O resíduo da primeira destilação do vinho, a vinhaça, destaca-se dentre os demais gerados na produção de etanol de cana-de-açúcar pelo seu grande volume e alta concentração de substâncias orgânicas. O tratamento anaeróbio desse efluente pode melhorar suas características físico-química (e.g. pH e DQO) além de produzir um combustível alternativo ao gás natural, o biogás. No entanto, apesar dos possíveis ganhos energéticos e ambientais, essa tecnologia apresenta dificuldades em se tornar viável no setor sucroenergético. Tendo em vista esse cenário, este trabalho propõe uma nova análise termodinâmica, baseada no método exergético, do potencial da vinhaça e do biogás provindo de seu tratamento. Para isso, modelou-se a digestão anaeróbia da vinhaça por meio do ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº1) e atualizou-se o cálculo da exergia química deste efluente. Assim, os resultados obtidos indicam que o tratamento anaeróbio pode recuperar uma significativa parcela da exergia descartada com a vinhaça (44-52% de 189-1529 kJ/l), dependendo da degradabilidade e concentração do material orgânico, bem como o regime de operação do reator anaeróbio. Nota-se também, que apesar de a digestão anaeróbia ser mais eficiente com maiores tempos de retenção hidráulica, é preferível maximizar o volume de vinhaça tratada em detrimento da qualidade de conversão. Além disso, o desempenho anual da geração de biogás também é afetado pelo seu processo de partida e pela sazonalidade da produção de etanol. Por outro lado, a planta de biogás promove maiores reduções de exergia destruída em comparação com a fertirrigação e a concentração de vinhaça. Possíveis integrações térmicas entre a planta de biogás e a unidade de concentração de vinhaça foram propostas e analisadas, atingindo melhores eficiências exergéticas e reduzidas demandas térmicas. De forma geral, esse estudo demonstra a aplicação do método exergético na valorização de resíduos orgânicos por meio da produção de biogás. / The residue of the first distillation of wine, vinasse, stands outs in the sugarcane ethanol production due to its huge volume and high concentration of organic substances. The anaerobic treatment of this effluent can enhance its physical-chemical characteristics (e. g. pH and COD) in addition to produce an alternative fuel to natural gas, the biogas. However, although there are possible gains in the energy and environmental aspects, this technology presents difficulties to become viable in Brazilian market. Therefore, this work proposes a new thermodynamic analysis, based on the exergy method, of the potential of vinasse and biogas produced in its anaerobic treatment. In order to accomplish this, the anaerobic digestion of vinasse was modeled with ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº1) and the chemical exergy calculation of this effluent was updated. Thus, the results obtained indicate that the anaerobic treatment can recover a significant part of vinasse exergy (44-52% of 189- 1529 kJ/l), depending on the digestible material concentration, as well as the anaerobic reactor operation. It also can be notice that, although anaerobic digestion be more efficient at higher retention times, it is desirable to maximize treated vinasse volume to the detriment of conversion quality. Furthermore, the biogas production yearly performance is also affected by the reactor start-up process and the ethanol production seasonality. On the other hand, the biogas plant promotes higher reductions of exergy destruction in comparison with fertirrigation and vinasse concentration. Possible thermal integrations between the biogas plant and the vinasse concentration plant were proposed and analyzed, reaching better exergy efficiencies and reduced thermal demand. In general, this study demonstrates the exergy method application in organic residues upgrade by biogas production.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6257_1.pdf: 4639666 bytes, checksum: 1573592aa582f78b356c379685bdc587 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Na tentativa de melhorar a gestão de resíduos sólidos nos municípios componentes da Região Metropolitana do Recife (RMR), um grande número de planos, programas, projetos e outros documentos técnicos foram gerados por diferentes órgãos ao longo dos últimos 30 anos. Surpreende o fato de que nenhum desses documentos gerados ter sido implantado. Hoje, a RMR apresenta um quadro crítico, no que diz respeito à referida gestão, com pouca ou nula evolução nos últimos anos, sobretudo no que diz respeito ao tratamento e disposição final dos rejeitos sólidos. Assim, o trabalho aqui apresentado tem como objetivo principal auxiliar na proposição de mecanismos de planejamento para o tratamento e disposição final de resíduos sólidos na RMR, partindo de um dos fundamentos básicos que norteiam a gestão: analisar integralmente o problema