Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luciara Ciane Port Thome.pdf: 1696527 bytes, checksum: f809752851373066f0420949b0b14357 (MD5) Previous issue date: 2008-02-13 / In this work was carried out a study of the lead bioaccumulation process by living aquatic macrophytes Salvinia auriculata. Initially, they were performed toxicological and growing tests in order to determine the non-toxic lead concentration limits and the minimum amount of biomass for the lead uptake experiment duration. The bioaccumulation experiment was performed using young and healthy floating aquatic plants of species S. auriculata. Approximately 30 grams of S. auriculata were put in growing at several 8-L recipients containing 5 L hydroponics solution and a non-toxic lead concentration of 2 mg L-1, during 29 days in a greenhouse. For the lead uptake experiment, seven collection times were set up at intervals of 1, 2, 5, 8, 22 and 29 days, including the zero time and was measured the growing solution temperature and pH, and the solution volume was monitored and deionized water was added to compensate the losses by evaporation. In order to measure the total lead concentration accumulated in aqueous solution obtaining from roots and leaves and growing solution, a Synchrotron Radiation Total Reflection X-Ray Fluorescence technique was used. The lead removal factor by S. auriculata after 29 days, in experimental conditions, was around 87 %. Moreover, it was observed a strong reduction of 50 % of lead concentration in liquid phase and lead accumulation in roots after the first 24 hours of experiment, while there a constant lead concentration in roots after the second day, indicating the transport and accumulation of lead into the leaves. The lead adsorption experimental data by S. auriculata were modeling by the irreversible adsorption kinetic of Langmuir. In the model, the equation system was resolved by DASSL algorithm and the kinetic parameters were obtained and optimized by an objective function using a SIMPLEX algorithm. The adsorption rate constant (k) value was 0.12 L d mg-1 Pb+2 while the maximum lead contents (qmax) value in the biomass was 0.15 mg Pb+2 g-1. The aquatic plant S. auriculata can be a good alternative for effluent treatment through both bioadsorption and bioaccumulation mechanism. The process based on the Phytoremediation technique using aquatic plants have become a attractive economical process due to its easy applicability , low operational costs and high efficiency. / Neste trabalho foi realizado um estudo do processo de bioacumulação de Pb+2 pela macrófita aquática Salvinia auriculata. Realizaram-se inicialmente testes toxicológicos e de crescimento para determinar os níveis tóxicos de Íons de Pb+2, estipular a massa mínima adequada, duração da experiência e os intervalos de coleta para o experimento da bioacumulação. O experimento da bioacumulação foi conduzido utilizando plantas jovens e sadias da espécie aquática e flutuante S. auriculata. Foram cultivadas, durante 29 dias em estufa, aproximadamente 30 gramas em recipiente de 8 L, em várias réplicas, contendo 5 litros de uma solução hidropônica (de Clark) e uma concentração não tóxica de 2 mg Pb+2 L-1. Foram realizadas 7 coletas, incluindo a coleta 0, a intervalos de 1, 2, 5, 8, 22 e 29 dias, monitorando pH e temperatura e fazendo a reposição de água devido a perdas por evaporação. As concentrações totais de chumbo, tanto na fase fluida como na raiz e na folha, foram determinadas pela técnica SR-TXRF. O fator de remoção de chumbo pela salvinia após 29 dias de cultivo, nas condições estudadas, foi de 87 %. Além disso, foi observado que a adsorção de chumbo foi rápida nas primeiras 24 horas, reduzindo em aproximadamente 50 %. A partir do segundo dia, a concentração de chumbo é quase constante, indicando a ocorrência de transporte e acumulação de chumbo na folha. Os dados experimentais de adsorção de Íons de Pb+2 pela S. auriculata foram representados pelo modelo cinético irreversível de Langmuir. No ajuste dos dados experimentais pelo modelo proposto, utilizou-se de uma função objetivo para otimizar os parâmetros de adsorção: a constante da taxa de adsorção e a quantidade máxima de sítios disponíveis na biomassa, cujos valores obtidos foram k = 0,12 L d mg-1 Pb+2 e qmax = 0,15 mg Pb+2 g-1. A planta S. auriculata mostrou-se uma boa opção para tratamento de efluentes através dos mecanismos de adsorção e bioacumulação. O processo de remoção de metal por planta aquática comprovou ser economicamente atrativo, de fácil disponibilidade, baixos custos operacionais e alta eficiência.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabio Luciano Lavarda.pdf: 1286405 bytes, checksum: 6e333d013ea649c1abc83af92614fc90 (MD5) Previous issue date: 2010-02-19 / The aim of this work was to evaluate the adsorption capacity of Eichhornia crassipes as well as to investigate on the adsorption equilibrium and kinetic of copper, cadmium and zinc divalent ions in single, binary and ternary sorption systems. In order to improve the biosorption kinetic and experimental equilibrium conditions, the temperature effect on the plant drying was tested in 30 and 50°C temperatures, while the solution temperature effect was evaluated at four controlled temperatures, ranging from 25 to 45°C. The biosorbent grain size effect was also studied, using three fractional grain sizes between 0.147 to 0.589 mm and their mixture as well. For all tests, a volume of 50 mL for metal solution (4 mEq.L-1) was added to 250 mg dry plant in 125-mL Erlenmeyer flask. The