Submitted by Andreza de França Alamino null (andreza.alamino@hotmail.com) on 2016-09-10T18:02:45Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_versão_final_pdf_repositório_unesp.pdf: 1884907 bytes, checksum: 6161a04cdaac1c53204da25be3831d76 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-09-13T14:20:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alamino_af_me_araiq.pdf: 1884907 bytes, checksum: 6161a04cdaac1c53204da25be3831d76 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-13T14:20:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alamino_af_me_araiq.pdf: 1884907 bytes, checksum: 6161a04cdaac1c53204da25be3831d76 (MD5) Previous issue date: 2016-08-19 / O presente trabalho aborda a degradação simultânea de dois contaminantes emergentes, o plastificante bisfenol A (BPA) e o fármaco carbamazepina (CBZ), aplicando-se processos oxidativos avançados (POA), particularmente o processo foto-Fenton. Durante os ensaios de degradação, o BPA e a CBZ foram determinados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) em uma única análise, utilizando dois detectores acoplados em série, o detector de fluorescência (FLU) para o BPA e detector de arranjo de diodos (DAD) para a CBZ. Foi necessária a otimização das condições do método cromatográfico, tais como, composição da fase móvel, 50% etanol-água, vazão, 0,500 mL min-1, comprimento de onda de excitação e emissão para o BPA, 277 e 300 nm nesta ordem, e absorção para a CBZ de 286 nm ou 211 nm. Após a construção da curva analítica foram determinados os parâmetros analíticos como: linearidade, limites de detecção e quantificação. Os ensaios de degradação foram efetuados em duas matrizes distintas, água e efluente de estação de tratamento de esgoto, coletado antes do lançamento nos rios, objetivando desenvolver um método de degradação em baixas concentrações em amostras reais. Pela complexidade da matriz foi necessário fazer o “clean up” das amostras por extração em fase sólida (EFS) nas alíquotas retiradas durante as degradações no efluente. A faixa de recuperação da EFS foi avaliada em três níveis e atingiu de 82 a 84% para o BPA e de 92 a 99% para a CBZ. A velocidade de degradação tanto de BPA como de CBZ foi influenciada pela matriz, pois foi maior em água do que no efluente. O tempo de degradação em água foi de 60 minutos e em efluente de 90 minutos. A degradação de BPA atingiu 88% em água e 77% em efluente, enquanto que de CBZ atingiu 95% em água e 61% em efluente. A remoção de carbono orgânico dissolvido (COD) nas amostras de efluente foi avaliada, porém as concentrações de Fe(III) e H2O2 utilizadas, 12,0 μmol L-1 e 300 μmol L-1 nesta ordem, não foram suficientes para degradar a matéria orgânica do efluente, mas foram suficientes para a degradação dos compostos alvos na concentração de 250 μg L-1.

Submitted by SAIDY CRISTINA AYALA DURAN null (saidycristin@hotmail.com) on 2017-01-18T12:14:57Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO SAIDY-FINAL.pdf: 3337450 bytes, checksum: 9a160ea5aa6a578a609786d8f1c2f717 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-01-20T16:52:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 duran_sca_me_araiq.pdf: 3337450 bytes, checksum: 9a160ea5aa6a578a609786d8f1c2f717 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-20T16:52:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 duran_sca_me_araiq.pdf: 3337450 bytes, checksum: 9a160ea5aa6a578a609786d8f1c2f717 (MD5) Previous issue date: 2016-12-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho tem como objetivo avaliar a atividade catalítica de um rejeito de mineração de ferro para a degradação de micropoluentes presentes no meio aquático em processo foto-Fenton heterogêneo. Como poluentes alvos, foram estudados os fármacos: sulfatiazol (STZ) e sulfametazina (SMZ), fármacos de uso estendido no tratamento humano e veterinário. Esses fármacos têm sido detectados em concentrações de ng L-1 a μg L-1 em águas superficiais, subterrâneas, águas de abastecimento, além de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) onde por processos convencionais não conseguem ser eliminados devido à baixa biodegradabilidade ambiental. Foi realizado um planejamento fatorial 24 para determinar os efeitos dos parâmetros reacionais ̶ pH, concentração de peróxido de hidrogênio, dose de rejeito e tamanho de partícula ̶ sendo a variável resposta a porcentagem de degradação do fármaco quantificado por Cromatografia Liquida de Alta Eficiência (HPLC-DAD) com Limites de Detecção (LD) e de Quantificação (LQ) de 6 μg L-1 e 20 μg L-1, respectivamente. O rejeito de minério foi caracterizado por Difração de Raios- X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura de Alta Resolução (MEV-FEG), Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios- X (XPS) e Área Superficial Específica (BET). O rejeito foi caracterizado separando-se em duas faixas de tamanho de partícula <180 e ≥180 μm, além do rejeito bruto (sem separar). O resíduo apresentou entre seus principais minerais Fe2O3, SiO2, P2O5, CeO2, TiO2, ZnO, MgO além de outros traços, sendo que não apresenta diferenças significativas na composição nas duas faixas. A condição ótima para a degradação foi em pH 2,5 com 1 mmol L-1 de peróxido de hidrogênio, dose de rejeito de 0,3 g L-1 e usando-se o rejeito bruto como catalisador. Os experimentos de degradação tanto no escuro, quanto irradiado, mostraram boas porcentagens de degradação para os dois fármacos estudados, com porcentagens acima do 50% no escuro e acima de 80% sob irradiação, com cinéticas de pseudo primeira ordem seguindo o modelo cinético de Langmuir- Hinshelwood (L-H) com (r = 0,9861 a 0,9964) com constantes Kaparente de 0,0869 ± 0,0084 e 0,0718 ± 0,0035 para o STZ e SMZ respectivamente. Foi possível também a