ao longo de um período de tempo. A reconstituição do histórico de dificuldades e conflitos do planejamento efetuado no passado, bem como a análise da evolução da gestão de resíduos sólidos até a situação atual na RMR, objetivou detectar as oportunidades de melhoria que deveriam ser incorporadas às proposições. Com base nas informações coletadas, dois cenários tecnicamente possíveis foram criados e analisados. O primeiro incorporou a iniciativa privada na gestão e o segundo consistiu na gestão de resíduos sólidos exercida somente pelo poder público. Ambos os cenários baseiam-se na formação de consórcios. As duas alternativas foram analisadas em termos da sua viabilidade técnica, ambiental, temporal e principalmente econômica, com levantamento dos custos de implantação e operação ao longo de 20 anos. Os resultados obtidos dizem respeito aos benefícios do sistema de consórcios em termos econômicos e ambientais, fornecendo ordens de grandeza dos investimentos iniciais e operacionais requeridos na RMR e sua distribuição por municípios. Apesar do cenário que incorporou a iniciativa privada ter se apresentado quase duas vezes mais caro que o outro, pôde-se observar que a incorporação da iniciativa privada na gestão de resíduos sólidos pode ser uma alternativa economicamente viável, desde que seja determinado um sistema tarifário de acordo com a massa tratada

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Donizete.pdf: 811871 bytes, checksum: e0872efc22fd6d5f329f10241669634c (MD5) Previous issue date: 2012-07-13 / Brazil has great potential in food production, although the large scale production of grains and animal protein has increased waste generation. This justifies the study of recycling practices, such as biodigestion and anaerobic co-digestion of wastewater, excreta and solid waste from farms and processing products since the processing of potential polluting waste into biofertilizers and biogas has contributed to effective sanitation and added value to the final product. The studied wastes were reused poultry litter from six, seven and eight lots and sieved swine wastewater (SWW), from piglet production unit. Two trials were carried out: the first one aimed at verifying which system, biodigestion or anaerobic co-digestion, has recorded the greatest potential for biogas production. With those results from the first trial, the second one could be started to determine the best hydraulic retention time (40 or 55 days), according to the following evaluated parameters: pH, electrical conductivity (EC), reduction of both total solids (TS) and volatile solids (VS), reduction of chemical oxygen demand (COD), N, P, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Fe, Mn and Na contents, both in influent and effluent as well as the potential biogas production and analysis of total and thermo-tolerant coliforms. The results have shown higher biogas production (p <0.05) in treatments that used anaerobic co-digestion with SWW (0.179, 0.158 and 0.117 m3 kg added TS) for poultry litter with six, seven and eight lots, respectively. In this trial, there was no interaction among factors (poultry litter and used wastewater) or differences among treatments for COD decrease. For the second test, when hydraulic retention times were compared, the biogas production was statistically higher (p <0.05) in 55 day (0.04, 0.05 and 0.03 m3/kg TS added), respectively for poultry litter with six, seven and eight lots. According to COD decrease, the largest decreases (p <0.05) were observed at 55 days (45.83, 67.49 and 29.45%), respectively, for the poultry litter with six, seven and eight lots. There was no total or thermo-tolerant coliform in biofertilizer, in both trials. According to the chemical composition of biofertilizers, there was higher concentration of nutrients in effluent when compared to the influent due to carbon losses in biogas for both trials. In the first trial, the Mg levels remained the same in both biofertilizers from co-digestion as in anaerobic digestion. For other nutrients, the biofertilizer from co-digestion of the increases ranged from 20.2% for Ca up to 92% for N. In the first trial, both processes were compared and there was an increase on nutrients concentration in co-digestion biofertilizers and the increases ranged from 20.2% for Ca up to 92% for N. For micronutrients, the variation was from 55.2% up to 904.7% in Cu. Thus, it was concluded that the anaerobic co-digestion of sieved swine wastewater and poultry litter with six, seven or eight lots plus a 55 day hydraulic retention time is the best option for recycling energy and nutrients, although it has resulted in greater concentration of Cu and Zn in biofertilizer / O Brasil apresenta grande potencialidade na produção de alimentos, porém, a produção em larga escala de grãos e proteína animal tem levado ao aumento da geração de resíduos. Este fato justifica