Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciências Biológicas. Programa de Pós-graduação em Biotecnologia / Made available in DSpace on 2012-10-22T09:46:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226610.pdf: 462308 bytes, checksum: 5476e8dfa72834a6f94350197620cb57 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:41:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226667.pdf: 907440 bytes, checksum: abb300b37809e0948f81147d32b3c930 (MD5) / A utilização de biorreatores de nitrificação e desnitrificação foi avaliada na remoção de nitrogênio em efluente oriundo de uma indústria frigorífica, cuja ETE era composta por três lagoas: duas anaeróbias e uma facultativa. A aplicação do sistema envolveu duas etapas: a partida dos reatores individuais, alimentados com efluente sintético; e a operação dos reatores conectados alimentados com a água residuária oriunda da primeira lagoa da ETE da indústria frigorífica. Os parâmetros estequiométricos foram determinados através da aplicação da teoria do balanço elementar na estimativa das velocidades não determinadas experimentalmente. indicando que a ferramenta demonstrou-se bastante eficaz para este fim. Ao final do período de operação o reator aeróbio apresentava uma eficiência de 100% na nitrificação enquanto o reator de desnitrificação apresentava baixa remoção do nitrato. Já a remoção global no sistema era de 63%, valor este próximo ao teórico para a razão de reciclo aplicada (1,8). O software DENIKAplus® foi utilizado a fim de simular o sistema de lagoas já existentes incluindo sistemas convencionais de nitrificação e desnitrificação em diversas configurações. Os dados da simulação indicaram que a inclusão de um AST após a segunda lagoa foi a configuração que apresentou maior eficiência de remoção de nitrogênio. Os resultados de requerimentos operacionais obtidos pela aplicação do software apresentaram-se signficativamente inferiores quando comparados aos dados obtidos a partir dos resultados experimentais. Avaliações do balanço de massa no reator desnitrificação e a realização de ensaio em batelada utilizando lodo do mesmo reator demonstraram a ocorrência de oxidação anaeróbica de amônio (ANAMMOX).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:26:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 264308.pdf: 928299 bytes, checksum: 9f1c0d4b900a95be80cb6789affd0a40 (MD5) / A utilização de processos de elevada eficiência de remoção de materiais sólidos é um dos principais requisitos para a diminuição da carga orgânica nos efluentes das indústrias de processamento de carnes. Como tratamento primário, processos de flotação por ar dissolvido (FAD) utilizando coagulação-floculação são geralmente utilizados. De maneira complementar, processos de oxidação avançada (POAs) podem ser usados para eliminar grande parte dos poluentes orgânicos presentes no efluente. No entanto, alguns procedimentos analíticos como os métodos físico-químicos e cromatográficos, além da análise da biodegradabilidade e toxicidade, são de fundamental importância para garantir que esses líquidos contenham baixos níveis de contaminantes, possibilitando o descarte de efluentes que atendam à legislação. O presente estudo aborda o tratamento físico-químico de efluentes de indústrias de carnes por FAD seguido de POAs a fim de promover uma elevada eliminação dos contaminantes orgânicos presentes no efluente tratado, entre eles resíduos de drogas veterinárias, ftalatos e resíduos de poliacrilamida (PAM) utilizados no processo de floculação. Os resultados mostraram que os POAs aplicados ao efluente após o tratamento por FAD apresentaram elevados percentuais de eliminação de matéria orgânica, além da redução da contagem de coliformes e toxicidade. Entre os POAs aplicados ao efluente, o processo foto-Fenton apresentou os melhores resultados, o que foi confirmado através de métodos cromatográficos. Além disso, a análise cromatográfica por GC-MS detectou a presença de ftalatos e compostos fenólicos no efluente, e antibióticos e nitrosamina foram detectados por LC-MS. Por outro lado, a caracterização dos sólidos (lodo) gerados na estação de tratamento de efluentes da indústria de carnes verificou que estes resíduos sólidos podem ser dispostos na agricultura sem acarretar danos significativos ao meio ambiente. Para a degradação das PAMs, os processos foto-Fenton e H2O2/UV apresentaram maior eficiência de eliminação comparados aos processos Fenton e oxidação com ferrato de potássio. A partir dos resultados obtidos e da análise das condições de oxidação, um novo mecanismo de degradação da PAM foi proposto, levando em consideração a ação conjunta das diferentes reações que atuam na degradação da molécula, como a fotólise, a hidrólise e a oxidação química pelos radicais ?OH. The use of wastewater treatment processes with