degradação simultânea de ambos os fármacos nas melhores condições experimentais. Considerando-se que não foi observada remoção por adsorção nem fotólise direita dos fármacos é possível afirmar que o rejeito de minério de ferro atua como catalisador eficiente em processos Fenton uma vez que altas porcentagens de degradação foram obtidas e pode ser um material promissor para esta aplicação, possibilitando agregar valor ao resíduo e diminuir o custo operacional do processo de tratamento. / This work aims to evaluate the catalytic activity of a residue from iron mining on the degradation of micropolluants present in the aquatic environment, by using the heterogeneous photo-Fenton process. The target pollutants studied was: sulfathiazole (STZ) and sulfamethazine (SMZ), drugs that are used in human and animal treatments, which has been detected in concentrations of ng.L-1 and ug.L-1 in superficial and underground water, human water supply and sewage treatment station where by conventional processes can’t be eliminated due to the low environmental biodegradability. A factorial design was performed 24 to determine the effects of the reaction parameters (pH, hydrogen peroxide concentration, residue dose and particle size). The response variable was the percentage of degradation of the drug, quantified by High Performance Liquid Chromatography (HPLC- DAD) with Detection Limits (DL) and Quantification (QL) of 6 μg L-1 and 20 μg L-1, respectively. Iron mining was characterized by X-ray diffraction (XRD), high resolution scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron Spectroscopy (XPS) and surface-specific spectroscopy (BET) spectroscopy. The reject was characterized by separating into two particles size < 180 and ≥ 180 μm in addition to the crude (unseparated) reject. The residue presented among its main minerals Fe2O3, SiO2, P2O5, CeO2, TiO2, ZnO, MgO in addition to other traces, and it does not present significant differences in the composition in the two different particle fractions. The optimum degradation condition was at pH 2.5 with 1 mmol L-1 of hydrogen peroxide, waste dose of 0.3 g L-1 and using the crude waste as catalyst. Both the dark and irradiated degradation experiments showed good percentages of degradation for the two drugs studied, with percentages above 50% in the dark and above 80% under irradiation, with pseudo first order kinetics following the Langmuir-Hinshelwood (L-H) kinetic model with (r = 0.9861 to 0.9964) with Kapp constants of 0.0869 ± 0.0084 and 0.0718 ± 0.0035 for STZ and SMZ respectively. It was also possible the simultaneous degradation of both drugs under the best experimental conditions. Considering that adsorption removal and direct photolysis of the drugs were not observed, it is possible to state that the iron ore acts as an efficient catalyst in Fenton processes since high percentages of degradation have been obtained, it can be a promising material for this application. Making it possible to add value to the waste and reduce the operational cost of the treatment process.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArquivoTotalAnderson.pdf: 4410851 bytes, checksum: e572d62f98ca693cf1cab482619214a6 (MD5) Previous issue date: 2013-04-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The occurrence and identification of organic microcontaminants has attracted the interest of many researchers for the development and improvement in processes for the removal of these contaminants from effluents. In general, degradation of microcontaminants by conventional methods is very difficult, because of the low concentrations that they are found. Thus, the photo Fenton process and Ultraviolet Radiation (UV) has been a promising alternative for the removal of such water contamination. This study aims to perform the investigation of degradation, in effluent, of atrazine (ATZ) using the photo Fenton process and degradation of the pharmaceuticals propranolol (PRO) and metronidazole (MET) using UV radiation. In the ATZ (0,1 mg L-1) degradation study, UV-A photo Fenton process was used (H2O2= 5,0 mg L-1 e Fe2+ = 5,0 mg L-1), achieving a microcontaminant degradation of about 62 %, and the UV-C photo-Fenton process (H2O2 = 5,0 mg L-1 e Fe2+ = 5,0 mg L-1), reached about 98% of ATZ degradation. The analysis of organic matter removal during the photo Fenton treatment showed no significant change in the studied parameters. In the UV photolysis degradation study of the pharmaceuticals solutions (100 mg L-1) a degradation of 35% (PRO) and 50% (MET) was obtained after 8 hours of treatment, whereas using solar radiation a degradation of 36% (PRO) and 16% (MET) were obtained. From the kinetic constants and half-lives calculated, it was found that direct photolysis using solar radiation was so effective as the system using UV-C radiation to promote photodegradation of PRO, and for the MET results showed that the pharmaceutical has a higher degradation rate when the UV-C radiation was employed. / O surgimento e a identificação dos microcontaminantes orgânicos têm atraído o interesse de inúmeros pesquisadores para o desenvolvimento e melhoria nos processos de degradação desses contaminantes de efluentes. Em geral, a degradação de microcontaminantes por processos convencionais é bastante dificultada, em razão das baixas concentrações que eles são encontrados. Desta forma, o processo foto Fenton e a Radiação Ultravioleta (UV) têm sido uma alternativa promissora na eliminação deste tipo de contaminação da água. O presente trabalho teve como objetivo realizar o estudo da degradação, em efluentes, da atrazina (ATZ) utilizando o processo foto Fenton e da degradação dos fármacos propranolol (PRO) e metronidazol (MET) utilizando radiação UV. No estudo da degradação da ATZ (0,1 mg L-1) foi utilizado o processo foto Fenton UV-A (H2O2 = 5,0 mg L-1 e Fe2+ = 5,0 mg L-1), sendo obtida uma degradação do microcontaminante de cerca de 62%, e o processo foto Fenton UV-C (H2O2 = 5,0 mg L-1 e Fe2+ = 1,0 mg L-1), obtendo 98 % de degradação da ATZ. A análise da remoção da matéria orgânica durante o tratamento foto Fenton mostrou que não houve alteração significativa nos parâmetros estudados. No estudo da degradação por fotólise UV das soluções dos fármacos (100 mg L-1), foram obtidas taxas de degradação de 35% (PRO) e 50% (MET), após 8 horas de tratamento, enquanto que no processo utilizando a luz solar foram obtidos taxas de degradação de 36% (PRO) e 16% (MET). A partir das contantes cinéticas e das meias-vidas obtidas, foi verificado que a fotólise direta utilizando a radiação solar é tão eficaz quanto o sistema utilizando radiação UV-C para promover a fotodegradação do PRO, e para o MET, os resultados mostraram que o fármaco apresenta uma maior taxa de degradação quando a radiação UV-C foi utilizada. Palavras-chave: Microcontaminantes; Radiação UV; foto Fenton O surgimento e a identificação dos microcontaminantes orgânicos têm atraídoo interesse de inúmeros pesquisadores para o desenvolvimento e melhoria nosprocessos de degradação desses contaminantes de efluentes. Em geral, adegradação de microcontaminantes por processos convencionais é bastantedificultada, em razão das baixas concentrações que eles são encontrados. Destaforma, o processo foto Fenton e a Radiação Ultravioleta (UV) têm sido umaalternativa promissora na eliminação deste tipo de contaminação da água. Opresente trabalho teve como objetivo realizar o estudo da degradação, em efluentes,da atrazina (ATZ) utilizando o processo foto Fenton e da degradação dos fármacospropranolol (PRO) e metronidazol (MET) utilizando radiação UV. No estudo dadegradação da ATZ (0,1 mg L-1) foi utilizado o processo foto Fenton UV-A (H2O2 =5,0 mg L-1 e Fe2+ = 5,0 mg L-1), sendo obtida uma degradação do microcontaminantede cerca de 62%, e o processo foto Fenton UV-C (H2O2 = 5,0 mg L-1 e Fe2+ = 1,0 mgL-1), obtendo 98 % de degradação da ATZ. A análise da remoção da matériaorgânica durante o tratamento foto Fenton mostrou que não houve alteraçãosignificativa nos parâmetros estudados. No estudo da degradação por fotólise UVdas soluções dos fármacos (100 mg L-1), foram obtidas taxas de degradação de 35%(PRO) e 50% (MET), após 8 horas de tratamento, enquanto que no processoutilizando a luz solar foram obtidos taxas de degradação de 36% (PRO) e 16%(MET). A partir das contantes cinéticas e das meias-vidas obtidas, foi verificado quea fotólise direta utilizando a radiação solar é tão eficaz quanto o sistema utilizandoradiação UV-C para promover a fotodegradação do PRO, e para o MET, osresultados mostraram que o fármaco apresenta uma maior taxa de degradaçãoquando a radiação UV-C foi utilizada.

O presente trabalho objetivou estudar aspectos relacionados ao projeto de processos de tratamento de águas efluentes industriais baseados em reatores fotoquímicos. Estudou-se uma unidade de tratamento constituída por um reator solar tubular com coletores parabólicos compostos, o qual opera acoplado a um reator com lâmpadas do tipo tanque. O modelo matemático para simulação do processo foi adaptado a partir dos resultados experimentais obtidos em trabalhos anteriores da equipe de pesquisa deste Departamento, principalmente por Ribeiro (2009). O modelo matemático foi validado por meio de simulações para o sistema operando em regime transiente. O modelo matemático foi adaptado à configuração aqui estudada, de modo a poder ser aplicado ao sistema de reatores operando em regime contínuo, isto é, com alimentação e retirada de material constantes ao longo do tempo. Foi realizado, inicialmente, um estudo de sensibilidade desse modelo em relação às variáveis de processo, baseado em simulações para volumes diferentes do reator solar e reator multi-lâmpadas. A otimização do sistema teve o objetivo de selecionar as configurações do sistema que representam mínimo custo, para os diferentes cenários estudados, para uma concentração especificada de contaminante na corrente de saída. O problema de otimização foi baseado no método da função de penalidade, em que a função de restrição é inserida na função objetivo, transformando assim o problema de otimização num problema irrestrito. O procedimento de busca utiliza o Método Simplex modificado de Nelder e Mead. Para os diferentes cenários estudados, foi comprovado que o fator determinante do custo horário de tratamento fotoquímico é o custo do reagente peróxido de hidrogênio, seguido pelo custo de energia elétrica, custo de investimento do reator de lâmpadas, custo de investimento do reator e das bombas e, por último, o custo de investimento do reator solar. A imposição de limites mais rigorosos para a concentração de saída do efluente faz com que o custo de tratamento seja proibitivo. Portanto, nestes casos é mais interessante, do ponto de vista econômico, utilizar primeiro o processo foto-Fenton até o efluente atingir o limite de biodegradabilidade de 300 mgC/L e, em seguida, submeter este efluente ao tratamento biológico (de menor custo). / The aim of the present study was to investigate aspects related to the design of processes for treating industrial wastewater based on photochemical reactors. The system consisted of a solar tubular reactor with compound parabolic collectors, which operates connected to a multi-lamp stirred tank reactor. The mathematical model for simulating the process was adapted from previous results obtained by the research team of this Department, mainly by Ribeiro (2009). The model was validated by comparing simulation and experimental results obtained with a pilot plant operating