Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Henrique Borba.pdf: 3301834 bytes, checksum: 0c5216d667957cc99d5acd2dd5d59c05 (MD5) Previous issue date: 2010-02-18 / Pollution is a currently environmental problem of world concern. There are many events such as the discharging of untreated effluents in watercourses that cause the eutrophization of water bodies and bad water quality, as well as an inefficiency or lack of a current environmental law. The main goal of this dissertation was the application of solar and artificial-based photo-Fenton processes and aluminum electrodes-based electrocoagulation method in non coupled mode and in an integrated mode for the tannery effluent treatment. These effluent treatments were carried out in lab-scale reactors. In order to evaluate the performance of the reactor experimental conditions of photo-Fenton reactor, a 33 complete experimental design was performed. The lab scale EC reactor was operated at the 4 A electrical current, 4 cm electrode distance and 3 initial pH optimized values, according to the previous results obtained in another work, while the electrolysis time was varied from 5 to 120 min. For EC and photo-Fenton reactors, their performance was evaluated on the removal values of chemical oxygem demand (COD), color, turbidity, total solids (TS), total fixed solids (TFS), total volatile solids (TVS) and metal concentration. Measurements of physico-chemical parameters for untreated and treated effluent samples were performed applying the Standard Method for water analysis, while metal concentrations were determined by the Synchrotron radiation total Reflexion X-ray Fluorescence technique at Brazilian Light Synchrotron Laboratory. By an optimized photon-Fenton process at 0.5 g Fe2+ L-1, 30 g H2O2 L-1, 3 initial pH, and 120 min reaction time, tannery effluent was treated achieving a high performance in pollutant removal as reported by 98.1, 96.4, 98.8, 71.8, 32.1 and 98.5 percent removal for COD, color, turbidity, TS, TFS, and TVS, respectively. As a primer treatment stage, electrocoagulation technique was not achieved a well successful result based on the physico-chemical parameter values reduction as compared with photo-Fenton process. However, an integrated solar irradiation-based photo-Fenton and Al electrodes-based electrocoagulation with 15 min electrolysis time has achieved recommended values by the Brazilian environmental law for Cr concentration (0.24 mg Cr L-1) and DQO (107 mg O2 L-1). Considering both the costs of electrical energy and material and the generated sludge discharging, one m3 of tannery effluent should cost R$ 56.30 for a treatment system based on an integrated and optimized photo Fenton and electrocoagulation processes. Finally, the integrated solar-based photo Fenton and electrocoagulation method is suggested as an efficient one, instead to apply a unique process. / A poluição ambiental é um dos grandes problemas nos países desenvolvidos e em desenvolvimento. Isto é decorrente de uma série de fatores, como o despejo de efluentes não tratados em corpos hídricos e a ineficiência e/ou a falta de legislação ambiental vigente. O objetivo principal deste trabalho é aplicar os processos foto-Fenton com irradiação solar e/ou artificial, a técnica da eletrofloculação e a integração destes processos no tratamento de efluente de curtume. Ambos os processos de tratamento do foto-Fenton e da eletrofloculação foram conduzidos em reatores a escala laboratorial. Para a técnica da eletrofloculação foi utilizado um par de placas de alumínio como eletrodos no reator de eletrofloculação. Para avaliar as melhores condições de processo do sistema foto-Fenton, foi aplicado um planejamento experimental 33 completo. Para a técnica da eletrofloculação manteve-se constante a intensidade de corrente, pH inicial do efluente bruto e distância entre os eletrodos, variando-se o tempo de eletrólise de 5 à 120 min. A eficiência de ambos os processos foram avaliadas com base na redução de Demanda química de oxigênio (DQO), cor, turbidez, sólidos totais (ST), sólidos totais fixos (STF), sólidos totais voláteis (STV). Para a técnica da eletrofloculação e dos processos integrados também foram avaliados a redução da concentração dos metais pesados. Todas as medidas dos parâmetros físico-químicos foram realizadas aplicando os métodos padrões do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater para amostra não tratada e tratada. As concentrações dos metais pesados foram determinadas usando a técnica de fluorescência de raio X por reflexão total, na linha de Luz (D09-XRF) do Laboratório Nacional de Luz Synchrotron. A maior eficiência na redução dos poluentes verificada no processo foto-Fenton foi de 98,1, 96,4, 98,8, 71,8, 32,1 e 98,5 para valores da DQO, cor, turbidez, ST, STF e STV, respectivamente, nas condições operacionais do reator: concentração de ferro de 0,5 gL-1, concentração de peróxido de hidrogênio de 30 gL-1, pH inicial 3 e tempo reacional de 120 min. No entanto a técnica da eletrofloculação não apresentou boa redução nos valores dos parâmetros físico-químicos. Após a aplicação dos processos integrados do foto-Fenton com irradiação solar e da eletrofloculação em tempo de eletrólise de 15 min, foi alcançado valores mínimos de Cr e DQO no efluente tratado, contendo 0,24 mg Cr L-1 e 107 mg O2 L-1 da DQO. O custo do tratamento do efluente e da disposição final do lodo gerado no processo integrado FFs→EF foi de R$ 56,30 m3 do efluente de curtume tratado. Este processo integrado reduziu as concentrações de cromo, ferro e DQO, a níveis permitidos pelas legislações ambientais. Baseada na redução da matéria orgânica e inorgânica, o método integrado FFs→EF pode ser recomendado como uma substituição eficiente ao método individual.