Os efluentes contêm misturas complexas de compostos químicos orgânicos e inorgânicos além de metais pesados que possam representar uma grave fonte de poluição para os ecossistemas, assim como para a saúde humana. O presente estudo teve como objetivo verificar a modificação das características físicas e químicas do efluente e do solo que recebe a aspersão diária desde janeiro de 2011; avaliar a toxicidade aguda, crônica e mutagênese do efluente final tratado de indústria metal mecânica além de analisar se os vegetais que recebem irrigação com efluente atuam como receptores ecológicos de metais pesados. Tanto para o efluente quanto para o solo foram realizadas análises físicas e químicas, comparadas com padrões de legislação. A maioria dos parâmetros de emissão do efluente para águas superficiais estava dentro dos padrões legais, com exceção dos níveis de N e P totais. Na análise do solo, valores mais elevados foram observados no solo irrigado (SI) para P, K e a maioria dos metais analisados, sendo que para Ni estiveram acima dos de referência considerando a legislação mais restritiva. A caracterização de metais nos vegetais mostrou concentrações maiores em SI em relação ao solo de referência (SR). As raízes de Lolium multiflorum apresentaram valores mais elevados do que os observados em folhas, principalmente em relação a Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr e Pb. A toxicidade do efluente foi analisada em três níveis tróficos (Ceriodaphnia dubia; Pimephales promelas e Pseudokirchneriella subcaptata) com presença de efeito agudo e crônico para C. dubia e crônico para P. subcaptata. Ainda foram aplicados testes de sobrevivência e crescimento em Oryza sativa, Raphanus sativus e Lactuca sativa (plântulas) e Eisenia fetida (minhoca) onde o crescimento de O. sativa e E. fetida foram afetados; já no teste de ciclo de carbono e nitrogênio para microrganismos do solo a toxicidade foi ausente. O teste de fuga em SI com Eisenia andrei mostrou resposta negativa. A mutagênese das amostras de efluente e de solo foi avaliada no ensaio Salmonella/microssoma, método de microssuspensão, na presença e na ausência de metabolização (fração S9-homogenato de células de fígado de rato, S9). As linhagens utilizadas avaliaram erros no quadro de leitura TA98 e TA97a (sensível a metais pesados) e YG1041 e 1042 sem metabolização (sensível a nitrocompostos) e substituição de pares de bases TA100 e TA102 (sensível a danos oxidativos). As curvas dose-resposta foram avaliadas por análise de regressão e ANOVA (programa SALANAL). O efluente mostrou respostas significativas, com valores (revertentes/mL) de 510±151,8 (TA97a-S9) e 780±136,9 (TA100+S9). Para extratos orgânicos, os resultados foram indicativos de mutagênese para (TA97a+S9) . A mutagênese dos extratos ácidos do solo mostrou respostas positivas (92±31,7 revertentes/mg de solo seco equivalente; TA97a+S9) e indicativas de mutagênese (TA100+S9). Os efeitos detectados indicam que compostos inorgânicos, como metais pesados, podem levar à toxicidade e mutagênese observada, além de se acumularem nos vegetais. Os estudos subsidiam medidas preventivas para legislação que contemple restrições ao lançamento de substâncias potencialmente poluidoras no solo, utilizando análises das dosagens químicas aliados a ensaios de toxicidade e genotoxicidade. / The purpose of the present study was to evaluate acute and chronic toxicity and mutagenesis of the treated final effluent from the metallurgical industry; to look for the presence of the alterations detected in the effluent and in the soil that has been aprayed daily since January 2011; to evaluate plants as ecological receptors of heavy metals. Physical and chemical analyses were performed both for the effluent and for the soil, and compared with standards from legislation. Most of the emission parameters from the effluent to surface waters were within the legal standards, except for the levels of total N and P. Analyzing the soil higher values were observed in irrigated soil (SI) for P, K and most of the metals analyzed, and for Ni they were above those of reference considering the more restrictive legislation. The characterization of metals in the plants showed higher concentrations of SI compared to reference soil (SR). The roots of Lolium multiflorum presented higher values than those observed in leaves, especially for Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr. and Pb. The effluent toxicity was analyzed at three trophic levels (Ceriodaphnia dubia; Pimephales promelas and Pseudokirchneriella subcaptata) with the presence of an acute and chronic effect for C. dubia and chronic for P. subcaptata. Survival and growth tests were also applied in Oryza sativa, Raphanus sativus and Lactuca sativa (plantules) and Eisenia fetida (worm) where the growth of O. sativa and E. fetida were affected; on the other hand, in the carbon cycle test and nitrogen for soil microorganisms, there was no toxicity. The avoidance test in SI with Eisenia andrei showed a negative response. The mutagenesis of the effluent and soil samples was evaluated in the Salmonella/microsome assay, microsuspension method, in the presence and absence of metabolization (S9 fraction – homogenate of rat liver cells, S9). The strains used evaluated frameshift errors TA98 and TA97a (sensitive to heavy metals), YG1041 and 1042 absence of metabolization (sensitive to nitrocompounds ) and base pair substitution TA100 and TA102 (sensitive to oxidative damage). The dose-response curves were evaluated by regression analysis and ANOVA (SALANAL program). The effluent showed significant responses, with values (revertants/mL) of 510±151.8 (TA97a-S9) and 780±136.9 (TA100+S9). The results indicated mutagenesis for (TA97a+S9) for organic extracts The mutagenesis of the acid soil extracts showed positive responses (92±31.7 revertants/mg of dry soil equivalent; TA97a+ S9) and indicative of mutagenesis TA100+S9. The effects detected indicate that inorganic compounds, as heavy metals, can lead to the toxicity and mutagenesis observed, besides accumulating in the vegetable tissues. The studies subsidized preventative measures for legislation that considers restrictions to the discharge of potentially polluting substances on the soil, using analyses of the chemical doses together with toxicity and genotoxicity assays.

