que para concentrações mais elevadas é necessário um maior tempo de retenção. Para o sistema operado sem luz UV, a taxa de degradação foi de apenas 76%. Assim, observa-se que o uso de ozônio associado à radiação UV acelera o processo de degradação de compostos orgânicos, tornando o uso dessa tecnologia bastante promissora. Por fim, os dados experimentais foram ajustados ao modelo mecanicista obtido a partir de mecanismos cinéticos e encontraram-se valores para o KLa e kO3,(aq) de 1,03 x 10-3 s-1 e 7,9 x 10-4 s-1, respectivamente

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The focus of this study was the application of advanced oxidation photoprocesses, heterogeneous photocatalysis and photo-Fenton, in the degradation of pollutant load and amoxicillin in wastewater from the University Hospital of Santa Maria (HUSM), evaluating the photoreactors performance in the degradation efficiency. In the hospital wastewater there is a wide variety of harmful pharmaceuticals to the environment, consequently, it is necessary to use efficient treatment to degrade them. An alternative for the treatment of these toxic compounds and recalcitrant is the application of advanced oxidation processes (AOPs), which are based on the generation of radical species, such as the hydroxyl radical (HO·), which act as strong oxidizing agents, which have emerged as a promising technology for the degradation a wide range of compounds, including xenobiotic pharmaceuticals, pollutants to convert them in to innocuous end products such as CO2 and H2O. The wastewater from the University Hospital of Santa Maria (HUSM) was treated by heterogeneous photocatalytic process and photo-Fenton process using the Response Surface Methodology (RSM) for the optimization of the removal efficiency of the chemical oxygen demand (COD). For the sample treatment, the photoreactor type Dewar-like, with recirculation, and rotating disc photoreactor, type batch and with TiO2 supported, were used. The two reactors have capacity for 1800 mL and the ultraviolet (UV) radiation is emitted by medium pressure mercury vapor lamp (125 W and intensity of 401 W m-2). In order to quantify the luminous energy emitted by the lamps that is converted in chemical energy a potassium ferrioxalate actinometry solutions was used, measuring the photon flux (q = 1.71⋅10-5 ± 1.25⋅10-7 in Dewar-like photoreactor and q = 9.25⋅10-6 ± 1.86⋅10-7 mol s-1 in rotating disc photoreactor). In the Dewar-like photoreactor, the abatement COD of hospital wastewater has reached 44% in the treatment by heterogeneous photocatalysis and 65% by photo-Fenton; in the hospital wastewater treatment by heterogeneous photocatalysis in rotating disc photoreactor, a COD reduction of 36% was obtained. The toxicity (LC50 values, median lethal concentration) of the hospital wastewater pre- and post-treatment was determined by means of the bioassay Artemia salina. The evolution of acute toxicity in the hospital wastewater treatment attained a 46% toxicity inhibition by heterogeneous photocatalysis (pH 3, 800 mg L-1 of TiO2 and 30 °C) and 44% by photo-Fenton process (pH 3, 528 mg L-1 of H2O2 e 255 mg L-1 of Fe2+). The amoxicillin degradation efficiency was evaluated through HPLC-UV (high performance liquid chromatography), λmax = 238 nm, using the mobile phase methanol: water:0.01 mol L-1 KH2PO4 (20:70:10, v/v) at pH 4. Employing the Dewar-like photoreactor, a 100% of amoxicillin degradation in hospital wastewater was attained after 30 min by heterogeneous photocatalysis treatment and 85% of amoxicillin degradation was attained after 60 min by photo-Fenton treatment. When the rotating disc photoreactor was used, 100% of amoxicillin degradation in hospital wastewater was attained after 60 min of treatment. The photonic efficiency was lower in the rotating disc photoreactor (3.77 ± 0.19%) than in the Dewar-like photoreactor (30.00 ± 0.67% for the photo-Fenton process and 19.02 ± 0.88% for the heterogeneous photocatalysis process). The Dewar-like photoreactor design has made it possible to achieve good results; the cylindrical shape and the wall mirror decrease the radiation losses, when the parallel rays focus the concave mirror on the reactor wall, they in return converged on the particles of TiO2 or Fenton reagent, allowing the radiation to reach other reactor parts. When the TiO2 is immobilized, there is a little resistance to the mass transfer between hydroxyl radicals and organic compounds in solution. However, there are advantages in working with the catalyst in the immobilized form, instead of in