in transient regime. The mathematical model was adapted to the configuration in this paper, so that it could be applied to the reactor system operating in continuous regime, i.e., with constant flow rate of the input and output streams. A sensitivity analysis of this model was carried out in relation to process variables, based on simulations for different volumes of the solar reactor and multi-lamp reactor. The optimization of the system aimed to select configurations that represent minimum cost for different scenarios studied for a specified output contaminant concentration. The optimization was based on the penalty function method, in which the restriction function was inserted in the objective function, so as to transform the optimization problem into an unconstrained one. The search procedure was based on the modified Simplex method of Nelder and Mead. For the different scenarios studied, it was verified that the determining factor affecting the treatment cost is the cost of hydrogen peroxide, followed by the electricity cost, investment cost of the lamp reactor, investment cost of pumps and of the solar reactor. The treatment cost increases significantly when lower concentration limits are specified for the output stream. Therefore, as a general recommendation, it is more advantageous from the economic point of view to use the photo-Fenton process until the pollutant concentration is decreased to the threshold of biodegradability (adopted as 300mgC/L in the present study) and then submitting it to a biological treatment.

Nos últimos anos, os processos oxidativos avançados (POAs) têm emergido como métodos potencialmente poderosos para transformar poluentes orgânicos recalcitrantes em substâncias menos tóxicas. O presente trabalho visa estudar a degradação de clorofenóis 2,4-diclorofenol (2,4-DCF) e pentaclorofenol (PCF) em solução aquosa por meio do processo foto-Fenton. Os experimentos foram realizados em um reator fotoquímico, em regime batelada, com recirculação e admissão contínua de peróxido de hidrogênio. Os efeitos das concentrações iniciais de clorofenóis, H2O2 e Fe(II), bem como, da potência da lâmpada de vapor de mercúrio, foram estudados a partir de um planejamento experimental Doehlert em multiplos níveis e analisados segundo a metodologia de superfícies de respostas. A foto-oxidação foi monitorada por medidas da concentração de carbono orgânico total (TOC) e do espectro de absorção da solução ao longo do tempo e, em alguns casos, medidas de toxicidade por meio de bioensaios com Artemia sp. Os resultados dos experimentos realizados com 2,4-DCF evidenciaram degradação gradativa, com remoções de TOC superiores a 99%, após 1 hora de tratamento, além de remoção de toxicidade, mesmo para altas concentrações iniciais do poluente (até ca. 415 mgC L-1). Nos experimentos realizados com PCF observouse decaimento inicial de TOC bastante rápido (15 minutos), o que sugere que a degradação dos clorofenóis torna-se mais rápida com o aumento do número de átomos de cloro ligados ao anel aromático. Foi removida mais da metade do TOC inicial por volta de 30 minutos de reação, obtendo-se remoções de até 90,8% ao final do tratamento. Por outro lado, comparado ao 2,4-DCF, no caso do PCF observou-se redução acentuada da taxa de remoção de TOC após esse tempo, o que pode ser explicado a partir da maior concentração de íons cloreto em solução, da formação de complexo estável desses íons com Fe(III) e de espécies geradas a partir de reações envolvendo esse complexo. No conjunto, os resultados comprovam a viabilidade do processo foto-Fenton para remediação de efluentes aquosos contendo clorofenóis. / In recent years, advanced oxidation processes (AOP) have emerged as potentially powerful methods to transforming organic pollutants into harmless substances. The present work aims to study the degradation of chlorophenols (2,4-dichlorophenol and pentachlorophenol) in aqueous solution by the photo-Fenton process. The experiments were conducted in a batch recycle photochemical reactor with continuous feed of hydrogen peroxide solution. The effects of the initial concentrations of chlorophenols, H2O2, and Fe(II), as well as of the electric power of mercury vapor lamp, were studied by means of a Doehlert multivariate experimental design at multiple levels. Experimental results were analyzed according to the response surface methodology. In order to characterize the degradation of the pollutant, time-measurements of the total organic carbon concentration (TOC) as well as the absorbance spectra of the solution, were carried out. In some cases toxicity bioassays were carried out with Artemia sp. The results obtained from experiments with 2,4-dichlorophenol showed a gradual degradation, with more than 99% of TOC removals after 1 hour of treatment, along with toxicity removal, even for high initial pollutant concentrations (ca. 415 mgC L-1). In the case of pentachlorophenol, a fast initial TOC decrease (around 15 minutes) was observed, suggesting that chlorophenols degradation becomes faster with the increment of chloro atoms number bounded to the aromatic ring. More than a half of the initial TOC was removed around 30 minutes of reaction, rising 90.8% of TOC removal at the end of the treatment. In the other hand, comparing to 2,4-DCF, for PCF a marked reduction of the maximum rate of TOC removal after that time. This can be explained by higher concentrations of chloride ions in the solution, for the formation of stable complexes with Fe(III) ion and resulting species in reaction involving such complexes. As a whole, the results confirm the effectiveness of the photo-Fenton process for the remediation of aqueous solutions containing chlorophenols.