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paulo Sergio Theodoro.pdf: 1744465 bytes, checksum: 132da5a46d9247da552f8a27ee087fed (MD5) Previous issue date: 2010-02-18 / The aim of this work is devoted to reduction of the environmental impact of galvanic industry effluents. An electro-coagulation (EC) laboratory scale system using iron plates electrodes was studied for the removal of organic and inorganic pollutants as a by-product from the treatment of galvanic process based-platining industry. An EC reactor consisting of a 1,5 L conical container and a set of seven firmly assembled iron electrode plates, which were parallelly arranged to each other and electrically operated in mono-polar mode, was built. A 1.0 cm gap between the anode and cathode plates using a non-conducting horizontal support was chosen in order to operate the EC reactor in a low electrical current range. A long, electrical rotating cilindrical rotor, with 2,7cm blades at the end of it, made in non-conducting material, was used to turn mechanically the effluent around the rotor axis during the EC treatment. In addition, a 225 cm2 active electrode surface area was kept during the whole EC experiments. In order to obtain optimal values of reaction time, electrical current, rotor angular velocity, and initial effluent pH, a central composite rotatable design (CCRD) was applied. A wide range of reaction time (10-60 min), electrical current (0.3-3.0 A), rotor angular velocity (50-300 rpm), and initial efluent pH (3-10) were used, performing a total of 28 runs with 24+2x4 axial points and 4 central points. Physico-chemical parameters such as chemical oxygen demand (COD), color, turbidity, total solids, and metals (Cr, Ni, Zn, and Cu) were used as response variables. The measurements of physico-chemical parameter and metal concentration values in non- and treated waste waters were carried out by applying the Standard Methodology and the Synchrotron Radiation X-Ray Fluorescence (SR-TXRF) technique, respectively. Using the Statistica software, a 95%-significance level (p<0.05) of the predicted models and interaction effects between reactor operating variables on response variables were evaluated using 3-D response surface curves and analysis of variance. With the factorial design was obtained the following optimum conditions of the reactor, 35 minutes for the time of electrolysis, 170 rpm for agitation, 2.2 A for the electric current and 6.5 for pH. Under these conditions the removal of color and turbidity reached 100%, another considerable value was the removal of around 90% of COD and total solids. Moreover, a removal of around 99% of Zn and Cu was obtained, whereas for Cr and Ni obtained a removal of 100%. Finally, the results of technical and economic analysis showed the cost obtained by the treatment, indicating clearly that the method of electro-coagulation is very promising for industrial application. / O presente trabalho tem como objetivo remover os poluentes de um efluente de galvanização, de modo a reduzir o impacto ambiental dos efluentes da indústria galvânica. Para a remoção dos poluentes, orgânicos e inorgânicos, gerado nos processos de galvanização foi aplicada a eletrocoagulação (EC) em escala de laboratório utilizando eletrodos de ferro. Foi construído um reator de EC, constituído por um recipiente cônico com capacidade de 1,5 L e um eletrodo de ferro montado firmemente com seis placas de ferro, que foram dispostas paralelamente com uma distância de 1(um) centímetro, operado em modo mono-polar. O sistema de agitação mecânico foi construído com duas pás de geometria cilíndrica de 2,7 cm e uma haste de 31,5 cm feito com material não condutor acoplado em um motor elétrico. Durante o experimento da EC foi utilizada uma área efetiva de 225 cm2 do eletrodo. A fim de obter valores ideais do tempo de eletrolise, corrente elétrica, agitação e pH inicial do efluente, foi aplicado o planejamento estatístico composto central (DCCR) com fatorial 24+2X4 pontos axiais + 4 ponto centrais, totalizando 28 ensaios experimentais. Os valores aplicados as variáveis independentes foram de 0,3 a 3 A para a corrente, de 10 a 60 min. para o tempo de eletrolise, de 3 a 10 para o pH inicial e agitação como valores entre 50 e 300 rpm. Foram utilizadas como variáveis resposta os parâmetros físico químico tais como, a demanda química de oxigênio (DQO), cor, turbidez, Sólidos totais e concentração dos metais Cr, Ni, Zn e Cu.Todos os parâmetros físico-químicos foram determinados através o Método Padrão para análise de água, enquanto que as concentrações dos metais foram determinadas através da técnica de Fluorescência de Raios X por Reflexão Total, (SR-TXRF). Utilizando o software Statistica, com nível de significância de 95% (p <0,05), os modelos preditos e os efeitos de interação entre as variáveis de operação do reator e as variáveis respostas foram avaliados, utilizando as curvas 3-D de superfície de resposta e a análise de variância. Com o planejamento fatorial foi obtido as seguintes condições ótimas de trabalho do reator, 35 minutos para o tempo de eletrolise, 170 rpm para a agitação, 2,2 A para a corrente elétrica e 6,5 para o pH. Nestas condições a remoção da cor e turbidez alcançaram 100%, outro valor considerável foi a remoção em torno de 90% da DQO e sólidos totais. Além disso, uma remoção em torno de 99% de Zn e Cu também foi obtida, enquanto que para o Cr e Ni obteve-se uma remoção de 100%. Finalmente, os resultados da análise técnico-econômica mostraram o baixo custo obtido pelo tratamento, evidenciando claramente que o método da eletrocoagulação é muito promissor para aplicação industrial.