mixtures were shaken for 12 h for each temperature setting, and then, the quantity of metal in each filtrated liquid phase sample was measured by AAS. In order to obtain the equilibrium time, the adsorption experimental times were set up at several short contact times, ranging from 5 min to 48 h. On the other hand, several batch single metal sorption experiments using the E. crassipes biomass as biosorbent were also carried out using a constant volume of 50 mL metal-supplied solution (4.0 mEq.L-1) in contact with dry biomass, ranging from 20 to 550 mg. Similarly, batch multicomponent sorption experiments, with equals and different amounts of metals spiked in biosorption medium, were performed in pH 5, during a 4 h shaking time. Within the dry temperature range tested, a higher metal removal performance was achieved for a temperature of 30oC. In the interval from 25 to 45oC controlled temperatures, the highest metal removal percent was observed to occur at 30oC solution temperature. On the other hand, the metal-sorption experiments based on fractional biomass grain sizes (0.147-0.589 mm) have not shown significant differences on the metal ion removal as compared among a mixture of them and different grain sizes tested. The results of monocomponent kinetic tests have showed that the equilibrium time was achieved around 2 h, 1 h and 45 min for Zn(II), Cu(II) and Cd(II), respectively. However, 1 and 2 h equilibrium time was achieved for Zn(II) and Cd(II), respectively, in a Zn(II)-Cd(II) binary system. In similar way, 1 and 2 h equilibrium time was achieved for Cu(II) and Cd(II), respectively, in a Cu(II)-Cd(II) binary system, while it was 45 min for both Zn(II) and Cu(II) in a Zn(II)-Cu(II) binary system. From the ternary kinetic test, equilibrium time of 45 min was observed for both Zn(II) and Cd(II), while a 1h equilibrium time was observed for Cu(II). The kinetic experimental data, at 30oC and pH 5, were found to best follow the pseudo-second order kinetic model, according to the good correlation coefficient value. The single equilibrium data for each metal at pH 5 were described according to the Langmuir isotherm model, with the same maximum metal content (qmax) values around 0.6 mEq.g-1 for all metals. While, the binary sorption data were evaluated through the Langmuir-type isotherms surface and their adjustable parameters were determined by the PSO (Particle Swarm Optimization) method. From the modeling results of the binary sorption data, the maximum metal contents were: 0.49 and 0.21 mEq.g-1 for Zn(II) and Cu(II), respectively, in Zn(II)-Cu(II) system; 0.42 and 0.17 mEq.g-1 for Cu(II) and Cd(II), respectively, in Cu(II)-Cd(II) system; 0.46 and 0.17 mEq.g-1 for Zn(II) and Cd(II), respectively, in Zn(II)-Cd(II) system. While, the maximum metal content values of 0.27, 0.65 and 0.30 mEq.g-1 were obtained for Zn(II), Cu(II) and Cd(II) ions, respectively, for a ternary sorption system. The kinetic and equilibrium adsorption results suggest that the E. crassipes biomass can be used as a low-cost, alternative biosorbent in metal treatment systems of industrial effluents. / O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de adsorção da macrófita Eichhornia crassipes, bem como investigar o equilíbrio e a cinética de adsorção dos íons divalentes cobre, cádmio e zinco, em sistemas monocomponentes, binários e ternários de sorção. A fim de melhorar a cinética de biossorção e as condições experimentais de equilíbrio, foi testado o efeito da temperatura de secagem da planta utilizando as temperaturas de 30 e 50°C, enquanto que o efeito da temperatura de sorção foi avaliada em quatro diferentes temperaturas, variando de 25 a 45°C. O efeito do tamanho dos grânulos do biossorvente também foi estudado utilizando-se três granulometrias, as quais estavam na faixa entre 0,147 e 0,589 mm e também foi testada a mistura dos grânulos sem ser peneirada. Para todos os testes, um volume de 50 mL de solução contendo os íons metálicos (4 mEq.L-1) foi colocada em contato com 250 mg de biomassa em erlenmeyers de 125 mL. As misturas foram agitadas por 12 h para cada ajuste de temperatura e, em seguida, as amostras foram filtradas e as quantidades de íons metálicos presentes na fase líquida foram medidas por espectrofotometria de absorção atômica. A fim de obter os tempos de equilíbrio foram realizados experimentos de adsorção em uma faixa de tempo variando de 5 min a 48 h. Também foram realizados testes batelada dos dados de equilíbrio utilizando a biomassa da E. crassipes como biossorvente em um volume constante de 50 mL de solução de metal (4,0 mEq.L-1) em contato com a biomassa seca, variando de 20 a 550 mg. Da mesma forma foram realizadas as bateladas experimentais de adsorção multicomponente, em pH 5, durante 4 horas de agitação. A temperatura de secagem da macrófita que obteve um desempenho maior na remoção dos íons metálicos foi a de 30°C. Para as temperaturas de sorção testadas no intervalo de 25 a 45°C, a percentagem mais elevada de remoção dos metais foi observada em 30°C. Por outro lado, os experimentos de sorção em várias granulometrias (0,147 a 0,589 mm) não mostraram diferenças significativas na remoção dos íons metálicos em relação à mistura delas ou entre as diferentes granulometrias testadas. Os resultados dos testes cinéticos monocomponentes mostraram que o tempo de equilíbrio foi alcançado em torno de 2 h, 1 h e 45 min para Zn (II), Cu (II) e Cd (II), respectivamente. No entanto, no sistema binário Zn(II)-Cd(II), os tempos de equilíbrio foram 1 e 2 h para o Zn(II) e para o