high efficiency of organic matter removal is considered one of the most important steps to achieve lower pollution loads in meat processing industries. As a primary treatment, dissolved air flotation processes (DAF) using coagulation-flocculation are generally applied. Additionally, the utilization of high efficiency procedures as advanced oxidation processes (AOP) has become an alternative for high elimination rate of degradation of the organic contaminants present in these wastewaters. Nevertheless, analytical practices as physicochemical and chromatographic methods, as well as biodegradability and toxicity analysis, might play an important role to guarantee pollution limits under control, allowing the discharge of these liquids according to the restricted environmental regulations. This work approaches the physicochemical treatment of the meat industry wastewater by dissolved air flotation and advanced oxidation processes, to promote the elimination of organic contaminants in the wastewater, including residues of veterinary drugs, phthalates, and polyacrylamide polymers (PAM) used as coagulation aids for flotation purposes. The results showed that the treatment with DAF and AOPs presented high elimination rates of organic matter, and significant reduction of toxicity and coliform bacteria. Among the AOPs applied to the wastewater, the photo-Fenton process present the best elimination results, confirmed by the chromatographic methods. Besides, the chromatographic analysis detected the presence of phthalates and phenolic compounds on the effluent by GC-MS, and antibiotics and nitrosamine by LC-MS. On the other hand, the characterization of the sludge generated in the wastewater treatment verified that theses solid wastes might be disposed onto land for agricultural purposes without significant damage to the environment. For the degradation of PAMs, the processes photo-Fenton and H2O2/UV achieved better elimination efficiencies compared to Fenton reaction and potassium ferrate oxidation. From these results, considering the oxidation conditions investigated, a new mechanism for PAM degradation was proposed, including the simultaneous reactions that degrade the molecules, such as photolysis, hydrolysis and chemical oxidation by the ?OH radicals.

O objetivo deste trabalho é o estudo da cinza leve do carvão mineral da região de Criciúma (SC) para a sua utilização como fonte de matéria-prima na fabricação de placas cerâmicas para revestimento. Na cinza foram realizadas as seguintes análises: química, mineralógica, granulométrica, de área superficial específica e dilatométrica. Partindo destes resultados, foram definidas formulações do material em estudo com matérias-primas tradicionais. As formulações foram otimizadas com o desígnio de atender quesitos técnicos que viabilizassem o seu processamento e a obtenção de propriedades tecnológicas dos produtos cerâmicos após queima. Com teores de cinza variando entre 20 e 80% em peso, as formulações foram conformadas por prensagem uniaxial simples, secadas e queimadas a 11500C. Todas as formulações contendo até 60% em peso de cinza apresentaram atributos suficientes para o seu processamento e atingiram propriedades tecnológicas para serem aplicadas na fabricação de placas cerâmicas para revestimento, atendendo a norma NBR 13818 (ABNT, 1997) nos diversos grupos de absorção (prensado). Os resultados obtidos indicam que a cinza de carvão mineral incorporada à matériasprimas tradicionais para a obtenção de massas cerâmicas apresenta grande potencial em uma utilização como matéria-prima de placas cerâmicas para revestimento. / The objective of this work is the study of the fly ash of the mineral coa/ from the region of Criciúma (SC) for its use as raw material source in the manufacture of ceramic files. Fly ash was analyzed by the following tests: chemical, mineralogical, grain size distribution, specific superficial area and dilatometric. In according with these results were defined batches containing the f/y ash and traditional raw materiais. The batches had been optimized with the design to suit technical queries feasibly their processing and obtaining technological properties of the ceramic products after it burned. With fly ash quantity varying between 20 and 80% in weight, the batches had been conformed by uniaxial pressing, drying and they were burned at 1150°C. AI/ the batches containing up to 60% in weight of fly ash had presented enough attributes for their processing and they had reached technological properties for use in the manufacture of ceramic files, in according of standard N8R 13818 (A8NT, 1997) from groups of absorption (pressed) 8/b, 811a, 81/b and 8111. The results indicate that the incorporated fly ash added on the batches have great potential for use as raw material on cera mie files.