Com o objetivo de aplicar e avaliar a viabilidade de uso dos métodos disponíveis com organismos marinhos, no controle da toxicidade de efluentes líquidos que são lançados em ambientes estuarinos, foram realizados testes de toxicidade aguda com os crustáceos Mysidopsis juniae, Artemia sp, Temora stylifera e Acartia IiIljeborgi e testes de toxicidade crônica de curta duração com o equinodermo Lytechinus variegatus, utilizando-se os efluentes industriais de uma indústria siderúrgica, COSIPA e uma fábrica de fertilizantes, ULTRAFÉRTIL/JARDIM SÃO MARCOS, ambos lançados no estuário do Rio Cubatão. Dentre os organismos-testes utilizados, para avaliação do efeito tóxico agudo, o misidáceo M. juniae foi o mais sensível para ambos os efluentes, sendo que Artemia sp foi o menos sensível. Testes de toxicidade crônica com L. variegatus também se mostraram bastante úteis para avaliação de efeitos subletais. Os efluentes analisados apresentaram grande variabilidade durante o período de estudo, o que foi evidenciado através do cálculo do coeficiente de variação para testes com M. juniae. Foi avaliado, também, o efeito da salinidade sobre a sensibilidade dos crustáceos M. juniae e Artemia sp a agentes químicos (zinco e DSS) e aos efluentes industriais. A salinidade não interferiu significativamente nos resultados observados, com exceção de um experimento realizado a 15x10-3 com Artemia sp, com o efluente da COSIPA. Verificou-se, ainda, o possível efeito da utilização de salmoura obtida através dos processos de congelamento e evaporação da água do mar, sendo que o primeiro processo foi indicado para salinização de efluentes. / Acute toxicity tests with the crustaceans Mysidopsis juniae, Anemia sp, Temora stylifera e Acartia lilljeborgi and short-term chronic toxicity test with the echinoderm Lytechinus variegatus were conducted with the objective of evaluating the appropriateness of their application for the control of liquid effluents disposed off in estuarine environments. Effluents of a siderurgic industry, COSIPA, and of a fertilizer plant, ULTRAFÉRTIL/JARDIM SÃO MARCOS, were used. Both are discharged into the estuary of Cubatão river. The test with M. juniae was the most sensitive of the acute methods, for both kinds of effluents, while that with Artemia sp was the least sensitive. Chronic toxicity test with L. variegatus showed to be very useful for the evaluation of sublethal effects. The different effluent samples of both industries had great variability in their toxic effects, along the different sampling periods, as was evidenced by the high coefficient of variation for tests with M. juniae. The effects of salinity on the sensitivity of M. juniae and Artemia sp to chemicals (zinc and DSS) and to the industrial effluents, was evaluated. Salinity did not signifieantly affect the test results, except for the experiment conducted at 15x10-3 with Artemia sp, with the effluent from the siderurgic industry. The possible effect of the use of brine, obtained by freezing or evaporating sea water, was also analyzed. Freezing was the recommended procedure to salinize effluents.

Os efluentes contêm misturas complexas de compostos químicos orgânicos e inorgânicos além de metais pesados que possam representar uma grave fonte de poluição para os ecossistemas, assim como para a saúde humana. O presente estudo teve como objetivo verificar a modificação das características físicas e químicas do efluente e do solo que recebe a aspersão diária desde janeiro de 2011; avaliar a toxicidade aguda, crônica e mutagênese do efluente final tratado de indústria metal mecânica além de analisar se os vegetais que recebem irrigação com efluente atuam como receptores ecológicos de metais pesados. Tanto para o efluente quanto para o solo foram realizadas análises físicas e químicas, comparadas com padrões de legislação. A maioria dos parâmetros de emissão do efluente para águas superficiais estava dentro dos padrões legais, com exceção dos níveis de N e P totais. Na análise do solo, valores mais elevados foram observados no solo irrigado (SI) para P, K e a maioria dos metais analisados, sendo que para Ni estiveram acima dos de referência considerando a legislação mais restritiva. A caracterização de metais nos vegetais mostrou concentrações maiores em SI em relação ao solo de referência (SR). As raízes de Lolium multiflorum apresentaram valores mais elevados do que os observados em folhas, principalmente em relação a Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr e Pb. A toxicidade do efluente foi analisada em três níveis tróficos (Ceriodaphnia dubia; Pimephales promelas e Pseudokirchneriella subcaptata) com presença de efeito agudo e crônico para C. dubia e crônico para P. subcaptata. Ainda foram aplicados testes de sobrevivência e crescimento em Oryza sativa, Raphanus sativus e Lactuca sativa (plântulas) e Eisenia fetida (minhoca) onde o crescimento de O. sativa e E. fetida foram afetados; já no teste de ciclo de carbono e nitrogênio para microrganismos do solo a toxicidade foi ausente. O teste de fuga em SI com Eisenia andrei mostrou resposta negativa. A mutagênese das amostras de efluente e de solo foi avaliada no ensaio Salmonella/microssoma, método de microssuspensão, na presença e na ausência de metabolização (fração S9-homogenato de células de fígado de rato, S9). As linhagens utilizadas avaliaram erros no quadro de leitura TA98 e TA97a (sensível a metais pesados) e YG1041 e 1042 sem metabolização (sensível a nitrocompostos) e substituição de pares de bases TA100 e TA102 (sensível a danos oxidativos). As curvas dose-resposta foram avaliadas por análise de regressão e ANOVA (programa SALANAL). O efluente mostrou respostas significativas, com valores (revertentes/mL) de 510±151,8 (TA97a-S9) e 780±136,9 (TA100+S9). Para extratos orgânicos, os resultados foram indicativos de mutagênese para (TA97a+S9) . A mutagênese dos extratos ácidos do solo mostrou respostas positivas (92±31,7 revertentes/mg de solo seco equivalente; TA97a+S9) e indicativas de mutagênese (TA100+S9). Os efeitos detectados indicam que compostos inorgânicos, como