Cd(II), respectivamente. De maneira similar, tempos de equilíbrio de 1 e 2 h também foram alcançados para o Cu(II) e para o Cd(II), respectivamente, no sistema binário Cu(II)-Cd(II) e de 45 min para ambos os íons Zn(II) e Cu(II) no sistema binário Zn(II)-Cu(II). A partir do teste cinético ternário foi possível observar que o tempo de equilíbrio para os íons Zn(II) e Cd(II) foram de 45 min, enquanto que para o Cu(II) o tempo de equilíbrio foi de 1h. Os dados experimentais da cinética em 30°C e em pH 5 foram melhor ajustados pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem de acordo com o valor do coeficiente de correlação obtido. Os dados de equilíbrio foram melhor descritos pela isoterma de Langmuir em pH 5 para todos os íons metálicos, obtendo os valores das capacidades máximas de sorção (qmax) em torno de 0,6 mEq.g-1 para todos os metais. Os dados de sorção para os sistemas binários foram avaliados através das isotermas de superfície de resposta pelo modelo de Langmuir e os parâmetros ajustáveis foram determinados pelo método PSO (Particle Swarm Optimization). A partir dos resultados obtidos na modelagem dos dados binários as capacidades máximas de sorção dos íons metálicos foram: 0,49 e 0,21 mEq.g-1 para o Zn(II) e o Cu(II), respectivamente, no sistema binário Zn(II)-Cu(II); 0,42 e 0,17 mEq.g-1 para o Cu(II) e o Cd(II), respectivamente, no sistema Cu(II)-Cd(II) e 0,46 e 0,17 mEq.g-1 para o Zn(II) e o Cd(II), respectivamente, no sistema Zn(II)-Cd(II). Enquanto que, para os sistema ternário, as capacidades máximas de sorção foram de 0,27; 0,65 e 0,30 mEq.g-1 para o Zn(II), o Cu(II) e o Cd(II), respectivamente. Os resultados obtidos na cinética de adsorção e de equilíbrio sugerem que a biomassa da E. crassipes pode ser utilizada com um baixo custo e é um biossorvente alternativo para o uso em sistemas de tratamento de efluentes industriais.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ana Paula de Oliveira.pdf: 11086894 bytes, checksum: 428ff3baaac89e47e47de37f81ccdfc5 (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The main objective of this study was to verify the influence of the macronutrient phosphorus in the lead bioaccumulation process, using the living aquatic macrophyte Eicchornia crassipes. In addition, the removal capacity of lead ions and some nutrients such as P, K, Ca and Fe, by the E. crassipes was verified, obtaining also information on how these are distributed within two compartiments of the plant: roots and leaves. For this, a set of metal removal/bioaccumulation experiments, in batch mode, was performed for different concentration ranges of metal and nutrients in hydroponic conditions. Several 5 L growing solutions based on the set of macro and micronutrients specified by Clark as being adequate to cultivate plants in hydroponic conditions were prepared, containing a mixture of lead (0, 5, 10, 15 and 20 mg L-1) and phosphorus (once, twice, four and eight times of 3,2 mg L-1) concentrations among other constant essential nutrient ones. At a greenhouse and using several 8 L containers approximately 80 g of living and healthy E. crassipes aquatic macrophytes were growded in each type of 5 L growing solution, restoring its former hydroponic and metal concentration condition at each two days time interval as well as monitoring the plant weight, the aqueous medium temperature and the pH values. After predefined collection time (2, 4, 8, 16 and 32 d), samples of growing solutions and plants were separated and measured some physico-chemical parameters and then stored in plastic bags for posterior analysis. Analysis of initial and residual concentrations of lead and nutrients available in the metal-doping Clark growing solutions as well as bioaccumalated metal concentrations in the dried plant samples (roots and leaves) were performed by SR-TXRF technique, except for phosphorus concentrations which were determined by a colorimetric method. According to the TXRF results, the adsorption/accumulation of lead ions in roots and leaves of the Eichhornia crassipes was slightly favoured by the presence of high phosphorus concentrations in the metal-doping Clark growing solutions. It can be noticed that the lead removal by roots is a quit process, occurring basically a high lead adsorption in the first days, whereas the lead bioaccumulation in leaves is a low process due to ocurr a low transportation rate of nutrients for aerial parts of the aquatic plant. Beside this, high lead concentrations in metal-doping Clark solutions have negatively influenced the accumulation of phosphorous in leaves as well as a low phosphorous adsorption in roots, suggesting that there is a detrimental effect on sorption and transport of phosphourous to the leaves by the presence of lead ions. On the other hand, it was observed a high systematically increasing of potassium concentration in roots whereas a reduction on potassium ones is occurring in leaves due to the presence of lead ions, suggesting that there is a migration process of potassium from leaves to roots. It could be occurring by different possible processes such as potassium complexation in roots or occupation of lead sites by potassium during the transportation of lead to aerial parts, reducing the potassium concentration in leaves. Further nutrient and metal adsorption/bioaccumulation experiments are necessary to understand better the translocation and accumulation process of nutrients such as phosphorus and potassium when lead ions are being adsorbed and transported within the internal structure of the aquatic plant. / O objetivo principal do trabalho foi verificar a influência do macronutriente fósforo no processo de bioacumulação do chumbo, utilizando a macrófita aquática Eicchornia crassipes viva. Além disso, verificou-se a capacidade de remoção de íons chumbo e alguns nutrientes como o P, K, Ca e Fe, pela E. crassipes, obtendo-se também informações de como estes são distribuídos dentro de dois compartimentos da planta: raízes e folhas. Para tanto, foi realizado um conjunto de experimentos de remoção/bioacumulação de metal, em batelada, para diferentes faixas de concentração de metal e nutrientes em condições hidropônicas. Foram preparadas várias soluções de cultivo com base no conjunto de macro e micronutrientes especificado por Clark como sendo adequado para cultivar plantas em condições de hidroponia, contendo uma mistura de chumbo (0, 5, 10, 15 e 20 mg L-1) e fósforo (uma, duas, quatro e oito vezes 3,2 mg L-1) entre outros nutrientes fundamentais em concentrações constantes. Em uma estufa e usando vários recipientes com capacidade de 8 L, aproximadamente 80 g da macrófita aquática E. crassipes viva e saudável, foram colocadas a crescer em 5 L de cada tipo de solução de crescimento, restaurando-se as condições iniciais hidropônicas e de concentração de metal a cada dois dias, bem como monitorando o peso da planta, a temperatura do meio aquoso e os valores de pH. Após o tempo de cultivo pré-definido (2, 4, 8, 16 e 32 d), amostras de solução de cultivo e planta foram separadas, medidos alguns parâmetros físico-químicos e armazenadas em sacos plásticos para posterior análise. Análises das concentrações inicial e residual de chumbo e de nutrientes disponíveis na solução de cultivo de Clark contendo metal, assim como concentrações de metal bioacumuladas nas amostras de planta seca (raízes e folhas), foram realizadas pela técnica SR-TXRF, exceto para as concentrações de fósforo, que foram determinadas por um método colorimétrico. De acordo com os resultados da TXRF, a adsorção/acumulação de íons de chumbo nas raízes e folhas da Eichhornia crassipes foi levemente favorecida pela presença de altas concentrações de fósforo nas soluções de cultivo de Clark contendo metal. Pode-se notar que a remoção de chumbo pelas raízes é um processo rápido, ocorrendo basicamente uma alta adsorção de chumbo nos primeiros dias, enquanto que a bioacumulação de chumbo nas folhas é um processo lento devido à ocorrência de uma baixa taxa de transporte de nutrientes para a parte aérea da planta aquática. Além disso, altas concentrações de chumbo na solução de Clark podem ter influenciado negativamente o acúmulo de fósforo nas folhas, bem como uma baixa adsorção de fósforo nas raízes, sugerindo que há uma relação prejudicial na adsorção de fósforo e seu transporte para as folhas pela presença de íons de chumbo. Por outro lado, observou-se um aumento sistemático na concentração de potássio nas raízes e redução na quantidade de potássio nas folhas devido à presença de íons de chumbo, sugerindo que há um processo de migração de potássio das folhas para as raízes. Isto pode ocorrer por diferentes processos, tais como a complexação de potássio nas raízes ou a ocupação de sítios de chumbo pelo potássio durante o transporte de metal para a parte aérea, reduzindo a concentração de potássio nas folhas. No entanto, são necessários mais experimentos de adsorção/bioacumulação de nutrientes e metal para melhor entendimento do processo de translocação e acumulação de nutrientes, como fósforo e potássio, quando íons de chumbo estão sendo adsorvidos e transportados dentro da estrutura interna da planta aquática.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Borges Lied.pdf: 1709683 bytes, checksum: afb03fea575cffbd1c379c5b02640807 (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The cassava processing industry, especially potato starch, have a high pollution potential due to the release of their effluents on aquatic ecosystems. Among the main characteristics of this effluent highlights the high organic load and the presence of cyanide ion. The treatment of wastewater from potato starch has been done predominantly by treatment ponds. However, this type of system has limitations for wastewater treatment with the presence of cyanide. The cyanide ion is toxic to micro-organisms, and at certain concentrations the effect is significant, compromising both the removal of cyanide itself as other biodegradable compounds. In this context the present study evaluated the efficiency of starch factory effluent treatment by coagulation / flocculation, employing for that seed extracts of Moringa oleifera (M.O.) as a natural coagulant, as well as the use of the aquatic macrophyte Eichhornia crassipes as natural adsorbent. In the first stage of treatment, represented by the tests of coagulation/flocculation was used the methodology of experimental planning Central Composite Rotatable Design (DCCR). The variables studied were of the M.O. and concentration of salt solution of sodium chloride (NaCl). The test conditions were the following: fast mixing speed (VMR) of 100 rpm, mixing time (TMR) of 2 min; slow speed mixing (VML) of 20 rpm, mixing time (TML) 10 min, the settling time was 60 min. The response variables analyzed in this phase were: turbidity and color, COD and cyanide ion. The operating conditions were optimized: concentration M.O. of 2484 mg L-1 and salt concentration of 0.9 mol L-1. Under these conditions it was possible to remove 89.16% of Turbidity, 54.43% of apparent color, 66.39% of COD and 9.9% of cyanide ion. Given