Geopolímeros são uma nova classe de ligantes cimentícios obtidos a partir da reação química entre um aluminossilicato amorfo (precursor) e um ativador alcalino. Esses materiais tem se tornado uma alternativa interessante no desenvolvimento de novos cimentos devido sua reduzida emissão de CO2, bem como pelo potencial de valorização de resíduos. Além disso, apresentam algumas vantagens técnicas como elevada resistência mecânica inicial, baixa permeabilidade e estabilidade química em certas condições de uso. Como precursores utiliza-se normalmente aluminossilicatos provenientes de resíduos como cinza volante, escória de alto forno ou argilas calcinadas como o metacaulim. Como ativadores, os mais tradicionais são os hidróxidos e silicatos solúveis. A pesquisa de novas fontes de silicato provenientes de resíduos industriais gerados em grande volume pode facilitar a adoção desses materiais na indústria da construção. Com isso, esse trabalho avaliou a produção de diferentes ligantes geopoliméricos a partir da utilização como precursores de lodo de caulim calcinado (LCC), e cinza pesada (CP). Da mesma forma foi desenvolvido um ativador alcalino alternativo baseado na dissolução da sílica amorfa presente na cinza de casca de arroz (CCA). Os precursores foram ativados individualmente, bem como em combinações binárias, utilizando silicato de sódio comercial, silicato de sódio alternativo e hidróxido de sódio como ativadores. Os geopolímeros foram sintetizadas a partir de relações molares e critérios de síntese utilizados pela literatura. Os produtos de reação foram avaliados perante algumas técnicas de caracterização como calorimetria isotérmica, difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e análise termogravimétrica entre 1 e 90 dias de cura. Complementarmente a resistência à compressão foi avaliada até 90 dias de cura. Os resultados das análises micro e macroestruturais mostram que é viável utilizar ambos resíduos avaliados como precursores para geopolímeros, sendo possível obter resistências à compressão potencial de até 80 MPa. O conteúdo de silicato solúvel apresenta uma função importante perante a cinética de reações, possibilitanto um material mecanicamente mais resistente. O uso do ativador alcalino alternativo é uma alternativa viável para a produção de um material ambientalmente mais amigável, proporcionando características mecânicas e microestruturais similares aos geopolímeros produzidos com ativadores tradicionais. / Geopolymers are a new class of binder obtained through a chemical reaction between an amorphous aluminosilicate (precursor) and an alkaline activator. This material is a good alternative to the development of more environmental friendly binders, as well as the opportunity to valorize industrial wastes. These materials also show some technical advantages, including high compressive strength at early times of curing, low permeability and higher chemical stability under certain condition of exposure. As precursors, aluminosilicates from industrial wastes such as fly ash (FA), granulated blast furnace slag (GBFS) and/or calcined clays such as metakaolin (MK) are typically used. As activators, the most commonly used are hydroxides and soluble silicates. Therefore, the search of novel aluminosilicates sources from industrial wastes locally available in large volumes could facilitate the adoption of geopolymers by the construction industry. This study assessed the production of different geopolymer binders using as precursors calcined kaolin sludge (CKS) from the Brazilian mining industry and a bottom ash (BA) generated during coal combustion. An alternative alkali activator produced by the dissolution of rice husk ash (RHA) was also evaluated, in order to optimize the environmental benefits of these materials. The precursors were activated individually and also blended using sodium hydroxide, commercial sodium silicate and alternative sodium silicate as activators. The geopolymers were produced based on literature review. The reaction products formed upon alkali activation were evaluated using different characterization techniques, including isothermal calorimetry, X-ray diffractometry, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis coupled with mass spectrometry. Complementary, the compressive strength of the geopolymer pastes produced was evaluated up to 90 days of curing. The micro and macro structural characterization results show that these waste are suitable precursors to produce geopolymer binders, with compressive strengths as high as 80 MPa after 7 days of curing. The content of soluble silicates plays an important role in the kinetic of geopolymerization, favoring a high compressive strength development. The use of an alternative alkali activator based it is a feasible alternative to produce more environmental friendly geopolymers with similar mechanical performance to that of geopolymers produced with traditional soluble silicates based on commercial sodium silicate solutions.