metais pesados, podem levar à toxicidade e mutagênese observada, além de se acumularem nos vegetais. Os estudos subsidiam medidas preventivas para legislação que contemple restrições ao lançamento de substâncias potencialmente poluidoras no solo, utilizando análises das dosagens químicas aliados a ensaios de toxicidade e genotoxicidade. / The purpose of the present study was to evaluate acute and chronic toxicity and mutagenesis of the treated final effluent from the metallurgical industry; to look for the presence of the alterations detected in the effluent and in the soil that has been aprayed daily since January 2011; to evaluate plants as ecological receptors of heavy metals. Physical and chemical analyses were performed both for the effluent and for the soil, and compared with standards from legislation. Most of the emission parameters from the effluent to surface waters were within the legal standards, except for the levels of total N and P. Analyzing the soil higher values were observed in irrigated soil (SI) for P, K and most of the metals analyzed, and for Ni they were above those of reference considering the more restrictive legislation. The characterization of metals in the plants showed higher concentrations of SI compared to reference soil (SR). The roots of Lolium multiflorum presented higher values than those observed in leaves, especially for Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr. and Pb. The effluent toxicity was analyzed at three trophic levels (Ceriodaphnia dubia; Pimephales promelas and Pseudokirchneriella subcaptata) with the presence of an acute and chronic effect for C. dubia and chronic for P. subcaptata. Survival and growth tests were also applied in Oryza sativa, Raphanus sativus and Lactuca sativa (plantules) and Eisenia fetida (worm) where the growth of O. sativa and E. fetida were affected; on the other hand, in the carbon cycle test and nitrogen for soil microorganisms, there was no toxicity. The avoidance test in SI with Eisenia andrei showed a negative response. The mutagenesis of the effluent and soil samples was evaluated in the Salmonella/microsome assay, microsuspension method, in the presence and absence of metabolization (S9 fraction – homogenate of rat liver cells, S9). The strains used evaluated frameshift errors TA98 and TA97a (sensitive to heavy metals), YG1041 and 1042 absence of metabolization (sensitive to nitrocompounds ) and base pair substitution TA100 and TA102 (sensitive to oxidative damage). The dose-response curves were evaluated by regression analysis and ANOVA (SALANAL program). The effluent showed significant responses, with values (revertants/mL) of 510±151.8 (TA97a-S9) and 780±136.9 (TA100+S9). The results indicated mutagenesis for (TA97a+S9) for organic extracts The mutagenesis of the acid soil extracts showed positive responses (92±31.7 revertants/mg of dry soil equivalent; TA97a+ S9) and indicative of mutagenesis TA100+S9. The effects detected indicate that inorganic compounds, as heavy metals, can lead to the toxicity and mutagenesis observed, besides accumulating in the vegetable tissues. The studies subsidized preventative measures for legislation that considers restrictions to the discharge of potentially polluting substances on the soil, using analyses of the chemical doses together with toxicity and genotoxicity assays.

Os efluentes contêm misturas complexas de compostos químicos orgânicos e inorgânicos além de metais pesados que possam representar uma grave fonte de poluição para os ecossistemas, assim como para a saúde humana. O presente estudo teve como objetivo verificar a modificação das características físicas e químicas do efluente e do solo que recebe a aspersão diária desde janeiro de 2011; avaliar a toxicidade aguda, crônica e mutagênese do efluente final tratado de indústria metal mecânica além de analisar se os vegetais que recebem irrigação com efluente atuam como receptores ecológicos de metais pesados. Tanto para o efluente quanto para o solo foram realizadas análises físicas e químicas, comparadas com padrões de legislação. A maioria dos parâmetros de emissão do efluente para águas superficiais estava dentro dos padrões legais, com exceção dos níveis de N e P totais. Na análise do solo, valores mais elevados foram observados no solo irrigado (SI) para P, K e a maioria dos metais analisados, sendo que para Ni estiveram acima dos de referência considerando a legislação mais restritiva. A caracterização de metais nos vegetais mostrou concentrações maiores em SI em relação ao solo de referência (SR). As raízes de Lolium multiflorum apresentaram valores mais elevados do que os observados em folhas, principalmente em relação a Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr e Pb. A toxicidade do efluente foi analisada em três níveis tróficos (Ceriodaphnia dubia; Pimephales promelas e Pseudokirchneriella subcaptata) com presença de efeito agudo e crônico para C. dubia e crônico para P. subcaptata. Ainda foram aplicados testes de sobrevivência e crescimento em Oryza sativa, Raphanus sativus e Lactuca sativa (plântulas) e Eisenia fetida (minhoca) onde o crescimento de O. sativa e E. fetida foram afetados; já no teste de ciclo de carbono e nitrogênio para microrganismos do solo a toxicidade foi ausente. O teste de fuga em SI com Eisenia andrei mostrou resposta negativa. A mutagênese das amostras de efluente e de solo foi avaliada no ensaio Salmonella/microssoma, método de microssuspensão, na presença e na ausência de metabolização (fração S9-homogenato de células de fígado de rato, S9). As linhagens utilizadas avaliaram erros no quadro de leitura TA98 e TA97a (sensível a metais pesados) e YG1041 e 1042 sem metabolização (sensível a nitrocompostos) e substituição de pares de bases TA100 e TA102 (sensível a danos oxidativos). As curvas dose-resposta foram avaliadas por análise de regressão e ANOVA (programa SALANAL). O efluente mostrou respostas significativas, com valores (revertentes/mL) de 510±151,8 (TA97a-S9) e 780±136,9 (TA100+S9). Para extratos orgânicos, os resultados foram indicativos de mutagênese