o estudo de práticas de reciclagem, tais como a biodigestão e a co-digestão anaeróbia de águas residuárias e resíduos sólidos oriundos de criatórios e beneficiamentos, pois a transformação de resíduos potencialmente poluidores em biofertilizante e biogás contribui para o saneamento eficaz e agrega valor ao produto final. Os resíduos utilizados nesta pesquisa foram camas de frango de seis, sete e oito lotes, além de água residuária da suinocultura (ARS) peneirada, proveniente de unidade produtora de leitões. Foram implantados dois ensaios: no primeiro ensaio, objetivou-se verificar qual dos processos, a biodigestão ou a co-digestão anaeróbia apresentaria o maior potencial de produção de biogás. Com os resultados do primeiro ensaio, iniciou-se o segundo para determinar qual o melhor tempo de retenção hidráulica (40 ou 55 dias) em função dos parâmetros avaliados, a saber: pH; condutividade elétrica (CE); redução de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV); redução da demanda química de oxigênio (DQO); teores de N, P, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Fe, Mn e Na, tanto no afluente quanto no efluente, além dos potenciais de produção de biogás e análise de coliformes totais e termotolerantes. Como resultados, observaram-se maiores produções de biogás (p<0,05) nos tratamentos em que se empregou a co-digestão anaeróbia com ARS: 0,179; 0,158 e 0,117 m3 por kg de ST adicionados, para as camas de frango com seis, sete e oito lotes, respectivamente. Neste mesmo ensaio, não se observou interação entre os fatores (cama e águas utilizadas) nem diferenças estatísticas entre os tratamentos para a redução de DQO. Para o segundo ensaio, ao serem comparados os tempos de retenção hidráulica, observou-se produção de biogás estatisticamente maior (p<0,05) no tempo de 55 dias: 0,04; 0,05 e 0,03 m3 por kg ST adicionados, respectivamente, para as camas de frango com seis, sete e oito lotes. Quanto à redução de DQO, as maiores reduções (p<0,05) foram observadas aos 55 dias: 45,83; 67,49 e 29,45%, respectivamente, para camas de seis, sete e oito lotes. Não foram observados coliformes totais nem termotolerantes no biofertilizante, em ambos os ensaios. Com relação à composição química dos biofertilizantes, observou-se, de maneira geral, maior concentração de nutrientes no efluente quando comparado ao afluente, devido às perdas de C via biogás, em ambos os ensaios. No primeiro ensaio, onde foram comparados os dois processos, houve aumento na concentração de macronutrientes, no biofertilizante proveniente da co-digestão, os incrementos variaram desde 20,2% para o Ca até 92% para o N. Para os micronutrientes, a variação foi desde 55,2% para o Na até 904,7% para o Cu. Concluiu-se que a co-digestão anaeróbia entre água residuária de suinocultura peneirada e cama de frango com seis, sete ou oito lotes, com tempo de retenção hidráulica de 55 dias, é a melhor opção para a reciclagem energética e de nutrientes, porém resulta em maior concentração de Cu e Zn no biofertilizante

Diferentes resíduos são gerados pelas indústrias siderúrgicas, dentre eles o resíduo dos trituradores de sucata (RTS). O destino mais utilizado para o RTS pelas indústrias siderúrgicas brasileiras é o aterro de resíduos industriais. A pirólise se apresenta como uma alternativa para o reaproveitamento do RTS. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes parâmetros operacionais sobre as propriedades e o rendimento dos produtos do processo de pirólise do RTS para fins de um posterior aproveitamento. Um reator de pirólise de leito fixo foi utilizado e as seguintes variáveis foram testadas fazendo-se uso de um planejamento experimental 2k: temperatura (500, 600 e 700 ºC), taxa de aquecimento (5, 20, 35 ºC/min), vazão de gás inerte (N2) (0,03, 0,44 e 0,76 L/min) e razão CaO/RTS (0, 1 e 2). A utilização de uma taxa de aquecimento menor, associada a presença de CaO, resultou nos maiores rendimentos de gás não-condensável (> 50%). O poder calorífico deste gás, aumentou com o incremento da razão CaO/RTS. Este aumento foi atribuído a captura in situ do CO2. A utilização de uma vazão maior de gás inerte, também favoreceu o aumento do poder calorífico do gás não-condensável. Os maiores valores obtidos (25 MJ/Nm3) são apreciáveis, considerando o poder calorífico de outros combustíveis. Os maiores rendimentos de char (> 24%) foram obtidos nos experimentos com a utilização de uma temperatura menor, associada a ausência de CaO. A utilização de uma taxa de aquecimento mais elevada resultou em maiores rendimentos de voláteis condensáveis. Os menores rendimentos de voláteis condensáveis foram obtidos quando a vazão de inerte foi menor. Também foi possível verificar que, houve um aumento do rendimento de voláteis condensáveis com a presença de CaO para a temperatura de 700 ºC. Este comportamento foi atribuído ao maior rendimento global de estireno nas referidas