A presença de elevados teores de elementos metálicos nos resíduos industriais desperta o interesse no seu reaproveitamento. O setor coureiro-calçadista, por exemplo, importante no estado do Rio Grande do Sul, produz resíduos perigosos provenientes da etapa de curtimento do couro ao cromo. A possibilidade de utilização deste importante metal contido no resíduo se tornou realidade a partir da introdução, em nível piloto, de uma unidade de incineração. A cinza dos resíduos é utilizada, neste trabalho, como matéria-prima para a produção de uma liga ferro-cromo do tipo alto carbono (FeCrAC) – que tem amplo emprego na produção de aço-inoxidável; outros resíduos industriais do Estado também são utilizados neste processo extrativo. A cinza – denominada CIAC neste trabalho –, matéria-prima principal e fonte de cromo, contém ~50% Cr2O3. Outros resíduos empregados como insumos foram: finos de carvão vegetal da produção de carvão para a preparação de alimentos, sílica proveniente de operações de polimento de peças de ágata, carepa de produtos siderúrgicos e casca de ovos. O cálculo da carga foi realizado com a ajuda da termodinâmica computacional, pela simulação do processo de redução carbotérmica na temperatura de 1600 °C e pressão de 1 atm. A simulação utilizou algumas metas como diretrizes: i) obtenção de uma escória com a menor temperatura sólidus possível; (ii) obtenção de uma escória de baixa viscosidade; e, (iii) obtenção de teores apropriados de Cr e C na liga. Devido ao alto teor de P da CIAC, um procedimento experimental para a redução deste elemento foi estabelecido tendo por base (i) o uso de reagentes baratos e (ii) a sinergia que decorre da conjunção destes reagentes. Para a produção da liga ferro-cromo, seis tipos de experimentos foram realizados variando-se a composição da carga (fontes do cromo e ferro) e dois lotes diferentes da cinza. Os teores de Cr e C nas ligas FeCr obtidas nos experimentos variaram entre: 50 - 60 % Cr e 7 - 10% C, demonstrando a possibilidade de reutilização do cromo contido nas cinzas, para produção da liga FeCr. / The presence of high levels of metals in industrial waste arouses interest in its reuse. The leather-footwear industry, for example, important in the state of Rio Grande do Sul, produces hazardous Cr-containing waste from the leather tanning stage. The possibility for reuse of this important metal contained in the residue became a reality with the introduction, in a pilot project, of an incineration plant. The ash waste is used in this work as a raw material for the production of high carbon ferro-chrome type (FeCrAC) - which has wide use in the production of stainless steel; other industrial waste are also used in this extraction process. Ash - called CIAC thereafter - the main raw material and source of chromium, contains ~ 50% Cr2O3. Other residues employed as inputs were: coal fines from coal production plant for food preparation, silica from polishing operations from pieces of agate mill, scale from steel products and egg shell. The reactor load calculation was carried out with the help of computational thermodynamics, the simulation being of the carbothermic reduction process at a temperature of 1600 °C and 1 atm pressure. The simulation used as targets some guidelines: i) production of a slag with a lower solidus temperature as possible, (ii) or a low viscosity slag, and (iii) to provide suitable amounts of C and Cr in the alloy. Due to the high P content of CIAC, an experimental procedure for the reduction of this element was established based on (i) the use of inexpensive reagents, and (ii) the synergy arising from the combination of these reagents. For the production of ferro-chromium six types of experiments were performed varying the charge composition (sources of Cr and Fe) and two different lots of ash. The Cr and C contents in FeCr alloy in the experiments varied between 50 - 60% Cr and 7 - 10% C, demonstrating the possibility for reuse of Cr contained in the ashes for the production of FeCr alloy.