the low efficiency of removal of cyanide ion by coagulation is started for a subsequent treatment. For this, we adopted a treatment by batch adsorption using dry biomass of the aquatic macrophyte Eichhornia crassipes as an adsorbent. For the purpose of a further investigation was used a synthetic solution cyanide (NaCN solution). The best operating conditions of pH, adsorbent dosage and contact time were 2.0, 2.0 g L-1 and 20 min, respectively. By simulating a test combined coagulation/flocculation/adsorption with the effluent of cassava industry to greater removal of cyanide ion fit the sample with pH adjustment (2.0), removing around 31%, proving the thesis of the preliminary tests indicated for tests with a solution of sodium cyanide. / As indústrias de processamento de mandioca, especialmente as fecularias, apresentam alto potencial poluidor devido ao lançamento de seus efluentes sobre os ecossistemas aquáticos. Dentre as principais características deste efluente destaca-se a alta carga orgânica e a presença do íon cianeto. O tratamento das águas residuárias de fecularias vem sendo feito predominantemente por lagoas de tratamento. No entanto, esse tipo de sistema de tratamento apresenta limitações para efluentes com presença de cianetos. O íon cianeto é tóxico aos micro-organismos, sendo que em certas concentrações a influência é bastante significativa, comprometendo tanto a remoção do próprio cianeto como de outros compostos biodegradáveis. Neste contexto o presente estudo avaliou a eficiência do tratamento de efluentes de fecularia por coagulação/floculação, para isso empregando extratos de sementes de Moringa oleifera (MO) como coagulante natural, bem como o uso da macrófita aquática Eichhornia crassipes como adsorvente natural. Na primeira etapa do tratamento, representado pelos ensaios de coagulação/floculação foi utilizada a metodologia do planejamento experimental do tipo Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). As variáveis estudadas foram: concentração de MO e concentração da solução salina de cloreto de sódio (NaCl). As condições de ensaio foram as seguintes: velocidade de mistura rápida (VMR) de 100 rpm, com tempo de mistura (TMR) de 2 min; velocidade de mistura lenta (VML) de 20 rpm, com tempo de mistura (TML) de 10 min; o tempo de sedimentação foi de 60 minutos. As variáveis de resposta analisadas nesta etapa foram: Turbidez, Cor Aparente, DQO e Íon Cianeto. As condições operacionais otimizadas foram: concentração de MO de 2484 mg L-1 e concentração salina de 0,9 mol L-1. Nestas condições foi possível remover 89,16% de turbidez, 54,43% de cor aparente, 66,39% de DQO e 9,9% de íon cianeto. Em face da baixa eficiência de remoção de íon cianeto por coagulação partiu-se para um tratamento subsequente. Para isso, adotou-se um tratamento por adsorção em batelada utilizando a biomassa seca da macrófita aquática Eichhornia crassipes como adsorvente. Para efeitos de uma melhor investigação utilizou-se uma solução sintética de cianeto (solução de NaCN). As melhores condições operacionais de pH, dosagem de adsorvente e tempo de contato foram 2,0; 2,0 g L-1 e 20 min, respectivamente. Ao simular um ensaio combinado de coagulação/floculação/adsorção com o efluente bruto de fecularia a maior remoção de íon cianeto coube a amostra com ajuste de pH (2,0), remoção em torno de 31%, comprovando a tese dos ensaios preliminares indicados pelos testes com a solução de cianeto de sódio.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gustavo H F dos Santos.pdf: 2924329 bytes, checksum: 74a03389110637af2cd08afee90b23ec (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The main objective of this study was to evaluate the types of biosorption mechanisms involved in the removal of copper, zinc and cadmium divalent ions by dead Egeria densa macrophyte biomass. Batch adsorption experiments, consisting of mixtures of 0.3 g biomass and 50 mL metal solution were performed at initial pH 5, and under constant temperature (50 oC) and shaking conditions. The PIXE analytical technique was applied to determine the metal concentration in aqueous and solid phases. All PIXE measurements were performed at the Ion Beam-based Material Analysis Laboratory of the Physics Institute of the São Paulo University. Preliminary to adsorption experiments, the point of zero charge assigned to E. densa biosorbent was determined to be at a 5.0-6.5 pH value range. From metal speciation diagrams, the Cu, Zn, Cd and Ca divalent ions are expected to be majorities below the pH values of 5, 6, 8, and 10, respectively, whereas above these pH regions other metal compounds are mainly expected. As confirmed by measured pH values of 5.0 ± 0.2 at all experiments of adsorption and desorption, E. densa biosorbent submerged in each metal solution has exhibited zero net electrical charge on its surface, indicating that the removals of Cu²+, Zn²+, and Cd²+ and the desorption of these metal ions should be mainly performed by the ion exchange mechanism. According to the mass balance analysis performed for each metal adsorption experiment, the ion exchange process was confirmed to be the main mechanism for the metal removal and desorption by the E. densa biosorbent. At pH value of 5 the E. densa biosorbent surface shows a behavior of ion exchanger. / O objetivo principal deste trabalho foi avaliar os mecanismos de biossorção envolvidos na remoção dos íons cobre, zinco e cádmio pela macrófita aquática Egeria densa inativa. Experimentos de sorção monocomponente foram realizados em sistema batelada, misturando 