condições operacionais. O rendimento global de 2,4-dimetil-1-heptano também apresentou comportamento semelhante ao observado para o rendimento de voláteis condensáveis, indicando que o AlCl3 pode ter atuado como catalisador da pirólise do PP presente no RTS. Com o aumento da razão CaO/RTS, houve uma redução da concentração de CO2. A redução da concentração de CO2 na presença de CaO está associada a formação de CaCO3. A retenção de cloro no char foi mais elevada nos ensaios conduzidos na presença de CaO. Verificou-se uma redução da retenção de cloro no char com o aumento da temperatura para os ensaios conduzidos na presença de CaO. Uma diminuição da retenção de metais no char foi verificada nos experimentos conduzidos com CaO para os seguintes metais: Co, Cu, Cr, Fe, Ni e Zn. A remoção do cloro permitiria conduzir o processo de pirólise a temperaturas mais elevadas, aumentando a Eficiência Energética mínima (EE) do processo. Desta forma, fica clara a necessidade da remoção do cloro do RTS antes do processo de pirólise, pois a partir disto o uso do CaO contribuiria para o aumento da EE e da retenção de metais no char, e consequentemente da desejabilidade global. / Different wastes are generated by steel industries, among them the shredder residue (SR). The most commonly used destination for SR by Brazilian steel industry is the landfill of industrial waste. The pyrolysis can be considered a solution to this problem. The aim of this work was to evaluate the effects of different operating parameters upon the properties and yield of the SR pyrolysis process products for later use. A fixed bed pyrolysis reactor was used and the following variables were tested using a 2k experimental design: temperature (500, 600 and 700 ºC), heating rate (5, 20, 35 ºC/min), flow rate of inert gas (N2) (0.03, 0.44 and 0.76 L/min) and CaO/SR ratio (0, 1 and 2). The use of a lower heating rate, associated with the CaO presence, resulted in higher yields of non-condensable gas (> 50%). The calorific value of this gas increased with the growth of the CaO/SR ratio. This increase was attributed to an in situ CO2 capture. The use of a higher flow rate of inert gas also favored the increase in the calorific power of the non-condensable gas. The highest values (25 MJ/Nm3) are appreciable considering the calorific value of other fuels. The highest char yields (> 24%) were obtained in the experiments using a lower temperature associated with the absence of CaO. The use of a higher heating rate resulted in higher yields of condensable volatiles. The lower yields of condensable volatiles were obtained when the inert flow rate was lower. It was also possible to verify that there was an increase in the condensable volatiles yield with the CaO presence at a temperature of 700 ºC.This behavior was attributed to the higher styrene overall yield under these operating conditions. The 2,4-dimethyl-1-heptane overall yield also presented a similar behavior to that observed for the condensable volatiles yield, indicating that the AlCl3 may have acted as a catalyst for the PP pyrolysis present in the SR. With the increase in the CaO/RTS ratio, there was a reduction in the CO2 concentration. The CO2 concentration reduction in the CaO presence is associated with the CaCO3 formation. The chlorine retention in the char was higher in the experiments conducted with CaO presence. A reduction in the chlorine retention in char was observed with increasing temperature for the experiments conducted with CaO presence. A decrease in metal retention in the char was verified in the experiments conducted with CaO for the following metals: Co, Cu, Cr, Fe, Ni and Zn. Chlorine removal would allow the pyrolysis process to be conducted at higher temperatures, increasing the minimum energy efficiency (EE) of the process. Therefore, it is clear the need to remove chlorine from the SR before the pyrolysis process, since, the CaO use would contribute to the EE increase and the retention of metals in the char, and consequently the global desirability.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Donizete.pdf: 811871 bytes, checksum: e0872efc22fd6d5f329f10241669634c (MD5) Previous issue date: 2012-07-13 / Brazil has great potential in food production, although the large scale production of grains and animal protein has increased waste generation. This justifies the study of recycling practices, such as biodigestion and anaerobic co-digestion of wastewater, excreta and solid waste from farms and processing products since the processing of potential polluting waste into biofertilizers and biogas has contributed to effective sanitation and added value to the final product. The studied wastes were reused poultry litter from six, seven and eight lots and sieved swine wastewater (SWW), from piglet production unit. Two trials were carried out: the first one aimed at verifying which