Se as margens para ganhos financeiros são estreitas e o lucro está atrelado à produtividade, como ocorre nas indústrias de injeção de termoplásticos, cada centavo deve ser considerado. Cada perda no processo deve ser minimizada seja com redução em tempo de ciclo, redução em tempo de máquina parada, estudos de setup, automatização ou reciclagem, não somente de produtos não conformes e canais e de injeção, prática comum nas empresas transformadoras, mas também, das borras plásticas geradas no processo de purga de máquinas injetoras. O presente trabalho propõe a realização de um estudo acerca da viabilidade técnica para a reutilização e reprocessamento da matéria-prima obtida a partir das borras plásticas injetadas, um resíduo industrial, evitando sua deposição no meio ambiente ou venda como sucata, visando um fim mais nobre para esse resíduo tão comum nas empresas de transformação de termoplásticas por injeção. O envelhecimento das amostras por exposição natural e a comparação da performance entre amostras expostas e não expostas possibilitou um estudo comparativo de diversas propriedades e do comportamento do PEAD oriundo de borras plásticas injetadas. A fim de viabilizar a reciclagem, uma metodologia que incluiu procedimentos de coleta, separação, classificação, corte, moagem e formulação de misturas com diferentes frações de moído de borra de PEAD e PEAD virgem é apresentada. Com a realização de ensaios físicos, térmicos, mecânicos, reológicos obteve-se meios para analisar e avaliar as propriedades do polietileno de alta densidade (PEAD) proveniente de borras plásticas injetadas. Ressalta-se que, as condições de exposição ao intemperismo natural ao qual as amostras foram submetidas nesse estudo, são consideradas agressivas, visto que a radiação ultravioleta (UV) chegou ao índice extremo de acordo com a classificação utilizada pela OMS. Por fim, concluiu-se que para aplicações em bens duráveis, que serão expostos ao intemperismo natural, o simples fracionamento entre material reciclado, oriundo de borras plásticas injetadas e PEAD virgem não se mostra eficiente, pois há perda de propriedades mecânicas, principalmente no alongamento na ruptura. A aditivação das formulações é uma opção para obtenção de melhores resultados embora envolva custos adicionais. / If the margins are narrow for financial winnings and the profit is related to productivity, as occurs in thermoplastic injection industries, every penny should be considered. Each loss in the process should be minimized such as a reduction in cycle time, reduction in downtime, set up studies, automation or recycling not only of off-specification products and branch injection, common practice in manufacturing companies, but also, plastic sludge generated in the injection machines purge process. This paper proposes the achievement of a study about the technical viability for reuse and reprocessing of raw materials obtained from the injected plastic sludge, a industrial waste, preventing their deposition in the environment or their sale as scrap, seeking a nobler end for that residue so common in thermoplastic processing industries by injection. The aging of samples by natural exposure and the comparison of the performance between exposed and unexposed samples made possible a comparative study of various properties and the collection of information about the properties and behavior of reprocessed HDPE from injected plastic sludges. In order to facilitate recycling, a methodology that included procedures for collecting, separating, sorting, cutting, grinding and formulation of mixtures with different ground fractions of HDPE grounds and virgin HDPE is presented. Com a realização de ensaios físicos, térmicos, mecânicos, reológicos obteve-se meios para analisar e avaliar as propriedades do polietileno de alta densidade (PEAD) proveniente de borras plásticas injetadas. With the realization of physical tests, thermal, mechanical, rheological was obtained ways to analyze and evaluate the high-density polyethylene properties (HDPE) plastic injection-molded from sludges. It is noteworthy that, the conditions of exposure to natural weathering which the samples were submitted in this study are considered aggressive, once the ultraviolet (UV) index was considerated extreme according to the classification used by WHO. Finally, it was concluded that for applications in durable products, which will be exposed to natural weathering, the simple fractionation of recycled material coming from injected plastic sludge and virgin HDPE is inefficient because there is loss of mechanical properties, especially in the stretch at break. The additivation of formulations is an option for better results even though it involves additional costs.