para (TA97a+S9) . A mutagênese dos extratos ácidos do solo mostrou respostas positivas (92±31,7 revertentes/mg de solo seco equivalente; TA97a+S9) e indicativas de mutagênese (TA100+S9). Os efeitos detectados indicam que compostos inorgânicos, como metais pesados, podem levar à toxicidade e mutagênese observada, além de se acumularem nos vegetais. Os estudos subsidiam medidas preventivas para legislação que contemple restrições ao lançamento de substâncias potencialmente poluidoras no solo, utilizando análises das dosagens químicas aliados a ensaios de toxicidade e genotoxicidade. / The purpose of the present study was to evaluate acute and chronic toxicity and mutagenesis of the treated final effluent from the metallurgical industry; to look for the presence of the alterations detected in the effluent and in the soil that has been aprayed daily since January 2011; to evaluate plants as ecological receptors of heavy metals. Physical and chemical analyses were performed both for the effluent and for the soil, and compared with standards from legislation. Most of the emission parameters from the effluent to surface waters were within the legal standards, except for the levels of total N and P. Analyzing the soil higher values were observed in irrigated soil (SI) for P, K and most of the metals analyzed, and for Ni they were above those of reference considering the more restrictive legislation. The characterization of metals in the plants showed higher concentrations of SI compared to reference soil (SR). The roots of Lolium multiflorum presented higher values than those observed in leaves, especially for Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr. and Pb. The effluent toxicity was analyzed at three trophic levels (Ceriodaphnia dubia; Pimephales promelas and Pseudokirchneriella subcaptata) with the presence of an acute and chronic effect for C. dubia and chronic for P. subcaptata. Survival and growth tests were also applied in Oryza sativa, Raphanus sativus and Lactuca sativa (plantules) and Eisenia fetida (worm) where the growth of O. sativa and E. fetida were affected; on the other hand, in the carbon cycle test and nitrogen for soil microorganisms, there was no toxicity. The avoidance test in SI with Eisenia andrei showed a negative response. The mutagenesis of the effluent and soil samples was evaluated in the Salmonella/microsome assay, microsuspension method, in the presence and absence of metabolization (S9 fraction – homogenate of rat liver cells, S9). The strains used evaluated frameshift errors TA98 and TA97a (sensitive to heavy metals), YG1041 and 1042 absence of metabolization (sensitive to nitrocompounds ) and base pair substitution TA100 and TA102 (sensitive to oxidative damage). The dose-response curves were evaluated by regression analysis and ANOVA (SALANAL program). The effluent showed significant responses, with values (revertants/mL) of 510±151.8 (TA97a-S9) and 780±136.9 (TA100+S9). The results indicated mutagenesis for (TA97a+S9) for organic extracts The mutagenesis of the acid soil extracts showed positive responses (92±31.7 revertants/mg of dry soil equivalent; TA97a+ S9) and indicative of mutagenesis TA100+S9. The effects detected indicate that inorganic compounds, as heavy metals, can lead to the toxicity and mutagenesis observed, besides accumulating in the vegetable tissues. The studies subsidized preventative measures for legislation that considers restrictions to the discharge of potentially polluting substances on the soil, using analyses of the chemical doses together with toxicity and genotoxicity assays.

Orientador: Telma Teixeira Franco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T01:46:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Scoparo_CarlosHenriqueGimenes_M.pdf: 8721395 bytes, checksum: f551ca0f4783c7c7d5825095f8583c89 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao desenvolvimento da tecnologia de sequestro de dióxido de carbono através do cultivo de microrganismos unicelulares fotossintetizantes (microalgas e cianobactérias). O aumento da concentração de gases de efeito estufa na atmosfera terrestre, principalmente CO2 formado na queima de combustíveis fósseis, e os temores relativos ao impacto do aquecimento global sobre o equilíbrio climático do planeta têm levado ao desenvolvimento de tecnologias que promovam o sequestro do CO2 emitido e a substituição de combustíveis fósseis por fontes sustentáveis e mais limpas como os biocombustíveis. As microalgas podem ser usadas simultaneamente para promover o sequestro de CO2 durante o crescimento fotossintético e ser a matéria-prima de diversos biocombustíveis, principalmente biodiesel e biogás. Neste sentido, este trabalho objetivou (1) quantificar as taxas de sequestro de CO2 nas fases líquida e gasosa durante o cultivo fotossintético da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli em fotobiorreator tubular de coluna de bolhas usando como meio de cultura efluente líquido da indústria petroquímica enriquecido com sais; (2) determinar quanto do CO2 sequestrado é efetivamente fixado na biomassa das microalgas; (3) quantificar o impacto do fotoperíodo de 12 horas de luminosidade sobre o desempenho do sistema de cultivo; (4) discutir a viabilidade energética e ambiental do processo. Os resultados experimentais demonstraram equivalência entre as taxas de sequestro de CO2 medidas nas fases líquida e gasosa do sistema, atingindo uma taxa máxima de sequestro de CO2 de 18,7 ± 0,5 mg/L/min em 96 horas de cultivo em batelada sob luminosidade constante. A operação em fotoperíodo de 12 horas de luminosidade levou a uma diminuição de 78% do total de CO2 sequestrado pelo sistema. O balanço parcial das rotas de conversão de carbono demonstrou que aproximadamente apenas 3% do CO2 sequestrado pelo sistema é efetivamente fixado na biomassa formada e que rotas biológicas de fixação de carbono, como a excreção de biopolímeros e liberação de compostos orgânicos voláteis, são predominantes durante o cultivo em detrimento de rotas físico-químicas. A análise de viabilidade energético-ambiental