system, biodigestion or anaerobic co-digestion, has recorded the greatest potential for biogas production. With those results from the first trial, the second one could be started to determine the best hydraulic retention time (40 or 55 days), according to the following evaluated parameters: pH, electrical conductivity (EC), reduction of both total solids (TS) and volatile solids (VS), reduction of chemical oxygen demand (COD), N, P, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Fe, Mn and Na contents, both in influent and effluent as well as the potential biogas production and analysis of total and thermo-tolerant coliforms. The results have shown higher biogas production (p <0.05) in treatments that used anaerobic co-digestion with SWW (0.179, 0.158 and 0.117 m3 kg added TS) for poultry litter with six, seven and eight lots, respectively. In this trial, there was no interaction among factors (poultry litter and used wastewater) or differences among treatments for COD decrease. For the second test, when hydraulic retention times were compared, the biogas production was statistically higher (p <0.05) in 55 day (0.04, 0.05 and 0.03 m3/kg TS added), respectively for poultry litter with six, seven and eight lots. According to COD decrease, the largest decreases (p <0.05) were observed at 55 days (45.83, 67.49 and 29.45%), respectively, for the poultry litter with six, seven and eight lots. There was no total or thermo-tolerant coliform in biofertilizer, in both trials. According to the chemical composition of biofertilizers, there was higher concentration of nutrients in effluent when compared to the influent due to carbon losses in biogas for both trials. In the first trial, the Mg levels remained the same in both biofertilizers from co-digestion as in anaerobic digestion. For other nutrients, the biofertilizer from co-digestion of the increases ranged from 20.2% for Ca up to 92% for N. In the first trial, both processes were compared and there was an increase on nutrients concentration in co-digestion biofertilizers and the increases ranged from 20.2% for Ca up to 92% for N. For micronutrients, the variation was from 55.2% up to 904.7% in Cu. Thus, it was concluded that the anaerobic co-digestion of sieved swine wastewater and poultry litter with six, seven or eight lots plus a 55 day hydraulic retention time is the best option for recycling energy and nutrients, although it has resulted in greater concentration of Cu and Zn in biofertilizer / O Brasil apresenta grande potencialidade na produção de alimentos, porém, a produção em larga escala de grãos e proteína animal tem levado ao aumento da geração de resíduos. Este fato justifica o estudo de práticas de reciclagem, tais como a biodigestão e a co-digestão anaeróbia de águas residuárias e resíduos sólidos oriundos de criatórios e beneficiamentos, pois a transformação de resíduos potencialmente poluidores em biofertilizante e biogás contribui para o saneamento eficaz e agrega valor ao produto final. Os resíduos utilizados nesta pesquisa foram camas de frango de seis, sete e oito lotes, além de água residuária da suinocultura (ARS) peneirada, proveniente de unidade produtora de leitões. Foram implantados dois ensaios: no primeiro ensaio, objetivou-se verificar qual dos processos, a biodigestão ou a co-digestão anaeróbia apresentaria o maior potencial de produção de biogás. Com os resultados do primeiro ensaio, iniciou-se o segundo para determinar qual o melhor tempo de retenção hidráulica (40 ou 55 dias) em função dos parâmetros avaliados, a saber: pH; condutividade elétrica (CE); redução de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV); redução da demanda química de oxigênio (DQO); teores de N, P, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Fe, Mn e Na, tanto no afluente quanto no efluente, além dos potenciais de produção de biogás e análise de coliformes totais e termotolerantes. Como resultados, observaram-se maiores produções de biogás (p<0,05) nos tratamentos em que se empregou a co-digestão anaeróbia com ARS: 0,179; 0,158 e 0,117 m3 por kg de ST adicionados, para as camas de frango com seis, sete e oito lotes, respectivamente. Neste mesmo ensaio, não se observou interação entre os fatores (cama e águas utilizadas) nem diferenças estatísticas entre os tratamentos para a redução de DQO. Para o segundo ensaio, ao serem comparados os tempos de retenção hidráulica, observou-se produção de biogás estatisticamente maior (p<0,05) no tempo de 55 dias: 0,04; 0,05 e 0,03 m3 por kg ST adicionados, respectivamente, para as camas de frango com seis, sete e oito lotes. Quanto à redução de DQO, as maiores reduções (p<0,05) foram observadas aos 55 dias: 45,83; 67,49 e 29,45%, respectivamente, para camas de seis, sete e oito lotes. Não foram observados coliformes totais nem termotolerantes no biofertilizante, em ambos os ensaios. Com relação à composição química