As refinarias e indústrias petroquímicas geram inevitavelmente consideráveis volumes de borra oleosa durante o seu processamento. Devido à composição complexa de hidrocarbonetos, este resíduo deve ser considerado com potencial tóxico, mutagênico e carcinogênico. Tecnologias de biorremediação para o tratamento deste importante contaminante ambiental mostram-se promissoras e atrativas do ponto de vista político, econômico e social. Em vista disto, o presente trabalho teve por objetivo isolar, identificar e selecionar bactérias com potencial de biodegradação de borra oleosa e avaliar sua capacidade de biodegradação de resíduos petroquímicos presentes em solos com e sem histórico de contaminação. Foi estudada a eficiência de biorremediação em solos impactados contendo diferentes níveis de contaminação e mantidos em sistema aberto e fechado. Foram isoladas 45 bactérias, sendo 21 provenientes de solo de Landfarming, 11 de efluentes petroquímicos e 13 diretamente da borra oleosa. Destas, cinco bactérias, identificadas com base no seqüenciamento parcial do gene 16S rRNA como Stenotrophomonas acidaminiphila BB5, Bacillus megaterium BB6, Bacillus cibi, Pseudomonas aeruginosa e Bacillus cereus BS20 foram selecionadas e utilizadas na formulação do consórcio microbiano. Estudos conduzidos em meio mineral durante 40 dias, mostraram que o consórcio mostrou excelente capacidade de degradação da borra oleosa, reduzindo 90,7% da fração alifática e 51,8% da fração aromática. Dentre os solos analisados, o Landfaming mostrou maior potencialidade no tratamento de borra oleosa, alcançando máximos de 74,9% na bioestimulação e 74,3%, na bioaumentação, após 90 dias de processo. A avaliação com solos contaminados com 6% de borra oleosa, monitorados durante 120 dias em sistema fechado exibiram taxas promissoras de biodegradação com as estratégias de bioestimulação (84,1%) e bioaumentação (81,3%). O consórcio mostrou capacidade de biorremediação de borra oleosa em meio líquido e em solos. Os resultados indicaram o potencial de aplicação do consórcio bacteriano no sistema de tratamento de efluentes com intuito de reduzir a carga poluidora enviada às células de Landfarming, contribuindo assim, na redução de passivos ambientais e no aumento de rendimentos dos processos industriais. / Refineries and petrochemical industries inevitably generate considerable volumes of oily sludge during processing. Due to the complex composition of hydrocarbons, this sludge must be considered as a residue toxic, mutagenic and carcinogenic. Bioremediation technologies for the treatment of this important environmental contaminant show to be promising and politically, economically and socially attractive. The goal of this study was to isolate, identify and select bacteria with potential for biodegradation of oily sludge and evaluate its ability for biodegradation of petrochemical residues in soils with and without a historic contamination. We studied the efficiency of bioremediation in impacted soils containing different levels of contamination with an open and closed systems. Forty-five bacteria strains were isolated, 21 from soil Landfarming, 11 from petrochemical effluent and 13 directly from the oily sludge. Of these, five bacteria, identified based on partial sequencing of the 16S rRNA gene as Stenotrophomonas acidaminiphila BB5, Bacillus megaterium BB6, Bacillus cibi, Pseudomonas aeruginosa and Bacillus cereus BS20 were selected and used in the microbial consortium formulation Evaluation in mineral medium for 40 days with consortium selected showed degradation of oily sludge, reducing 90.7% and 51.8% aliphatic and aromatic fraction, respectively. Among the examined soils, the Landfaming showed greater potential in the treatment of oily sludge, reaching maximum of 74.9% and 74.3% in biostimulation and bioaugmentation respectively, after 90 days of the process. The evaluation of contaminated soils with 6% of oily sludge, monitored for 120 days in a closed system, exhibited promising rates of biodegradation with biostimulation (84.1%) and bioaugmentation (81.3%) strategies. The consortium selected was effective on bioremediation of oily sludge in a liquid medium and soil. The results indicated the potential of the bacterial consortium in the wastewater treatment system in order to reduce the pollutant load sent to the Landfarming area, thus, reducing environmental passives and increased efficiency from industrial processes.