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-04-25T13:44:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE VERSÃO FINAL _ Mirella Leite.pdf: 3354242 bytes, checksum: bb8ba120eb7e5468ab745513e0389bf0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T13:44:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE VERSÃO FINAL _ Mirella Leite.pdf: 3354242 bytes, checksum: bb8ba120eb7e5468ab745513e0389bf0 (MD5) Previous issue date: 2016-09-09 / FACEPE / A presente pesquisa foi motivada pelo desafio em propor um tratamento, em escala laboratorial, para degradar eficientemente os poluentes dos lixiviados provenientes do Aterro Sanitário de Altinho – PE, localizado no Agreste do Estado e em funcionamento e Aterro Controlado da Muribeca – PE, localizado na Região Metropolitana do Recife e fechado desde 2009. Assim, baseado na característica de alta carga orgânica, porém baixa biodegradabilidade dos lixiviados, foi realizado um tratamento físico-químico com aplicação dos processos de coagulação/floculação (CF) e oxidativos avançados do tipo foto-Fenton. Inicialmente, foi feito um tratamento preliminar dos lixiviados por meio de um planejamento fatorial 24, tendo como variáveis independentes: massa do coagulante hidróxido de cálcio, tempo e velocidade de rotação de floculação e tempo de sedimentação. Em seguida, foi aplicado o processo de fotoFenton, sob as mesmas condições, ao sobrenadante proveniente das amostras pré-tratadas por CF e diretamente às amostras brutas. Os resultados mostraram remoções de 89,6% e 83,4% de DQO para a amostra pré-tratada por CF e bruta de Altinho, respectivamente; e remoções de 91,5% e 85,2% de DQO para a amostra pré-tratada por CF e amostra bruta da Muribeca, respectivamente. Comparando esses resultados, decidiu-se pela não realização de um tratamento preliminar visto que o percentual de remoção entre as amostras pré-tratadas e brutas foram relativamente próximos, evitando assim o gasto extra de energia, materiais e tempo. Um planejamento fatorial 33 foi realizado para o tratamento por foto-Fenton para cada amostra de lixiviado dos aterros, variando-se concentração de H2O2, proporção de FeSO4.7H2O:H2O2 e pH, em um tempo reacional de 240 minutos sob radiação solar. Foram obtidos resultados de percentuais de remoções nas faixas de 52,5% a 87% de DQO, 43,5 a 77% de carbono orgânico total (COT) e 39 a 74% de substâncias húmicas (SH) para o lixiviado de Altinho; e 53 a 91% de DQO, 38,5 a 77% de COT e 30 a 64% de SH para o lixiviado da Muribeca. O estudo estatístico de correlação entre pares dessas variáveis mostrou que essas possuem correlação de moderada a altamente forte. Os dados experimentais se ajustaram a um modelo cinético de primeira ordem, alcançando-se 70% de degradação do COT dos dois lixiviados em 30 minutos de reação. Obteve-se a constante cinética (k) igual a 0,0408 min-1 e coeficiente de regressão linear (R2) igual a 0,9862 para o lixiviado de Altinho e k = 0,0373 min-1 e R2 = 0,9727 para Muribeca. A caracterização do lixiviado de Altinho e da Muribeca tratados, em suas condições ótimas, indicou um aumento da biodegradabilidade e uma remoção eficiente da carga orgânica, cor e turbidez. Os lixiviados tratados com diluição 1:10 não apresentaram toxicidade. / This research was motivated by the challenge to propose a treatment in laboratory scale to efficiently degrade pollutants of leachate from the landfill of Altinho - PE, located in the arid zone of the state and in operation, and landfill of Muribeca - PE, located in Metropolitan Region of Recife and closed since 2009. Thus, based on the high organic loading characteristic but low biodegradability of the leachates, a physical-chemical treatment with application of coagulation/flocculation (CF) and advanced oxidative (photo-Fenton) processes were made. Initially, a preliminary treatment of the leachate was done by an experimental design 24 using as independents variables: mass of the calcium hydroxide coagulant, flocculation time, flocculation rotation speed and settling time. Then, the photo-Fenton process was applied, under the same conditions, to the supernatant from the pretreated samples and directly to the raw samples. The results showed 89.6% and 83.4% COD removal for the pretreated sample by CF and raw sample from Altinho, respectively; and 91.5% and 85.2% COD removal for the pretreated sample by CF and raw sample from Muribeca, respectively. Comparing these results, it was decide not to do a pretreatment since the removal percentage between pretreated and raw samples were relatively close, avoiding the extra expense of energy, materials and time. A 33 factorial design was done for the photo-Fenton treatment to each landfills leachate sample, ranging the concentration of H2O2, the proportion of FeSO4.7H2O:H2O2 and pH, at a reaction time of 240 minutes under solar radiation. Percentages of removal results were obtained in the ranges of 52.5% to 87% of COD, 43.5 to 77% of TOC and 39 to 74% of humic substances (HS) to the Altinho’s leachate; and 53 to 91% of COD, 38.5 to 77% of TOC and 30 to 64% of HS to the Muribeca’s leachate. The statistical correlation study between pairs of these variables showed that it has a moderate to highly strong correlation. The experimental data fitted to a first order kinetic model, achieving 70% of TOC degradation for the leachate samples at 30 minutes of reaction. The rate constant (k) was 0.0408 min-1 and the linear regression coefficient (R2) was 0.9862 for Altinho´s leachate and k = 0.0373 min-1 and R2 = 0.9727 for Muribeca’s leachate. The characterization of Altinho and Muribeca treated leachate in its optimal condition, indicated an increase in biodegradability and efficient removal of organic matter, color and turbidity. The both treated leachate samples with dilution 1:10 showed no toxicity.