0,3 g do biossorvente com 50 mL de solução metálica, com pH inicial 5,0, sob agitação constante e temperatura controlada em 30°C, em uma incubadora refrigerada com agitação. A determinação da concentração das espécies iônicas nas fases líquida e sólida foi realizada pela técnica espectroscópica PIXE (Particle Induced X-ray Emission). As medidas foram realizadas no Laboratório de Análise de Materiais por Feixes Iônicos do Instituto de Física da USP. Foram realizados experimentos para determinação do ponto de carga zero (pHPCZ) da biomassa e elaborados diagramas de especiação dos metais. O pHPCZ da macrófita Egeria densa foi encontrado na faixa entre 5,0 a 6,5. Por meio de diagramas de especiação, observou-se que as formas iônicas Cu²+, Zn²+, Cd²+ e Ca²+ são predominantes nas faixas de pH entre 0 - 5,0; 0 - 5,0; 0 - 8,0 e 0 - 10,0, respectivamente. O pH final medido em todos experimentos de biossorção e de regeneração da biomassa, foi em média de 5,0 ± 0,2. Desta forma, nos experimentos de sorção, os íons cobre, zinco, cádmio e cálcio encontravam-se na forma divalente. Nas condições operacionais utilizadas, a biossorção dos íons metálicos cobre, cádmio e zinco, pela macrófita Egeria densa, em pH inicial 5,0, ocorreu principalmente pelo mecanismo de troca iônica, com os cátions cálcio, sódio e potássio. Na regeneração da macrófita utilizando solução de CaCl2, também foi verificado que o mecanismo envolvido neste processo foi de troca iônica. O processo de dessorção dos íons metálicos ocorreu, devido ao comportamento da biomassa ser equivalente a de um trocador iônico.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:13:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thamis Meurer.pdf: 1244068 bytes, checksum: 7fedbdd5b53b39bf3ab6cb34f4fac17a (MD5) Previous issue date: 2011-04-28 / The family Characeae, represented in Brazil by the genera Chara and Nitella, is considered the closest living relatives of terrestrial plants and play several ecological roles, such as the increase of water transparency and habitat complexity. This research aimed to verify the composition and structure of Characeae community at Itaipu reservoir (24°05´S e 25°33´S; 54°00´W e 54°37´W), formed in Parana river, relating them to simple environmental variables, such as conductivity, water transparency and fetch. Samples were collected in eight arms of rivers that form the Brazilian side of the reservoir (Arroio Guaçu, São Francisco Verdadeiro, São Francisco Falso, São Vicente, São João, Ocoí, Pinto e Passo Cuê). A total of 17 taxa were identified, of which Chara hydropitys Reichenbach, C. rusbyana Howe, Nitella axillaris A. Braun, N. glaziovii G. Zeller, N. gracilis (Smith) C. Agardh, N. hyalina (DC) C. Agardh, N. inversa Imahori and N. microcarpa Braun, represent new citations in the Itaipu Reservoir and Paraná State. Chara guairensis, Nitella furcata and Nitella glaziovii showed the largest geographical ranges, while Chara hidropytis and Chara rusbyana showed more restricted distribution. Furthermore, it was found that among the environmental factors considered important for the establishing of charophytes at the tributaries of the reservoir, the underwater radiation positively affects the occurrence of the genera Chara and Nitella, while fetch values showed negative influence on the occurrence of genus Nitella during the period analyzed. / A família Characeae, representada no Brasil pelos gêneros Chara e Nitella, é considerada a ancestral mais próxima das plantas terrestres e possui uma série de papéis ecológicos, entre eles o aumento da transparência da água, aumento da complexidade de habitat. O presente trabalho objetivou verificar a composição e estrutura da comunidade de Characeae no reservatório de Itaipu (24°05´S e 25°33´S; 54°00´W e 54°37´W), formado no rio Paraná, relacionando-as com variáveis ambientais simples, tais como: condutividade, transparência da água e fetch. As coletas foram realizadas em oito braços de rios que formam a margem brasileira do reservatório (Arroio Guaçu, São Francisco Verdadeiro, São Francisco Falso, São Vicente, São João, Ocoí, Pinto e Passo Cuê). Foram identificados 17 táxons, dos quais Chara hydropitys Reichenbach, C. rusbyana Howe, Nitella axillaris A. Braun, N. glaziovii G. Zeller, N. gracilis (Smith) C. Agardh, N. hyalina (DC) C. Agardh, N. inversa Imahori e N. microcarpa Braun, todas novas citações no reservatório de Itaipu e Estado do Paraná. Chara guairensis, Nitella furcata e Nitella glaziovii apresentaram as maiores abrangências geográficas, enquanto Chara hidropytis e Chara rusbyana apresentaram distribuição mais restrita. Além disso, verificou-se que entre os fatores ambientais considerados importantes para o estabelecimento dos carófitos nos afluentes do reservatório, foi encontrado que a radiação subaquática afeta positivamente a ocorrência dos gêneros Chara e Nitella, enquanto valores de fetch demonstraram influência negativa sobre a ocorrência do gênero Nitella durante o período analisado.