dos biofertilizantes, observou-se, de maneira geral, maior concentração de nutrientes no efluente quando comparado ao afluente, devido às perdas de C via biogás, em ambos os ensaios. No primeiro ensaio, onde foram comparados os dois processos, houve aumento na concentração de macronutrientes, no biofertilizante proveniente da co-digestão, os incrementos variaram desde 20,2% para o Ca até 92% para o N. Para os micronutrientes, a variação foi desde 55,2% para o Na até 904,7% para o Cu. Concluiu-se que a co-digestão anaeróbia entre água residuária de suinocultura peneirada e cama de frango com seis, sete ou oito lotes, com tempo de retenção hidráulica de 55 dias, é a melhor opção para a reciclagem energética e de nutrientes, porém resulta em maior concentração de Cu e Zn no biofertilizante

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Chalmers University of Technology. 2009

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Esta tese apresenta a aplicação de biossorventes alternativos obtidos a partir da casca da noz pecã (Carya illinoensis) e da casca do pinhão (Araucaria angustifólia) na remoção de íons metálicos tóxicos presentes em soluções aquosas. O biossorvente de casca de nozes foi aplicado com sucesso na remoção dos íons metálicos: Cu(II), Mn(II), Pb(II), Cr(III), Fe(III) e Zn(II), enquanto que o biossorvente obtido a partir da casca de pinhão apresentou, também, excelente capacidade de adsorção de íons de Cr(VI) em soluções contaminadas pelo mesmo. Os biossorventes casca de nozes PNS (do inglês: pecan nutshell) e casca de pinhão PW (do inglês: Piñon Waste) foram caracterizados química e fisicamente através de: isotermas de adsorção e dessorção de N2, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, microscopia de varredura eletrônica, análise elementar, determinação da composição mineral e quantificação de grupos funcionais. A capacidade de adsorção desses biossorventes foi investigada utilizando procedimentos de biossorção em batelada. Os efeitos causados pela modificação de parâmetros experimentais como pH, dosagem de biossorvente e concentração inicial dos íons nos sistemas de adsorção também foram pesquisados. Testou-se a adequação de cinco modelos de cinética de adsorção aos dados experimentais obtidos com o biossorvente PNS, constatou-se que os modelos de ordem-fracionária e o de difusão intrapartícula apresentaram os melhores resultados. Já para adsorções de Cr(VI) em PW o melhor modelo cinético foi o de quimiossorção de Elovich, apresentando taxas de biossorção de 284,9, 396,9 e 461,5 mg g-¹ h-¹ para os níveis de concentração inicial de Cr(VI) de 500,0, 700,0 e 1000,0 mg l-¹ respectivamente. O estudo do equilíbrio de adsorção envolveu a aplicação dos modelos de isotermas de: Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson e Sips aos dados experimentais no intuito de verificar o modelo mais apropriado para descrever os sistemas de adsorção quando em equilíbrio. Avaliou-se, utilizando a função estatística de erro, que o modelo de Sips foi o que mais se adequou aos dados experimentais obtidos nos diversos sistemas pesquisados (biossorvente - ion metálico). A capacidade máxima de adsorção para íons de Cr(III), Fe(III), Zn(II), Cu(II), Mn(II) e Pb(II) em PNS foi de 93,0, 76,6, 108,0, 85,9, 98,0 e 195,9 mg g-¹, respectivamente, enquanto que a de Cr(VI) em PW foi de 240,0 mg g-¹. / This thesis reports the possibility of applying the alternative biosorbent pecan nutshell (PNS- Carya illinoensis) used to remove the followed metallic ions: Cu(II), Mn(II), Pb(II), Cr(III), Fe(III), Zn(II) from aqueous solutions. This thesis also shows the application of Brazilian-pine fruit coat, named piñon wastes (PW; Araucaria angustifolia) as biosorbent to remove Cr(VI) from aqueous solutions. The PNS and PW biosorbents were characterized by N2 adsorption-desorption isotherms, FTIR spectroscopy, scanning electron microscopy, elemental analysis, mineral composition determination, and functional groups detection. The biosorbents ability to remove the metallic ions was investigated by using batch biosorption procedure. The effects of changing experimental parameters such as, pH, biosorbent dosage and initial ion concentration on the biosorbents adsorption capacities were studied. Five kinetic models were tested, being the adsorption kinetics better fitted to fractionary-order kinetic model. Besides that, the kinetic data were also fitted to intra-particle diffusion model, presenting three linear regions, indicating that the kinetics of adsorption should follow multiple sorption rates. The equilibrium data were fitted to Langmuir, Freundlich, Sips and Redlich-Peterson isotherm models. Taking into account a statistical error function, most of PNS biosorption equilibrium data were best fitted to Sips isotherm model. The maximum biosorption capacity of PNS were 93.0, 76.6, 108.0, 85.9, 98.0 and 195.9 mg g-¹ for Cr(III), Fe(III), Zn(II), Cu(II), Mn(II) and Pb(II), respectively. The adsorption kinetics followed the Elovich chemisorption kinetic model, obtaining the following the initial adsorption rate, 284.9, 396.9 and 461.5 mg g-¹ h-¹ using a 500.0, 700.0 and 1000.0 mg L-¹ initial concentration of Cr(VI), respectively. The maximum adsorption capacity of PW was 240.0 mg g-¹ for Cr(VI), using Sips isotherm model. This high adsorption capacity of PW places this biosorbent as one of the best adsorbents for removal of Cr(VI) from aqueous effluents.