do processo em escala industrial demonstrou que o sistema é capaz de produzir mais energia do que consome durante o processo produtivo / Abstract: This work is a contribution to the development of the technology of carbon dioxide biofixation through the cultivation of unicellular photosynthesizing microorganisms (microalgae and cyanobacteria). The increase of greenhouse gases concentration in the earth atmosphere, mainly CO2 released through the burning of fossil fuels, and the worries about the impact of global warming on the planetary climate equilibrium has taken to the development of CO2 sequestration technologies and the replacement of fossil fuels for cleaner and sustainable fuels such as biofuels. Microalgae can be used simultaneously to promote CO2 sequestration during its photosynthetic growth and be a source of various types of biofuels, mainly biodiesel and biogas. In this regard, this work aimed to (1) quantify CO2 sequestration rates in both liquid and gaseous phases during the photosynthetic cultivation of the cyanobacteria Aphanothece microscopica Nägeli in bubble column photobioreactor using supplemented refinery wastewater as culture medium; (2) determine the percentage of carbon dioxide sequestered that is effectively fixed as microalgal biomass; (3) quantify the impact of intermittent illumination (light cycle of 12 hours) on the culture performance; (4) discuss the energetic and environmental viability of the process. The experimental results showed equivalence between CO2 sequestration rates measured on liquid and gaseous phases of the system. Maximum CO2 sequestration rates of 18.7 ± 0.5 mg/L/min were achieved at 96 hours of cultivation during the continuous illumination experiment. The cultivation in intermittent light regime resulted in a loss of 78% on the CO2 sequestration capacity. The partial balance of the carbon conversion routes showed that only a small fraction (about 3%) of the sequestered CO2 was effectively fixed as microalgae biomass. Additionally, biological conversion routes, as the excretion of biopolymers and the release of volatile organic compounds, seemed to be predominant in the bioreactor rather than physicochemical routes. The energetic and environmental viability analysis of the industrial process showed that the system is able to produce more energy than the amount that is consumed during the production process / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Lucia Regina Durrant / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T21:34:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_JulianaGiseleBeloteD'Arcadia_D.pdf: 1094793 bytes, checksum: 9fff23fc94e5bf172cdf4158fde536f3 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O presente estudo avaliou a utilização da tecnologia de tratamento de despejos líquidos de uma indústria cervejeira e de refrigerantes pelo sistema biológico aeróbio. Buscou-se a remoção da carga orgânica mediante quantificação da demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio amoniacal total, turbidez, sólidos sedimentáveis (SS), fósforo (P), condutividade e toxicidade. O sistema de tratamento proposto foi constituído por quatro reatores em série com volume total de 16 L. A alimentação foi realizada de forma contínua pela parte inferior e por gravidade. Para a imobilização dos microrganismos nos reatores foi utilizado, como suporte, argila expandida. Para o sistema aeróbio foi utilizada aeração prolongada mediante injeção ascendente de oxigênio. As análises foram realizadas diariamente, no afluente do reator e no efluente tratado em diferentes tempos de retenção hidráulica (TRH/h). Os resultados obtidos mostraram que o sistema de tratamento, empregando 4 reatores acoplados, foi eficiente para a remoção da carga orgânica poluente do efluente da indústria. Ocorreu diminuição da DQO em todos os tempos de retenção hidráulica testados. O TRH 1,9 mostrou ser o mais eficiente, visto que é o tempo com a maior vazão, fato de extrema importância para o tratamento de efluentes industriais. Neste TRH houve maior porcentagem de remoção da DBO (67,4%), toxicidade com microcrustáceo Daphinia similis (52,3%), condutividade (13,13%), além de significativa remoção da DQO (58,7%) / Abstract: The present study the treatment of the waste waters of a beer and soft drink industry by an aerobic biological system was evaluated. The removal of the organic load by means of the quantification of the biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), total ammoniacal nitrogen, turbidity, sedimented solids (SS), phosphorus (P), conductivity and toxicity. Were determined proposed the consisted of four reactors in series with a total volume of 16 L. The feeding was carried out carried out continuous by through the of the bioreactor inferior part and by gravity. Expanded clay was used as support for the immobilization of the microorganisms in the reactors. Continuous aeration by means of ascending injection of oxygen was used for the aerobic system. The analyses were performed daily in samples from the treated and untreated industrial effluent using different times of hydraulical retention (HRT/h). The results showed that the treatment system, using 4 connected reactors was efficient for the removal of the pollutant organic load of the industrys effluent. Reduction of the COD occurred in all the tested hydraulical retention times used HRT of 1.9 was found to be the most efficient HRT, since it was the time with the hioghest outflow, fact that is of extreme importance for the treatment of industrial effluents. In this HRT there was a greater percentage of reduction of the BOD (67.4%), the toxicity with the Daphinia similis (52.3%) and conductivity (13.13%), besides the significant reduction of the COD (58.7%) / Doutorado / Doutor em Ciência de Alimentos