A presente Tese, elaborada pela integração de artigos científicos publicados ou submetidos em periódicos internacionais, tem por objetivo geral investigar as potencialidades e limitações de resíduos industriais, acadêmicos e agroindustriais na obtenção de catalisadores para degradação de poluentes orgânicos. Foram utilizados resíduos industriais (banhos de galvanização, areias de fundição e petroquímico), acadêmicos (soluções residuais de aula de fotografia contendo prata e solução residual das aulas de química analítica contendo metais) e agro-industriais (casca de arroz, casca de acácia esgotada, pó de fumo) na preparação dos fotocatalisadores suportados. Os sólidos foram caracterizados por um conjunto de técnicas espectroscópicas, volumétricas, microscópicas, eletroquímicas visando descrever os catalisadores do ponto de vista, elementar, estrutural, textural e morfológico, como espectroscopia de emissão de raios X por dispersão de energia (SEM-EDX), espectroscopia de retroespalhamento Rutherford (RBS), espectroscopia de reflectância difusa no ultravioleta (DRS-UV), espectroscopia de espalhamento de raios X em baixo ângulo (SAXS), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), porosimetria de nitrogênio e medidas de potencial zeta (ZP). Os sistemas foram avaliados na fotodegradação de corante (rodamina B), fenol e fármacos sob radiação ultravioleta e visível. Para fins de comparação, titânia comercial P25 (Degussa) foi empregada como catalisador. Além disso, o efeito da reutilização dos catalisadores e atividade fotocatalitica frente a amostras reais foram estudados. O catalisador suportado preparado a partir do resíduo da indústria petroquímica e suportado em sílica apresentou a melhor atividade fotocatalítica na degradação de todas as moléculas testadas, tal como RhB (67 % sob radiação UV e 61 % sob radiação visível), fármaco guaifenesin ( 49 % UV e 45 % visível) e fenol (44 % UV), enquanto que o P25 comercial apresentou 93 % e 14 %, respectivamente, para a radiação ultravioleta e visível. / This thesis, developed by the integration of scientific papers published or submitted in international journals, has the objective to investigate the potential and limitations of industrial waste, academics and agroindustrial to obtain catalysts for degradation of organic pollutants. Industrial waste (galvanic baths, foundry sands and petrochemical), academics (residual solutions of class photograph containing silver and residual solution of analytical chemistry classes containing metals) and agroindustrial (rice husk, exhausted bark acacia, tobacco dust) were used in the preparation of the supported photocatalyst. The solids were characterized by a set of spectroscopic, volumetric, microscopic electrochemical techniques in order to describe elementary structural, textural and morphological properties, such as Scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), Rutherford backscattering spectrometry (RBS), diffuse reflectance spectroscopy in the ultraviolet (DRS-UV), small-angle X-ray scattering (SAXS), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), nitrogen porosimetry and zeta potential (ZP) measurements. The catalyst activity was evaluated on the dye (RhB), phenol and drugs photodegradation under ultraviolet and visible radiation. For comparative reasons, P25 (Degussa) was also employed as the catalyst. Furthermore, the effect of reuse of catalysts and photocatalytic activity compared to real samples were also evaluated. The silica supported catalyst prepared from petrochemical waste and supported on silica showed the best photocatalytic activity in the degradation of all tested molecules, such as RhB (67% and 61% under UV and visible radiation, respectively), guaifenesin drug (49% UV and 45 % visible radiation) and phenol (44 % UV radiation), while the commercial P25 showed 93 % and 14 %, to ultraviolet and visible radiation, respectively.

A presente tese teve como objetivo fornecer subsídios teóricos e experimentais com vistas à reciclagem da carepa gerada em usinas mini-mills através de briquetes autorredutores para uso em FEA. Para atingir os objetivos vislumbrados, o trabalho foi estruturado em quatro principais tópicos: estudo de caracterização e de redutibilidade da carepa, escolha e caracterização do redutor para uso nos briquetes, elaboração e caracterização da mistura e ensaios de laboratório para avaliação do desempenho dos briquetes autorredutores. Os estudos de caracterização da carepa indicaram que este resíduo é constituído principalmente de wustita e se apresenta estratificada em três camadas: camada externa fina e porosa composta de hematita e magnetita, camada intermediária de wustita densa e camada interna de wustita porosa. A cinética de redução da carepa foi investigada em termobalança no intervalo de temperatura entre 830 e 1200°C com CO puro e mistura 90%CO-10%CO2. A energia de ativação aparente encontrada nesses ensaios variou de 71 a 80 kJ/mol e as observações microscópicas demonstraram que a redução da carepa segue um modelo topoquímico. A escolha do agente redutor para compor o briquete se deu através de ensaios de gaseificação ao CO2 e de autorredução em termobalança com três tipos de material carbonoso. A partir desses ensaios observou-se a seguinte ordem decrescente de reatividade e respectivas energias aparentes de ativação: Carvão Vegetal (Ea = 237 kJ/mol), Carvão