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-06-23T18:28:56Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10793468 bytes, checksum: fd09962dc76ff9f791b636c9926b7b2c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-23T18:28:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10793468 bytes, checksum: fd09962dc76ff9f791b636c9926b7b2c (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo deste trabalho foi avaliar a remoção de cor ADMI de um efluente têxtil secundário pela fotocatálise heterogênea com TiO2 modificado com hidrotalcita e óxido de ferro (HT/Fe/TiO2), sob radiação UV-visível. Nos testes de simulação de tratamento biológico, os corantes reativos utilizados na indústria têxtil não foram biodegradados, mesmo após 96 h, enquanto houve mais que 50% de remoção dos corantes a cuba, o que indica que o efluente secundário ainda continha muitos corantes reativos aniônicos. A fotocatálise foi realizada com TiO2 e HT/Fe/TiO2 (razão molar Fe:Ti de 1:4, 2:4, 3:4 e 4:4) e diferentes concentrações do catalisador (0 - 3 mg/L), valores de pH (4 -10) e tempos de radiação UV-visível (0 - 6 h). A maior remoção de cor ADMI com TiO2 foi encontrada em pH 4, com 2 g/L do catalisador. O compósito mais eficiente foi o HT/Fe/TiO2 4:4, em pH 10, sendo inclusive melhor que TiO2, com eficiências de remoção de 96% e 88% de cor ADMI, respectivamente, após 6 h de radiação UV- visível e 2 g/L do catalisador. Para HT/Fe/TiO2 4:4, cuja energia de bandgap foi de 2,34 eV, o pH 10 foi melhor para a fotocatálise, porque nesse pH a produção de radicais hidroxila foi favorecida, devido à maior concentração de OH- e foi demonstrado em teste com adição de 2-propanol, um sequestrador de .OH, que o mecanismo de degradação foi por radicais hidroxila. A remoção de DQO foi de cerca de 20% para TiO2 e HT/Fe/TiO2 4:4, após 6 h sob radiação UV-visível. Após a fotocatálise, a toxicidade aguda moderada do efluente secundário (CE50 = 70,7%) foi reduzida, mais com TiO2 (CE50 = 95,0 %) do que com o compósito HT/Fe/TiO2 4:4 (CE50 = 78,6 %). A fotocatálise heterogênea com HT/Fe/TiO2 mostrou-se adequada como pós tratamento por prover elevada eficiência de remoção de cor ADMI e remoção adicional de DQO e toxicidade e, devido ao caráter magnético do catalisador, reduziria custos quanto à sua recuperação se comparado ao TiO2. / The objective of this study was to evaluate ADMI color removal from a biologically treated textile mill effluent by heterogeneous photocatalysis using TiO2 modified with hydrotalcite and iron oxide (HT/Fe/TiO2) under UV-visible radiation. Simulated biological treatment of solutions of the dyes (50 mg/L) used in the greatest amounts at the mill where the effluent was collected, resulted in no color removal in the reactive dye solutions and about 50% color removal in vat dye solutions, after 96 hours, indicating that the secondary effluent contained a large proportion of anionic reactive dyes. Photocatalytic treatments were carried out with TiO2 and HT/Fe/TiO2 (Fe:Ti molar ratios of 1:4, 2:4, 3:4 and 4:4), with varying catalyst concentration (0 - 3 mg/L), pH (4 - 10) and UV-visible irradiation time (0 - 6 h). The highest ADMI color removal with unmodified TiO2 alone was found at pH 4 and 2 g/L of the catalyst. The most efficient composite was HT/Fe/TiO2 4:4, at pH 10, and this composite provided more complete ADMI color removal (96%) than unmodified TiO2 (88%), after 6 h under UV- visible irradiation, with 2 g/L of catalyst. For HT/Fe/TiO2 4:4,with bandgap energy equal to 2.34 eV, pH 10 was better since hydroxyl radical formation was favored because of the higher concentration of hydroxide ions present in solution and hydroxyl radicals were shown to be responsible for the color reduction, since when 2-propanol, an .OH scavenger, was added, color removal was very low. COD removal was similar, approximately 20% for both catalysts after 6 h under UV-visible irradiation. Secondary effluent toxicity to Daphnia similis (EC50 = 70.7%) decreased more after photocatalysis with TiO2 (EC50 = 95.0%) than with the HT/Fe/TiO2 4:4 composite (EC50 = 78.6%). The HT/Fe/TiO2 4:4 composite catalyst proved efficient in tertiary treatment of textile mill effluent for ADMI color removal and toxicity reduction and its magnetic nature facilitated its recovery compared to TiO2, which would reduce treatment costs.