An ancient technology of solar-driven water evaporation and distillation has recently been revived due to the concept of interfacial solar evaporation and the development of photothermal materials. There have been many research interests in improving solar light harvesting and solar-to-water evaporation efficiency within these systems, including new photothermal materials search, structural engineering, and thermal management. The application horizon of both solar-driven water evaporation and distillation has been broadly expanded beyond their conventional domain, including now wastewater treatment, seawater desalination, steam sterilization, electric generation, and chemicals/fuels productions. This dissertation focused on designing of photothermal materials and their applications to clean water production. More specifically: (1) a bi-layered porous rGO membrane with a polystyrene (PS) foam as the heat insulator was designed and proved to be effective for reducing heat conduction to the bulk water and to improve the solar-to-water evaporation efficiency, (2) a tandem-structured SiC-C ceramic monolith was prepared and demonstrated to be mechanically and chemically stable to withstand physical or chemical cleaning during long-term use in real seawater and wastewater, (3) in order to simultaneously treat the contaminated water and get clean distillate water, multi-functional SiC foam modified with mesoporous Au/TiO2 nanocomposites has been prepared, which was demonstrated to possess both photocatalytic reduction and oxidation abilities for complex wastewater treatment, and (4) when the water source was contaminated by VOCs, another efficient multi-functional photothermal material was designed with a honeycomb ceramic plate as the matrix material, and a CuFeMnO4 nanocomposite coating layer acting as both photothermal material and Fenton agent for VOCs removal. Therefore, the light absorption property of photothermal material could be improved by using a porous structure, tandem-structure, porous foam or 3D structure. The solar-to-water evaporation efficiency was improved by including a heat insulator and the reduction of the water channels’ dimension. The ceramic-based material showed potential for long-term use with high mechanical strength to endure physical cleaning. Multi-functional photothermal materials were successfully developed for complex wastewater treatment and clean water generation.

Cette étude porte sur l’application de différents procédés d’oxydation avancée, POA (plasma d'air humide, électro-Fenton, photo-Fenton et oxydation anodique avec BDD) pour le traitement des colorants de textile. La particularité de ces procédés tient à la génération dans le milieu d’entités très réactives et très oxydantes, les radicaux hydroxyles •OH qui sont capables d’oxyder n’importe quelle molécule organique jusqu’au stade ultime d'oxydation, c'est-à-dire la minéralisation (transformation en CO2 et H2O). Le plasma d'air humide a été appliqué pour l'oxydation d'un colorant azoïque, l'OD 61. Différents catalyseurs (Fe2+, Fe3+ et TiO2) ont été ajoutés dans leurs conditions optimisées afin d'améliorer les performances du système Glidarc. La combinaison des deux catalyseurs: Fe2+ et TiO2 a permis de décolorer 91% de l'OD 61 au bout de 3 heures et d'atteindre un taux d'abattement du COT de l'ordre de 52% après 10 heures de traitement. La méthodologie de la recherche expérimentale a été appliquée dans ce mémoire afin d'étudier l'influence de: l'intensité du courant, la concentration du colorant et le temps d'électrolyse sur la vitesse de disparition de l'OD 61 et afin de déterminer les conditions optimales de sa minéralisation. Dans les conditions optimales obtenues ([colorant] = 0,53.10-3 mol.L-1, I = 250 mA), le procédé électro-Fenton (EF) permet d'atteindre des taux de minéralisation de l'ordre de 98% dans le cas de l'OD 61 et l'AO 7 et de 88% dans le cas de l'indigo carmine. L’identification des produits intermédiaires au cours de l’électrolyse a permis de proposer un mécanisme de minéralisation de l'AO7. Les constantes cinétiques apparentes et absolues ont été déterminées. La dégradation de l'indigo a été étudiée par oxydation anodique avec BDD (OA-BDD) et par procédé photo-Fenton (PF). Cette étude a montré que l'électrolyse de l'indigo suit une cinétique de pseudo premier ordre et que le taux d'abattement du COT était de l'ordre de 97% et 63% respectivement avec OA-BDD et PF. Une étude comparative pour l'oxydation de l'AO 7 a été menée par trois procédés d'oxydation avancée: PF, OA- BDD et EF-Pt et EF-BDD. Cette étude a montré que le procédé photo-Fenton permet d'atteindre des taux d'abattement supérieurs à 90% après seulement 2 heures de traitement. Toutefois, le PF s'est révélé le plus coûteux suite à l'utilisation de la lumière artificielle UV et l'ajout des réactifs. Par ailleurs, le traitement d'un effluent réel issu de l'industrie de textile par le procédé électro-Fenton avec une anode de platine a permis la minéralisation presque totale du rejet initial (94% du COT initial ont été éliminés) / This study concerns the application of various advanced oxidation processes, AOP (humid air plasma, electro-Fenton, photo-Fenton and anodic oxidation with BDD) to treatment of wastewater containing the persistent organic pollutants such as textile dyes. The characteristic of these processes is due to the generation of very reactive and very oxidizing species, hydroxyl radicals •OH which are able to oxidize any organic molecule until the ultimate oxidation stage, i.e. mineralization (transformation into CO2 and H2O). The humid air plasma