Mineral (Ea = 214 kJ/mol) e Coque de Petróleo (Ea = 335 kJ/mol). Em virtude da maior reatividade do Carvão Vegetal frente aos demais, este redutor foi escolhido para uso nos briquetes. A mistura utilizada na confecção dos briquetes autorredutores teve como constituintes principais a carepa, os finos de carvão vegetal e aglomerantes (melaço e cal). Ensaios de caracterização em termobalança com atmosfera oxidante e aquecimento rápido indicaram uma perda de massa de cerca de 40%, referente às etapas de secagem, desvolatilização e autorredução da mistura. Nesses ensaios, observou-se elevadas taxas de perda de massa da mistura e uma notável complexidade dos fenômenos envolvidos, com reações simultâneas de combustão, autorredução e de oxidação do ferro, prevalecendo uma ou outra, dependendo da temperatura e da fração reagida de amostra. Através de procedimentos que buscaram reduzir a complexidade dos fenômenos envolvidos nas condições oxidantes, foi possível estimar que a energia de ativação aparente de autorredução está entre 62 e 69 kJ/mol. Os briquetes produzidos em escala industrial foram submetidos a ensaios isotérmicos e não-isotérmicos de alta temperatura. Tais ensaios buscaram determinar os gradientes térmicos no interior do briquete, a energia de ativação aparente e o desempenho cinético do aglomerado em condições de temperatura que se aproximam da prática industrial. A partir das constatações concernentes às taxas das reações químicas individuais (redução e gaseificação), às medidas do perfil de temperatura no interior dos aglomerados, à energia de ativação estimada para o briquete (93 kJ/mol) e ao modelo de redução encontrado nos ensaios de alta temperatura, acredita-se que tanto a cinética de redução da carepa como a transferência de calor sejam obstáculos limitantes da cinética global dos briquetes em estudo. Finalmente, os resultados de metalização obtidos nos testes de alta temperatura dão indícios da possibilidade de uso destes briquetes em FEA. / This dissertation aimed to provide theoretical and experimental basis for recycling of mill scale generated in mini-mill plants through the use of self-reducing briquettes in EAF. To reach these goals, the work was structured around four main topics: characterization and reducibility study of scale, choice and characterization of the reductant to use in briquettes, elaboration and characterization of the mixture and laboratory tests to performance evaluation of self-reducing briquettes. The characterization studies of mill scale have indicated that this waste is composed mainly of wustite and is stratified into three layers with different morphologies: fine porous external layer composed of hematite and magnetite, intermediate layer of dense wustite and inner layer of porous wustite. The kinetics of scale reduction was investigated in thermobalance in a temperature range from 830 to 1200°C with pure CO and a mixture of 90% CO and 10% CO2. The apparent activation energy obtained in these tests ranged from 71 to 80 kJ/mol and the microscopic observations showed that the mill scale reduction corresponds to a topochemical model. The choice of the reductant for composing the briquette was made through tests of gasification with CO2 and of self-reduction in thermobalance with three different carbonaceous materials. From the results, it was observed the following decreasing reactivity order and the related apparent activation energy: Charcoal (Ea = 237 kJ/mol), Mineral Coal (Ea = 214 kJ/mol) and Petroleum Coke (Ea = 335 kJ/mol). Due to the higher reactivity of Charcoal in relation to the others, this reducer was chosen to be used in the briquettes. The main constituents of the mixture used in the manufacture of self-reducing briquettes were scale, charcoal and binders (melasse and lime). The characterization tests in thermobalance with oxidizing athmosfere and rapid heating indicated a mass loss of about 40%, referring to the stages of drying, devolatilization and self-reduction of the mixture. During these tests, it were observed high rates of mixture loss mass and a remarkable complexity of the phenomena, with simultaneous combustion, self-reduction and iron oxidation reactions, where their importance changes according to temperature and fractional reaction of the sample. Through the procedures that aimed to reduce the complexity of the related phenomena in oxidant conditions, it was possible to estimate that the self-reduction apparent activation energy ranges between 62 to 69 kJ/mol. The briquettes produced in the industrial plant were submitted to isothermal and nonisothermal tests of high temperatures. Such tests aimed to determine the thermal gradients into the briquette, the apparent activation energy and kinetic performance of the agglomerate in temperature conditions similar to the ones used in industrial practice. Based on the findings concerning the individual rates of chemical reactions (reduction and gasification), the measures of the temperature profile inside the briquettes, the activation energy estimated (93 kJ/mol) and the reduction model found in high-temperature tests, it is assumed that both the kinetics of mill scale reduction and heat transfer limit the overall kinetic rates of these briquettes. Finally, the results of metallization obtained in the tests conducted at high temperatures indicate the possibility of using these briquettes into the EAF.