Este trabalho apresenta a avaliação da estabilidade e da eficiência de dois reatores anaeróbios operados em batelada seqüencial no tratamento de água residuária que simula o efluente de indústria de produtos de higiene pessoal, sendo um com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano (AnSBBR) e recirculação da fase líquida, e outro com biomassa granular autoimobilizada (AnSBR) e agitação mecânica. O AnSBBR foi operado em batelada e em batelada alimentada, seguida de batelada, com tempo de ciclo (tc) de 8 h e carga orgânica volumétrica aplicada (COVA) de 0,9 e 1,5 gDQO/L.d, tratando 2,5 L de meio líquido por ciclo. Os valores de eficiência de remoção de matéria orgânica de amostras filtradas do efluente ficaram abaixo de 71% nas condições operadas em batelada, e acima de 74% nas condições operadas em batelada alimentada, seguida de batelada. Por outro lado, o AnSBR foi operado em batelada, com tc de 8, 12 e 24 h e COVA de 0,75, 0,50 e 0,25 gDQO/L.d, tratando 2,0 L de meio líquido por ciclo. O aumento de tc resultou em ganho de eficiência nas condições de mesma COVA, chegando a 77% para tc de 24 h, contra 69% para tc de 8 h. Porém, houve queda de eficiência nas condições em que a COVA foi reduzida em função do aumento de tc. / This study presents the evaluation of stability and efficiency of two anaerobic sequencing batch reactors for wastewater treatment simulating the effluent from industry of personal care products, one containing immobilized biomass on polyurethane foam (AnSBBR) and external circulation of the liquid phase, and the other with self-immobilized granulated biomass (AnSBR) and mechanical agitation. The AnSBBR was operated in batch and fed batch/batch modes, with cycle time (tc) of 8 h and applied organic loading rates (COVA) of 0.9 and 1.5 gDQO/L.d, treating 2.5 L of liquid medium per cycle. The values of organic matter removal efficiency for filtered samples of effluent were below 71% in batch operations, and over 74% in fed-batch/batch operations. On the other hand, the AnSBR was operated in batch, with tc of 8, 12 and 24 h and COVA of 0.75, 0.50 and 0.25 gDQO/L.d, treating 2.0 L of liquid medium per cycle. The increase of tc resulted in higher values of efficiency for conditions with the same COVA, reaching 77% for a 24-h cycle against 69% for an 8-h cycle. However, there was an efficiency drop at the conditions in which COVA was reduced due to an increase of tc.

L’industrie de traitement de surfaces (TS) utilise de nombreux produits chimiques, en particulier des métaux toxiques et des substances organiques, qui sont connus pour être nocifs vis-à-vis des humains et de l’environnement. En raison d’une réglementation de plus en plus stricte, les effluents contenant des métaux lourds (Zn, Cu, Ni, Fe, Al, Cr, etc.) et de la charge organique caractérisée par le paramètre DCO (demande chimique en oxygène) doivent être traités. Il existe une grande variété de procédés de traitement des eaux usées provenant de la filière traitement de surface. En général, les systèmes conventionnels dedétoxification se composent principalement d’un ajustement de pH, d’une oxydation des cyanures et d’une réduction des chromes, suivi d’une précipitation sous forme d’hydroxydes et d’une clarification, et parfois d’une étape d’adsorption sur charbonpour enlever la DCO résiduelle. Cependant, la technologie sur charbon actif présente plusieurs problèmes tels que la saturation rapide et des problèmes de colmatage et de régénération des réacteurs. Comme les résines d’échange d’ions, leur utilisation est restreinte due au coût élevé. Pour ces raisons, la plupart des petites et moyennes entreprises ne peuvent pas utiliser de tels traitements. Ainsi, afin de répondre à ces problématiques, de nombreuses études sont menées pour trouver des alternatives peu coûteuses, qui soient efficaces et acceptables pour un usage industriel. Dans cette étude, la bio-adsorption sur un bio-adsorbant d’amidon réticulé a été utilisée pour retenir les métaux et la DCO contenus dans différents effluents industriels. L’adsorption a été étudiée en fonction du temps de contact, de la masse d’adsorbant et de la charge polluante (concentration, nature). L’influence de ces paramètres sur l’efficacité d’adsorption a été évaluée en utilisant une méthode conventionnelle en mode cuvéedite méthode en batch. Les résultats ont montré que le matériau présente des capacités d’adsorption élevées vis-à-vis des ions métalliques, ce qui permet de diminuer les concentrations métalliques en dessous des valeurs réglementaires. Des résultats similaires ont été obtenus vis-à-vis de la charge organique, et ceci quelque soit le type d’effluent. Afin d’évaluer l’impact des rejets industriels provenant de quatre entreprises différentes de TS, nous avons effectué des tests écotoxicologiques normalisés basés sur l’utilisation de graines de laitue Lactuca sativa. Nous avons mesuré le taux de germination, la longueur et la masse deslaitues. Les résultats ont permis de comparer la toxicité des quatre rejets: les rejets contenant du cuivre et du nickel ont un impactbeaucoup plus élevé que ceux contenant du zinc ou de l’aluminium. De plus, les tests de germination effectués à l’aide de solutions synthétiques ont confirmé que les mélanges de métaux présentent une toxicité plus élevéeque celle de leurs constituants considérés isolément. Les testsde phytotoxicitéont été également réalisés sur les rejets industriels avant et après adsorption. Ces tests biologiques ont confirmé l’efficacité du procédépour diminuer fortement la toxicité du rejet. L’abattement chimique et la réduction de la toxicité ont démontré que la bio-adsorption sur un matériau non-conventionnel peut être une étape de finition intéressante pour la détoxification des rejets industriels.Enfin, les tests biologiques normalisés sont rapides, faciles à mettre en œuvre et parfaitement reproductibles. Ils pourraient être utilisés en routine pour évaluer les impacts d’un rejet industriel, même lorsque celui-ci satisfait aux exigences réglementaires / The surface-treatment industry consumes an important range of chemicals, in particular toxic metals and organics that are known to be harmful to humans and environnment. Because of more and more stringer regulations, effluents polluted with heavy metals and organics characterized by chemical oxigen demand must be treated.[...]