suspension, because it avoids the separation stage after the treatment, what makes their reuse possible; in addition, it allows continuous operation. The rotating disc and Dewar-like photoreactors performance in the treatment of hospital wastewater and of amoxicillin solution by heterogeneous photocatalysis and photo-Fenton processes were satisfactory. / No presente estudo o enfoque foi a aplicação dos fotoprocessos avançados de oxidação, fotocatálise heterogênea e foto-Fenton, na degradação de carga poluente e amoxicilina em efluente do Hospital Universitário de Santa Maria (HUSM), avaliando o desempenho dos fotorreatores na eficiência de degradação. No efluente hospitalar existe uma grande variedade de fármacos nocivos ao meio ambiente, sendo necessário o emprego de um tratamento capaz de degradá-los. Uma alternativa para o tratamento desses compostos tóxicos e recalcitrantes é a aplicação de processos avançados de oxidação (PAOs), os quais baseiam-se na geração de espécies radicalares, como o radical hidroxila (HO·) que oxida de forma não seletiva, termodinâmica e cineticamente favorável uma ampla gama de compostos, incluindo os xenobióticos fármacos. O efluente do HUSM foi tratado por processos de fotocatálise heterogênea e foto-Fenton, aplicando metodologia de superfície de resposta (RSM, do inglês response surface methodology ) para adequação da eficiência de redução da demanda química de oxigênio (DQO). Para o tratamento das amostras foram usados o fotorreator frasco de Dewar, com recirculação, e o fotorreator de discos rotativos, tipo batelada e com TiO2 suportado. Os dois reatores possuem capacidade para 1800 mL e a radiação ultravioleta (UV) é emitida por lâmpada de vapor de mercúrio de média pressão (125 W e intensidade de 401 W m-2). A fim de quantificar a energia luminosa emitida pela lâmpada que é convertida em energia química foi usado o actinômetro ferrioxalato de potássio, medindo o fluxo de fótons (1,71⋅10-5 ± 1,25⋅10-7 mol s-1 no fotorreator frasco de Dewar e 9,25⋅10-6 ± 1,86⋅10-7 mol s-1 no fotorreator de discos rotativos). No fotorreator frasco de Dewar o abatimento da DQO do efluente hospitalar atingiu 44% no tratamento por fotocatálise heterogênea e 65% por foto-Fenton; no tratamento do efluente hospitalar por fotocatálise heterogênea em fotorreator de discos rotativos foi obtido 36% de redução da DQO. A toxicidade aguda (LC50) do efluente hospitalar foi avaliada por meio do bioindicador Artemia salina. A evolução da toxicidade aguda no tratamento do efluente hospitalar por fotocatálise heterogênea (pH 3, 800 mg/L de TiO2 e 30 °C) atingiu inibição da toxicidade de 46% e, 44%, quando tratado por processo foto-Fenton (pH 3, 528 mg L-1 de H2O2 e 255 mg L-1 de Fe2+). A eficiência de degradação da amoxicilina foi avaliada com auxílio de HPLC (cromatografia líquida de alta eficiência, do inglês high performance liquid chromatography ), λmáx = 238 nm, a fase móvel usada foi MeOH:H2O:0,01 mol L-1 KH2PO4 (20:70:10, v/v) em pH 4. A amoxicilina adicionada ao efluente hospitalar (0,1 mg L-1), quando tratada em fotorreator frasco de Dewar, atingiu 100% de degradação depois de 30 min de tratamento por processo de fotocatálise heterogênea e 85% de degradação em 60 min tratamento por processo foto-Fenton. E, quando usado o fotorreator de discos rotativos, 100% da amoxicilina foi degradada depois de 60 min de tratamento. A eficiência fotônica foi menor no fotorreator de discos rotativos (3,77 ± 0,19%) que no fotorreator frasco de Dewar (30,00 ± 0,67% para o processo foto-Fenton e para o processo de fotocatálise heterogênea 19,02 ± 0,88%). O desenho do fotorreator frasco de Dewar tornou possível a obtenção de bons resultados; o formato cilíndrico e a parede espelhada diminuem as perdas da radiação, raios paralelos quando incidem à parede côncava espelhada do reator retornam de forma convergente sobre as partículas de TiO2 ou de reagente Fenton, permitindo que a radiação emitida atinja outros pontos do reator. Quando o TiO2 está imobilizado, ocorre um pouco de resistência à transferência de massa entre radicais hidroxila e os compostos orgânicos em solução. No entanto, existem vantagens em se trabalhar com o catalisador na forma imobilizada, em vez de em suspensão, porque evita a etapa de separação posterior ao tratamento, o que torna possível seu reaproveitamento; além disso, permite operação contínua. O desempenho dos fotorreatores de discos rotativos e frasco de Dewar no tratamento do efluente hospitalar e da solução de amoxicilina por processos de fotocatálise heterogênea e foto-Fenton foram satisfatórios.