was applied for DO 61degradation. Various catalysts (Fe2+, Fe3+ and TiO2) were added under their optimized conditions in order to improve the performances of Glidarc system. The combination of Fe2+and TiO2 lead to reach 91% of DO 61 degradation after 3 hours and 52% of TOC abatement after 10 H of treatment. The experimental design methodology was applied in this work in order to investigate the influence of experimental parameters (current intensity, dye concentration and electrolysis time) on the degradation rate of DO 61 dye and then for determining the optimal mineralization conditions. Under the optimal obtained conditions ([dye] = 0.53 10-3 mol.L-1, I = 250 mA), electro-Fenton process can lead to a complete mineralization of dyes: 98% of TOC abatement are obtained in the case of the DO 61 and the AO 7 and 88% in the case of indigo carmine. The identification of the intermediates during electrolysis permitted to propose a mineralization of AO 7 dye under examination. The apparent and absolute kinetic constants were determined. The degradation of indigo dye was studied by anodic oxidation with BDD (AO-BDD) and photo-Fenton process (PF). This study shows a pseudo first order reaction kinetics for indigo degradation. The mineralization efficiency is about 97% and 63% of TOC abatement, respectively with OA-BDD and PF A comparative study of the mineralization efficiency of AO 7 dye was been investigated by different advanced oxidation processes (PF, AO-BDD, EF-Pt, EF-BDD). This study shows that PF process lead to reach more than 95% of TOC abatement after only 2 hours. Nevertheless, this process is the most expensive due to the use artificial UV light and the addition of reagents. The treatment of an industrial textile effluent by electro-Fenton process lead to a complete mineralization (94% of initial TOC were eliminated)

Les différents rejets aqueux de types industriel, artisanal et/ou hospitalier, contiennent différents contaminants organiques ou inorganiques qu’il convient d’éliminer. Selon le type de l’industrie et de l’utilisation, ces rejets auront besoin de subir un ou plusieurs traitements. Il existe de nombreuses méthodes de traitement des eaux adaptées à chaque pollution et à chaque usage. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’utilisation d’une méthode peu onéreuse qui met en jeu les ions ferriques, ions ferreux, oxygène moléculaire et la lumière solaire (Fe(III)/Fe(II)/O2/hν) pour induire la transformation de composés organiques appartenant à deux familles de pesticides : les sulfonylurées et les organophosphorés. L’objectif majeur de l’étude consiste à la compréhension du rôle des ions de fer(II) dans le processus photocatalytique largement reporté dans la littérature ainsi que d’identifier les principaux produits formés au cours du processus. L’étude de la dégradation des sulfonylurées par excitation UV du peroxyde a démontré, sans aucune surprise, une réelle efficacité du processus. La réaction met en jeu les radicaux hydroxyles qui ont été clairement mis en évidence et quantifiés sous irradiation continue et par photolyse laser. Le processus dépend de la concentration initiale du substrat, du pH et de la concentration du photoinducteur (H2O2). La présence dans le milieu de la plupart des ions inorganiques conduit à une inhibition partielle de la dégradation. Dans le cas des ions étudiés, l’ordre de la réactivité est SO42- > Cl- > NO3- > CO32- . Cet aspect est très important à considérer lorsqu’il s’agit de traiter des eaux par le procédé UV/H2O2 . Lors de l’étude du comportement photochimique du complexe [Fe(H2O)5(OH)]2+ sous excitation à 365 nm et en simulateur solaire, la principale espèce réactive mise en jeu est le radical hydroxyle. En présence de composés organiques, une dégradation totale a pu être obtenue et ceci même pour de faibles concentrations en complexe de fer(III) (1,0x10-6 mol L-1). Il y a donc une régénération in situ et sous irradiation du fer(III). L’ensemble des expériences entreprises a permis de montrer que la régénération met en jeu non seulement le fer(II) mais également l’oxygène. La présence simultanée du fer(III) à l’état de trace et du fer(II) joue un rôle clé. En effet, l’excitation du fer(III) permet la production d’état excités qui transfèrent l’énergie aux ions de fer(II). Ces derniers états excités de fer(II) réagissent avec l’oxygène moléculaire par un processus de transfert d’électrons pour générer du fer(III) et l’anion superoxyde. La solution se trouve ainsi de plus en plus enrichie en fer(III) au fur et à mesure de l’excitation lumineuse. Sur le plan analytique, nous avons utilisé la technique LC/MS et LC/ESI/MS2 pour appréhender la structure chimique des photoproduits formés par l’étude précise des processus de fragmentation. Parmi toutes les réactions habituelles du radical hydroxyl (hydroxylation du noyau aromatique, scission du pont sulfonylurée et déméthylation), nous avons montré que certaines sulfonylurées conduisent, en milieu légèrement acide, à un processus de scission du squelette triazinique. Une telle réaction a également pu être confirmée par des études théoriques au niveau B3LYP/6-31G (d,p). La présence simultanée d’un groupement methoxy et d’une amine secondaire adjacente au cycle triazine est une condition essentielle pour une telle ouverture. L’ouverture du cycle est une étape importante pour atteindre l’objectif de l’étude qui est d’obtenir la minéralisation des solutions et ainsi le traitement des rejets aqueux de types industriel, artisanal et/ou hospitalier. / Waste waters resulting from industrial and artisanal activities as well