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shaiane__Lucas.pdf: 2393290 bytes, checksum: 9e5c684ef130e9552f01b3191e3e8e1d (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / This study evaluated the hydrogen and methane production from cassava starch wastewater in reactors in series. The acidogenic and methanogenic reactors were operated in a continuous flow and trials were divided into three stages. In Stage 1, three essays for hydrogen production evaluated the effect of initial pH (6.0 and 4.5), substrate concentration (1.4, 1.1 and 2.2 g total carbohydrates.L-1) and strategies to control biomass (by disposal or change in the structure of such support material with low density polyethylene) in anaerobic reactors of fixed bed and upflow at 36 °C. The best operating condition among the evaluated ones was pH 6.0 and concentration of 1.4 g total carbohydrates.L-1, which resulted in Hydrogen Volumetric Productions (HVP) of 229 mL.L-1.d-1 and yield of 29.4 mL.g-1total carbohydrate. The best strategy to control biomass was the sort of bed with polyethylene cylinders, which provided the least changes in flow regime and excessive growth of biomass. In Stage 2, the effect of inoculum source was evaluated in two packed-bed reactors operating according to the following conditions: pH 6.0; 2 g.L-1concentration of substrate, 20 g.L-1.d-1organic loading rate (OLR) and hydraulic retention time (HRT) of 2-hour. In the inoculated reactor with autofermented effluent, the answers were: 550 mL.L-1.d-1and hydrogen yield of 38mL.g-1total carbohydrates. These values were higher than those observed for the reactor inoculated with anaerobic heat-treated sludge, which indicated that the use of simple inoculums is a viable strategy for hydrogen production under the tested conditions. In addition to these essays, the influence of ORL and HRT were also evaluated. The increase of ORL (10 to 20 g-total carbohydrates.L-1.d-1) and decrease of HRT (4 to 2 hour) resulted in a higherhydrogen production (467 mL.L-1.d-1), hydrogen percentage in the studied biogas (40%) and molar flow rate (2.16 mmol.h-1). Therefore, the average yield of 30 mL H2.g-1 total carbohydrate was the same for both conditions tested. In general, butyric acid was associated with higherhydrogen production, followed by acetic and propionic acids, besides ethanol, in the five analyzed essays. In Stage 3, methane production from the acidified effluent was evaluated in a horizontal anaerobic reactor of fixed bed and continuous flow, operated at mesophilic temperature. The operating conditions were divided into four stages, whose variations were: initial pH (5.0 and 7.0), OLR (1.54; 3.54 and 6 g-COD.L-1.d-1) and HRT (5; 1.5 and 1.1 d). The results of effluent pH greater than 7.0, volatile acidity/total alkalinity of 0.2 and 98% removal of organic matter showed that the reactor performance was not impaired by the separation of acidogenic and methanogenic stages. The highest production of methane was observed in Phase IV, with pH 5.0, 6 g.L-1.d-1 OLR and 1.1 d HRT, resulting in average values of 0.82 L.L-1.d-1 for volumetric methane production, 0.85 L.g-1CODremoved yield and 80% methane in biogas composition. The energy efficiency in the combined system was 17% higher than the one observed in the single system for the treatment of cassava starch wastewater. / Este trabalho avaliou a produção de hidrogênio e metano a partir de efluente de fecularia de mandioca em sistema combinado. Os reatores acidogênico e metanogênico foram operados em fluxo contínuo, e os ensaios divididos em três etapas. Na Etapa 1, três ensaios para produção de hidrogênio avaliaram o efeito do pH inicial (6,0 e 4,5), concentração de substrato (1,4, 1,1 e 2,2 g carboidratos totais.L-1) e estratégias de controle da biomassa (por descarte ou mudança na estruturação do material suporte de polietileno de baixa densidade) em reatores anaeróbios de leito fixo e fluxo ascendente, à temperatura de 36 C. A melhor condição operacional dentre as avaliadas foi pH 6,0 e concentração de 1,4 g carboidratos totais.L-1, que resultou em Produções Volumétricas de Hidrogênio (PVH) de 229 mL.L-1.d-1 e rendimento de 29,4 mL.g-1 carboidrato total. A melhor estratégia de controle de biomassa foi a ordenação do leito com cilindros de polietileno, a qual proporcionou menores alterações no regime de escoamento e crescimento excessivo da biomassa. Na Etapa 2, o efeito da fonte de inóculo foi avaliado em dois reatores de leito empacotado nas condições operacionais pH 6,0; concentração de substrato de 2 g.L-1, Carga Orgânica Volumétrica aplicada (COV) de 20 g.L-1.d-1 e Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 2 horas. No reator inoculado com efluente autofermentado verificou-se PVH de 550 mL.L-1.d-1 e rendimento de hidrogênio de 38 mL.g-1 carboidratos totais. Esses valores foram maiores que os observados para o reator inoculado com lodo anaeróbio tratado termicamente, os quais indicaram que a utilização de inóculos simples representa uma estratégia viável para produção de hidrogênio nas condições testadas. Além desses ensaios, a influência da COV e do TDH também foi avaliada. O aumento COV (de 10 para 20 g.L-1.d-1) e a redução do TDH (de 4 para 2 h) resultaram em maior produção de hidrogênio (467 mL.L-1.d-1), percentual de hidrogênio no biogás (40%) e vazão molar (2,16 mmol.h-1). Entretanto, o rendimento médio de 30 mL H2.g-1 carboidrato total foi igual para as duas condições testadas. De modo geral, o ácido butírico foi associado à maior produção de gás hidrogênio, seguido dos ácidos acético e propiônico, além de etanol, nos cinco ensaios realizados. Na Etapa 3, a produção de metano a partir do efluente acidificado