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Neiva Martin.pdf: 2565426 bytes, checksum: 9ed40e36b9798ff30f3a52b416d705e9 (MD5) Previous issue date: 2008-10-08 / In this work, the chromium ions bioaccumulation experiment was carried out using three species of aquatic macrophytes: Salvinia auriculata, Pistia stratiotes and Eicchornia crassipes, in order to confirm the hexavalent chromium detoxification during the biosorption process. Previously, a chromium speciation test based on chemical extraction of trivalent chromium from hexavalent chromium-doped hydroponic solutions was also performed at different pH, in order to verify if the nutritive solution pH could be responsible by the natural reduction of oxidation state on chromium before the biosorption process by the plants. No reduction from Cr(VI) to Cr(III) was observed at all solution pH. Based on the peculiar characteristics of High Resolution X-ray Fluorescence technique (HR-XRF), which allows to measure the X-ray Kß spectral line energy with good energy resolution (around 2,0 eV) for the transition metal region, the change on oxidation state of hexavalent chromium was possible to study through the Kß1,3, Kß2,5 and Kß spectral lines, which bring up information on chromium oxidation state and chemical environment. The HR-XRF measurements were performed at the XRD1 vacuum chamber available in the National Laboratory of Synchrotron Light, located near Campinas city. After collection, dry roots and chromium compound standard were prepared in compact disk by pressing. Each sample disk, spherical curved analyzer, and radiation detector were placed in a circle of Rowland within an arrangement of Johann. Another radiation detector was also used to monitoring of monochromatic X-ray beam intensity during the measurements. All the samples were irradiated by a 6.1 keV monochromatic X-ray beam. All the emission spectra were normalized to the monitor counts, and subtracted the organic matrix contribution and chromium absorption edge. Based on the spectral Kß2,5 peak intensity of roots and standard samples, the total chromium uptake concentration in plant was calculated, indicating that there is approximately 1.0 % of chromium per dry biomass after 27 days of experiment. When both Cr-Kß spectra of macrophytes roots with Cr(III) and Cr(VI) treatment were compared, their spectral Kß2,5 peak were identical in energy and width for the three aquatic plants, suggesting that the chromium reduction from hexavalent to trivalent form have occurred in all cases studied. The peak width at half maximum for Kß2,5 in all root samples were slightly larger than the chromium compound samples, which can be explained by the fact that there is the possibility to have different ligands to chromium ions inside the biological structure of roots. Based on these results, the chromium detoxification from hexavalent to trivalent form have actually happened during the biosorption of chromium into the macrophytes roots. Finally, these aquatic macrophytes have a great potential to detoxificate and accumulate of chromium ions that can be very useful to the metal removal from industrial effluents. / Neste trabalho foi feito o experimento de bioacumulação do cromo trivalente e hexavalente por três espécies de macrófitas aquáticas: Salvinia auriculata, Pistia stratiotes e Eicchornia crassipes, visando verificar a ocorrência do processo de redução do Cr(VI) durante a biossorção. Previamente, um teste de especiação de cromo baseado em extração química do cromo trivalente a partir de uma solução hidropônica dopada com cromo hexavalente, foi realizado em diferentes pHs, para verificar se o pH da solução nutritiva pode ser o responsável pela redução natural do estado de oxidação do cromo antes do processo de biossorção pelas plantas. Não foi observada a redução do Cr(VI) para Cr(III) no pH da solução de cultivo. Pelas características da técnica de Fluorescência de Raios-X de Alta Resolução em Energia (HR-XRF), que permite medir a energia das linhas espectrais de raios X Kß com alta resolução em energia (em torno de 2,0 eV) para a região dos metais de transição, foi possível estudar a mudança do estado de oxidação do cromo hexavalente através das linhas espectrais Kß1,3, Kß2,5 e Kß , que traz informação sobre o estado de oxidação do metal e seu ambiente químico. As medidas de HR-XRF foram realizadas na câmara de vácuo XRD1, no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, em Campinas. Após a coleta, discos compactados de raízes secas e padrões de compostos de cromo foram preparados. Cada disco de amostra, o analisador esférico, e o detector de radiação foram acomodados em um círculo de Rowland com arranjo de Johann. Durante as medidas, um detector foi usado para monitorar a intensidade do feixe de raios X monocromáticos incidentes. Todas as amostras foram irradiadas com feixe monocromático de 6,1 keV. Os espectros de emissão foram normalizados pelas contagens do monitor, e subtraída as contribuições da matriz orgânica e da borda de absorção do cromo. Baseado na intensidade da linha espectral Kβ2,5 das amostras de raízes e padrões, a concentração de cromo total nas plantas foi calculada, indicando que esta é de aproximadamente 1,0% por biomassa seca após 27 dias de experimento. Os espectros de emissão Cr-Kß das raízes das macrófitas tratadas com Cr(III) ou Cr(VI) foram comparados, e as suas linhas espectrais Kβ2,5 mostraram-se idênticas em energia e largura para as três plantas aquáticas, sugerindo que a redução do cromo, de hexavalente para trivalente, ocorreu em todos os casos estudados. A largura do pico para a linha espectral Kß2,5 em todas as amostras de raízes mostrou-se maior que nas amostras de compostos de cromo, o que pode ser explicado pelo fato de que é possível haver diferentes ligantes para o íon cromo na estrutura orgânica das raízes. Baseado nesses resultados, a redução do Cr(VI) para Cr(III) ocorreu durante o processo de biossorção do cromo pelas raízes das macrófitas aquáticas. Desta forma, verifica-se que estas macrófitas têm um grande potencial para detoxificar e acumular íons cromo, podendo ser utilizada com eficiência na remoção de metais em efluentes industriais.