as from hospital discharges contain numerous toxic organic and inorganic contaminants that require efficient treatment. In the present work, we employed various combinations of ferric and ferrous ions, oxygen, hydrogen peroxide and sunlight (Fe(III)/Fe(II)/O2/hν) to induce the transformation of two pesticide families: sulfonylureas and organophosphorus. The main objective of the study was devoted to the role of iron(II) species in the whole transformation process and also to the elucidation of the generated byproducts. In a first step, we used the system H2O2/ hν as a preliminary process for the degradation of the pollutant. This allowed a complete and fast removal of sulfonylureas. The reaction mainly involves hydroxyl radicals that were identified and quantified by nanosecond laser photolysis technique. The process highly depends on the initial substrate concentration, pH and the concentration of the photoinductor (H2O2). The presence of inorganic ions that could be present in waste waters was shown to inhibit the degradation, in the following decreasing order: SO42- > Cl- > NO3- > CO32- . In a second step, the study of the photochemical behavior of the iron(III) aquacomplex, [Fe(H2O)5(OH)]2+, upon light excitation at 365 nm as well as by using a solar simulator also showed the generation of hydroxyl radical together with iron(II) species. A complete elimination of studied pesticides was obtained even at low concentrations of iron(III) complex (1,0x10-6 mol L-1), indicating the high efficiency of the process. To gain insight into the degradation mechanism, the evolution of iron species upon irradiation was investigated in the absence and in the presence of molecular oxygen. The results suggested that a regeneration mechanism of iron(III) occurs through two consecutives steps. First, the excitation of iron(III) in trace concentrations, leads to the formation of iron(II) excited states through energy transfer process followed an electron transfer process that involves molecular oxygen and iron(II) excited state. As a conclusion, the solution becomes more and more enriched by iron(III) via the light excitation and in the presence of oxygen revealing the photocatalytic behavior of [Fe(H2O)5(OH)]2+. Within this work, a special attention was also devoted to the identification of products formed during the above photocatalytic process. This was performed by using liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry LC/ESI/MS2. The close investigation of the fragmentation processes of the generated products, permitted the establishment of precise chemical structures. In addition to the classical degradation of sulfonylureas by hydroxyl radicals (hydroxylation of the aromatic ring, the scission of sulfonylurea bridge and demethylation) a ring opening of the triazine skeleton was also obtained. This was observed under acidic conditions and was clearly confirmed by theoretical studies at the B3LYP / 6-31G (d, p) level. This triazine scission was only obtained with sulfonylures that contain a methoxy group and a secondary amine adjacent to the triazine moiety. Such ring opening constitutes an important and fundamental step when decontamination or/and mineralization of waste waters are concerned.

Les procédés dits d'oxydation avancés (POA) permettent la dégradation totale (minéralisation) en milieu aqueux des polluants organiques persistants et/ou toxiques pour l'homme et pour l'environnement. Cette étude porte sur l'application de deux POA principaux : électro-Fenton et photo-Fenton, au traitement des eaux polluées par des colorants de textile. La particularité de ces procédés tient à la génération dans le milieu d'entités oxydantes très réactives, les radicaux hydroxyles (..OH) qui sont capables d'oxyder n'importe quelle polluant organique ou organométallique jusqu'au stade ultime d'oxydation, c'est-à-dire la minéralisation (transformation en CO2 et H2O). Dans le cas des colorants étudiés (BB41, BR46 et BY28), il a été montré que le taux de minéralisation par le procédé électro-Fenton dépend des paramètres expérimentaux tels que la concentration du catalyseur, l'intensité du courant appliqué, le pH du milieu, etc.. Cette étude a montré que l'électrolyse du colorant suit une cinétique de pseudo premier ordre. Dans les conditions expérimentales optimales (I = 225 mA et [Fe3+]0 = 0,1 mM), les taux de minéralisation obtenus pour des solutions aqueuses des trois colorants étudiés étaient de 93, 82 et 73% pour le BB41, BR46 et BY28 respectivement après 6 h de traitement. Le taux de minéralisation par le procédé photo-Fenton (UV/Fe3+/H2O2) est fonction des doses des réactifs utilisés et des rapports R = [H2O2]/[Fe3+] et R' = [Fe3+]/[substrat]. Ainsi, les taux de minéralisation obtenus sont de l'ordre de 93% pour le BB41, 85% pour le BR46 et de 95% pour le BY28 pour une durée de traitement de 5 heures avec des rapports R = 10 et R' = 40. L'étude de la dégradation du colorant BB41 sur une unité pilote utilisant le rayonnement solaire a montré que le procédé hélio-photo-Fenton est très efficace. Ce procédé s'inscrit dans une perspective de développement durable et son fonctionnement est basé sur une énergie renouvelable. Une comparaison des performances de minéralisation d'un mélange de colorants par les deux procédés étudiés par l'estimation de l'énergie électrique consommée a montré que les procédés photo-Fenton et électro-Fenton permettent d'atteindre des taux de minéralisation très importants et que le procédé électro-Fenton semble être favorisé avec non utilisation de réactifs chimiques et une faible consommation d'énergie électrique.