foi avaliada em reator anaeróbio horizontal de leito fixo e fluxo contínuo, operado em condição mesofílica de temperatura. As condições operacionais foram divididas em quatro fases, com variação do pH inicial (5,0 e 7,0), da COV (1,54; 3,54 e 6 g DQO.L-1.d-1) e do TDH (5; 1,5 e 1,1 d). Os resultados de pH efluente superior a 7,0, relação acidez volátil/alcalinidade total de 0,2 e remoção de 98% da matéria orgânica evidenciam que o desempenho do reator não foi prejudicado pela separação das fases acidogênica e metanogênica. A maior produção de metano foi observada na Fase IV, com pH 5,0, COV de 6 g.L-1.d-1e TDH de 1,1 d, que resultou em valores médios de produção volumétrica de metano de 0,82 L.L-1.d-1, rendimento de 0,85 L.g-1DQOremovida e 80% de metano na composição do biogás. O rendimento energético no sistema combinado foi 17% superior ao observado em sistema único no tratamento de efluente de fecularia.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1800276 bytes, checksum: 66affbd645f74655755fe734aa55e50a (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Cosmetic industry wastewaters can contain a complex mixture of chemicals, representing potential toxicity to aquatic organisms when released untreated or insufficiently treated into receiving waters. Despite the importance of including ecotoxicological assessment in the wastewater monitoring, there is still the need to identify the compounds responsible for toxicity, to allow its effective reduction. The United States Environmental Protection Agency has developed a method to assist in the identification of toxic substances, known as Toxicity Identification and Evaluation (TIE), which is based on sample manipulation by a series of physical and chemical processes, aimed at separating classes of compounds to determine their potential toxicity. In this work, the TIE methodology was applied to wastewater generated at a small cosmetics industry, located in the state of Minas Gerais. The physical-chemical and ecotoxicological analysis of samples collected from the inlet and outlet of the wastewater treatment plant (WTP) revealed an inefficient operation of the system (physical-chemical processes of coagulation, flocculation, sedimentation and filtration). Organic matter, suspended solids and surfactants concentrations in the treated effluent samples exceeded the legal standards for effluent discharge. Acute and chronic toxicity testing with organisms from three trophic levels (Vibrio fischeri, Daphnia similis, Ceriodaphnia dubia and Pseudokirchneriella subcapitata) indicated high toxicity of treated effluents. After application of the procedures described in Phase I of the TIE protocol, sources of toxicity from ammonia, cationic metals and oxidant compounds were discarded, and the toxicity was associated with particulate matter, volatile or sublatable and nonpolar to moderately polar organic compounds. These results indicated surfactants, ingredients used in large quantities in the production process, as a possible source of toxicity. The evaluation of individual and combined toxicity of the major surfactants used in the industry was able to confirm this suspicion, even though other possible sources of toxicity, such as fragrances, should not be discarded. / Os efluentes líquidos gerados por indústrias de cosméticos podem ser formados por misturas complexas de substâncias químicas, apresentando potencial tóxico aos organismos aquáticos quando lançados nos corpos-d água sem tratamento ou insuficientemente tratados. Apesar da importância em se englobar a avaliação ecotoxicológica no monitoramento de efluentes líquidos, há ainda a necessidade em se identificar os compostos responsáveis pela toxicidade, possibilitando a sua efetiva redução. A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos desenvolveu um método para auxiliar na identificação de substâncias tóxicas, conhecido como Avaliação e Identificação da Toxicidade (AIT), que baseia-se na manipulação das amostras através de uma série de processos físicos e químicos, objetivando separar grupos de compostos para verificar seu potencial tóxico. Neste trabalho foi aplicada a metodologia de AIT aos efluentes líquidos gerados por uma indústria de cosméticos de pequeno porte, localizada no estado de Minas Gerais. A caracterização físico-química e ecotoxicológica de amostras coletadas na entrada e na saída da Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) para as três campanhas realizadas revelaram uma operação ineficiente do sistema de tratamento implantado (processo físico-químico de coagulação, floculação, decantação e filtração). Foram detectados teores de matéria orgânica, sólidos em suspensão totais e surfactantes em desconformidade com os padrões legais para lançamento de efluentes, e testes de toxicidade aguda e crônica com organismos de três níveis tróficos (Vibrio fischeri, Daphnia similis, Ceriodaphnia dubia e Pseudokirchneriella subcapitata) indicaram elevada toxicidade dos efluentes tratados. Após a aplicação dos procedimentos previstos na fase I do protocolo de AIT, foram descartadas as fontes de toxicidade por amônia, metais catiônicos e compostos oxidantes, sendo a toxicidade associada a materiais particulados, compostos voláteis ou subláteis e a compostos orgânicos apolares ou moderadamente polares. Tais resultados indicaram os surfactantes, ingredientes empregados em elevadas quantidades no processo produtivo, como possível fonte da toxicidade. A avaliação da toxicidade individual e combinada dos principais surfactantes utilizados na indústria puderam confirmar essa suspeita, apesar de não terem sido descartadas outras possíveis fontes, como, por exemplo, das fragrâncias empregadas.