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Patricia C Cervelin.pdf: 689466 bytes, checksum: b74333db0911dc152167518d0ffcac74 (MD5) Previous issue date: 2010-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Among the main contributors to the contamination of water by industrial waste is the textile industry. The textile sector is a major producer of chemicals, such as colors, and generator large volumes of effluent. The textile dye is a product of high toxicity, and most of them are considered carcinogenic. Thus the removal of dyes in industrial effluents is of great interest, since such contaminants can affect water clarity, the solubility of gases in receiving bodies and change the processes of photosynthesis. In addition there are technologies for the removal of dye of effluent, such as activated charcoal, few studies have examined the ability of dye removal by biological origin, which would decrease the cost of treating this waste. Thus the process of biosorption used in this study was to investigate the application of macrophyte Salvinia sp. in nature and pre-treated in a basic with NaOH, and an acid with H3PO4, as low cost biosorbent for the removal of dye Blue 5G. The effect of pH and temperature was investigated in the biosorption process and proved to be variables that affect the ability to remove the dye solution. The adsorption data were adjusted to balance using the kinetic models of pseudo-first order and pseudo-second order. The models of adsorption isotherms of Langmuir, Freundlich and Sips were used to describe the experimental data of equilibrium of biosorption process. The thermodynamic parameters of biosorption process were obtained. The results showed that the balance of the system was reached in approximately 48 hours of contact, with removal of dye Blue 5G of 98.35% for the Salvinia sp. in nature, at pH 1 and temperature of 60°C and 97.06% for the Salvinia sp. pre-treated with NaOH, 96.42% for the Salvinia sp. pre-treated with H3PO4 at a temperature of 45°C. The model of pseudo-second order showed satisfactory fit with experimental data. Among the models studied, the Langmuir isotherm described excellently the experimental data for the three biomasses studied, with maximum adsorption capacity of 24.26 mg/g at 30°C for biomass pre-treated in basic mean. The study of thermodynamic parameters of biosorption of dye Blue 5G showed that biosorption is endothermic nature and has a great affinity between the biomass and dye. This study found that the biomass of macrophyte Salvinia sp. pré-treated with NaOH has potential application in the removal of reactive dye Blue 5G, as alternative adsorbent and low cost. / Entre os principais contribuintes para a contaminação de águas por resíduos industriais pode-se citar a indústria têxtil. O setor têxtil é conhecido pela elevada utilização de produtos químicos, como os corantes, e gerador de grandes volumes de efluente. O corante têxtil é um produto de alta toxicidade, sendo que em sua maioria são considerados carcinogênicos. Desta forma a remoção de corantes em efluentes industriais é de grande interesse, uma vez que esse contaminante pode afetar a transparência da água, a solubilidade dos gases nos corpos receptores e alterar os processos de fotossíntese. Mesmo com variadas tecnologias para remoção de corante do efluente, como carvão ativado, são raros os estudos que tem analisado a capacidade de remoção de corantes por origem biológica, o que diminuiria os custos de tratamento desse resíduo. Desta forma o processo de biossorção empregado neste trabalho teve por objetivo investigar a aplicação da macrófita Salvínia sp. in natura, e pré-tratada em meio básico com NaOH, e em meio ácido com H3PO4, como biossorvente de baixo custo para a remoção do corante comercial reativo Azul 5G. O efeito do pH e da temperatura foi investigado no processo de biossorção e mostraram ser variáveis que afetam a capacidade de remoção do corante da solução. Os dados de adsorção de equilíbrio foram ajustados empregando os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem e pseudo-segunda ordem. Os modelos de isotermas de adsorção de Langmuir, Freundlich e Sips foram utilizados para descrever os dados experimentais de equilíbrio do processo de biossorção. Os parâmetros termodinâmicos do processo de biossorção foram obtidos. Os resultados demonstraram que o equilíbrio do sistema foi atingido em aproximadamente 48 horas de contato, com remoção de corante Azul 5G de 98,35% para a Salvínia sp. in natura e 97,06% para a Salvinia sp. pré-tratada com NaOH, em pH 1 e temperatura de 60°C, e remoção de 96,42% para a Salvínia sp. pré-tratada com H3PO4 em temperatura de 45°C. O modelo de pseudo-segunda ordem apresentou ajuste satisfatório com os dados experimentais. Entre os modelos estudados, a isoterma de Langmuir e Sips descreveram satisfatoriamente os dados experimentais para as três biomassas estudadas, apresentando capacidade máxima de adsorção de 24,26 mg/g e 24,83 mg/g, para Langmuir e Sips, respectivamente, à temperatura de 30°C para a biomassa pré-tratada em meio básico. O estudo dos parâmetros termodinâmicos de biossorção do corante Azul 5G demonstrou que a biossorção é de natureza endotérmica e demonstra grande afinidade entre a biomassa e o corante. Este estudo verificou que a biomassa da macrófita Salvínia sp. pré-tratada com NaOH apresenta potencial de aplicação na remoção do corante reativo Azul 5G, como adsorvente alternativo e de baixo custo.