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.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thiago DArisbo.pdf: 2108504 bytes, checksum: 7b8aad29ec7d75a6fd370e54a95cd849 (MD5) Previous issue date: 2011-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Ion exchange is a process that is used in the treatment of aqueous industrial effluents containing organic compounds and heavy metals. The fixed bed columns are longer applied by allowing the process to occur continuously (cycles of regeneration). The design and process optimization of the ion exchange column requires the use of mathematical models. Phenomenological models of these systems involve the solution of partial differential and algebraic equations. The equilibrium data for ion exchange processes are usually described by the Mass Action Law (MAL), which can be considered non-ideality of aqueous and solid phases. Artificial Neural Networks (ANN) are being used successfully for the study of equilibrium data because they are empirical models and don t demand a mathematical rigor. This work aimed to evaluate the applicability of the hybrid model to describe the dynamics of ion exchange in fixed beds of binary systems. This system consists of partial differential equations obtained from mass balance in fluid phases in the ion exchanger and ANN to describe the balance. LAM was adjusted to experimental data of ion exchange equilibrium and then were generated 4200 data sets for each binary pair studied, which served as training for RNA. We tested networks with different structures, with one and two input layers. The 3-3-2 structure was used in the simulations of the hybrid model because it was the best represented the systems during the training phase. The differential equations were solved by the lines method. A computer program in FORTRAN language was developed for solving the model equations. DASSL subroutine was used to solve the equations. The performance of the hybrid model was evaluated from the results obtained with the phenomenological model, in which case the equilibrium description was made with the use of MAL. It also was the analysis of results from the comparison of experimental data. To evaluate the model we used data from the literature of ion exchange in Amberlite IR 120 resin on the systems Cu-Na and Zn-Na and in NaY zeolite on Fe-Na and Zn-Na. Both models were efficient to describe the dynamics of ion-exchange fixed bed columns, and the hybrid model had the advantage of the reduced computational time (82% reduction on average) as a result of not needing to solve a nonlinear equation. / A troca iônica é um processo muito utilizado no tratamento de efluentes industriais aquosos contendo compostos orgânicos e metais pesados. As colunas de leito fixo são mais aplicadas por permitir que o processo ocorra de maneira contínua (ciclos de regeneração). O projeto e a otimização de processos de troca iônica em coluna requer o uso de modelos matemáticos. Os modelos fenomenológicos destes sistemas envolvem a resolução de equações diferenciais parciais e algébricas. Os dados de equilíbrio de processos de troca iônica geralmente são descritos pela Lei da Ação das Massas (LAM), na qual podem ser consideradas as não idealidades das fases aquosa e sólida. As Redes Neurais Artificiais (RNA) estão sendo utilizadas com sucesso para o estudo destes dados de equilíbrio por serem modelos empíricos e não demandarem tal rigor matemático. Esta dissertação teve por objetivo avaliar a aplicabilidade do modelo híbrido para descrever a dinâmica do processo de troca iônica em leito fixo de sistemas binários. Este sistema é constituído de equações diferenciais parciais obtidas por meio de balanço de massa nas fases fluida e no trocador iônico e de RNA para descrever o equilíbrio. A LAM foi ajustada a dados experimentais de equilíbrio de troca iônica e, então, foram gerados conjuntos de 4200 dados para cada par binário estudado, os quais serviram como treinamento para a RNA. Foram testadas redes com diferentes estruturas, com uma e com duas camadas de entrada. A estrutura 3-3-2 foi utilizada nas simulações do modelo híbrido, pois foi a que melhor representou os sistemas na etapa de treinamento. As equações diferenciais foram resolvidas pelo método das linhas. Um programa computacional em linguagem FORTRAN foi desenvolvido para a resolução das equações do modelo. Foi utilizada a sub-rotina DASSL para resolver as equações. O desempenho do modelo híbrido foi avaliada a partir dos resultados obtidos com o modelo fenomenológico, sendo que neste caso a descrição do equilíbrio foi feita pelo uso da LAM. Também foi feita a análise dos resultados a partir da comparação dos dados experimentais. Para avaliar o modelo foram utilizados dados da literatura de troca iônica em resina Amberlite IR 120 dos sistemas Cu-Na e Zn-Na e na zeólita NaY dos sistemas Fe-Na e Zn-Na. Ambos os modelos foram eficientes para descrever a dinâmica de troca iônica de colunas de leito fixo, sendo que o modelo híbrido apresentou como vantagem o menor tempo computacional (82% de redução em média) em decorrência de não necessitar resolver a equação não-linear.