Diferentes resíduos são gerados pelas indústrias siderúrgicas, dentre eles o resíduo dos trituradores de sucata (RTS). O destino mais utilizado para o RTS pelas indústrias siderúrgicas brasileiras é o aterro de resíduos industriais. A pirólise se apresenta como uma alternativa para o reaproveitamento do RTS. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes parâmetros operacionais sobre as propriedades e o rendimento dos produtos do processo de pirólise do RTS para fins de um posterior aproveitamento. Um reator de pirólise de leito fixo foi utilizado e as seguintes variáveis foram testadas fazendo-se uso de um planejamento experimental 2k: temperatura (500, 600 e 700 ºC), taxa de aquecimento (5, 20, 35 ºC/min), vazão de gás inerte (N2) (0,03, 0,44 e 0,76 L/min) e razão CaO/RTS (0, 1 e 2). A utilização de uma taxa de aquecimento menor, associada a presença de CaO, resultou nos maiores rendimentos de gás não-condensável (> 50%). O poder calorífico deste gás, aumentou com o incremento da razão CaO/RTS. Este aumento foi atribuído a captura in situ do CO2. A utilização de uma vazão maior de gás inerte, também favoreceu o aumento do poder calorífico do gás não-condensável. Os maiores valores obtidos (25 MJ/Nm3) são apreciáveis, considerando o poder calorífico de outros combustíveis. Os maiores rendimentos de char (> 24%) foram obtidos nos experimentos com a utilização de uma temperatura menor, associada a ausência de CaO. A utilização de uma taxa de aquecimento mais elevada resultou em maiores rendimentos de voláteis condensáveis. Os menores rendimentos de voláteis condensáveis foram obtidos quando a vazão de inerte foi menor. Também foi possível verificar que, houve um aumento do rendimento de voláteis condensáveis com a presença de CaO para a temperatura de 700 ºC. Este comportamento foi atribuído ao maior rendimento global de estireno nas referidas condições operacionais. O rendimento global de 2,4-dimetil-1-heptano também apresentou comportamento semelhante ao observado para o rendimento de voláteis condensáveis, indicando que o AlCl3 pode ter atuado como catalisador da pirólise do PP presente no RTS. Com o aumento da razão CaO/RTS, houve uma redução da concentração de CO2. A redução da concentração de CO2 na presença de CaO está associada a formação de CaCO3. A retenção de cloro no char foi mais elevada nos ensaios conduzidos na presença de CaO. Verificou-se uma redução da retenção de cloro no char com o aumento da temperatura para os ensaios conduzidos na presença de CaO. Uma diminuição da retenção de metais no char foi verificada nos experimentos conduzidos com CaO para os seguintes metais: Co, Cu, Cr, Fe, Ni e Zn. A remoção do cloro permitiria conduzir o processo de pirólise a temperaturas mais elevadas, aumentando a Eficiência Energética mínima (EE) do processo. Desta forma, fica clara a necessidade da remoção do cloro do RTS antes do processo de pirólise, pois a partir disto o uso do CaO contribuiria para o aumento da EE e da retenção de metais no char, e consequentemente da desejabilidade global. / Different wastes are generated by steel industries, among them the shredder residue (SR). The most commonly used destination for SR by Brazilian steel industry is the landfill of industrial waste. The pyrolysis can be considered a solution to this problem. The aim of this work was to evaluate the effects of different operating parameters upon the properties and yield of the SR pyrolysis process products for later use. A fixed bed pyrolysis reactor was used and the following variables were tested using a 2k experimental design: temperature (500, 600 and 700 ºC), heating rate (5, 20, 35 ºC/min), flow rate of inert gas (N2) (0.03, 0.44 and 0.76 L/min) and CaO/SR ratio (0, 1 and 2). The use of a lower heating rate, associated with the CaO presence, resulted in higher yields of non-condensable gas (> 50%). The calorific value of this gas increased with the growth of the CaO/SR ratio. This increase was attributed to an in situ CO2 capture. The use of a higher flow rate of inert gas also favored the increase in the calorific power of the non-condensable gas. The highest values (25 MJ/Nm3) are appreciable considering the calorific value of other fuels. The highest char yields (> 24%) were obtained in the experiments using a lower temperature associated with the absence of CaO. The use of a higher heating rate resulted in higher yields of condensable volatiles. The lower yields of condensable volatiles were obtained when the inert flow rate was lower. It was also possible to verify that there was an increase in the condensable volatiles yield with the CaO presence at a temperature of 700 ºC.This behavior was attributed to the higher styrene overall yield under these operating conditions. The 2,4-dimethyl-1-heptane overall yield also presented a similar behavior to that observed for the condensable volatiles yield, indicating that the AlCl3 may have acted as a catalyst for the PP pyrolysis present in the SR. With the increase in the CaO/RTS ratio, there was a reduction in the CO2 concentration. The CO2 concentration reduction in the CaO presence is associated with the CaCO3 formation. The chlorine retention in the char was higher in the experiments conducted with CaO presence. A reduction in the chlorine retention in char was observed with increasing temperature for the experiments conducted with CaO presence. A decrease in metal retention in the char was verified in the experiments conducted with CaO for the following metals: Co, Cu, Cr, Fe, Ni and Zn. Chlorine removal would allow the pyrolysis process to be conducted at higher temperatures, increasing the minimum energy efficiency (EE) of the process. Therefore, it is clear the need to remove chlorine from the SR before the pyrolysis process, since, the CaO use would contribute to the EE increase and the retention of metals in the char, and consequently the global desirability.