A viabilidade técnica de um sistema termofílico combinado de reatores anaeróbio-aeróbio foi avaliada para tratamento de efluente sintético da indústria de pasta de celulose não branqueada. Estas indústrias apresentam efluente com temperatura superior a 40ºC e o tratamento termofílico pode eliminar a necessidade do resfriamento, necessário para a faixa mesofílica de tratamento, reduzindo custos. Os reatores foram inoculados com lodo mesofílico com gradual adaptação para a condição termofílica. Na faixa mesofílica (37,5 a 42,5ºC) a eficiência do sistema foi de (69±3)%, com maior eficiência do reator anaeróbio (56±7)%. Depois que os reatores apresentaram equilíbrio dinâmico aparente, a temperatura foi gradualmente aumentada de 45,0 para 52ºC. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 57% a 88%. A porcentagem de metano no biogás foi decrescendo com o aumento de temperatura, de 77% para valores abaixo do limite de detecção do método cromatográfico utilizado. A eficiência do reator anaeróbio foi baixa e houve acúmulo de ácidos, principalmente acético. O reator aeróbio apresentou maior eficiência de remoção de DQO porém a concentração no licor misto foi baixa. Após a alteração no tempo de detenção hidráulica dos reatores UASB e de lodos ativados para 24 horas e 8 horas, respectivamente, os reatores operaram em faixa de temperatura de 52 a 57ºC por 85 dias. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 54% a 70%. A eficiência do reator UASB continuou baixa enquanto o reator aeróbio apresentou bom desempenho, com eficiências variando de 3% a 35% e de 43% a 75%, respectivamente. As concentrações de SSV no licor misto aumentaram, variando de 122 mg/L a 2940 mg/L. Em faixa de temperatura termofílica houve predomínio de Methanosaetas sp e bacilos no reator anaeróbio, não havendo diferenciação significativa de morfologias comparando com a fase mesofílica. No reator aeróbio houve diferenciação a partir da temperatura de 42,5ºC e predominaram bacilos, cocos e filamentos em temperatura termofílica. Os resultados demonstram a viabilidade do tratamento termofílico, mas outros experimentos são necessários antes da aplicação industrial do processo. / The technical feasibility of a combined thermophilic anaerobic-aerobic biological reactors configuration was evaluated in this work using a synthetic unbleached pulp mill effluent. These industries introduce effluent with temperature greater 40ºC and the treatment would eliminate the need of cooling that is required for the mesophilic range, reducing the costs. The reactors were inoculated with mesophilic sludge with gradual adaptation to the termophilic condition. In the mesophilic range (37.5 to 42.5ºC) the efficiency of the combined system was (69±3)%, with the higher efficiency in the anaerobic reactor (56±7)%. After the reactors reached apparent steady state regime the temperature was gradually increased from 42.5 to 52ºC. The system efficiency ranged from 57% to 88%. The percentage of methane in the biogas decreased with the increase in temperature, from 77% to values below the detection limit of the chromatographic measurement used in this work. The anaerobic efficiency was low and the reactor accumulated fatty acid, mostly acetic. The aerobic reactor presented higher efficiency removal of COD but the mixed liquor concentration was lower. After adjustment in the hydraulic retention time of both reactors, with the UASB operating with 24 hours HRT and the aerobic with 8 hours HRT, the reactors operated in the temperature range of 52 to 57ºC during 85 days. The overall removal efficiency ranged from 54% to 70%. The efficiency of the UASB reactor remained lower while the aerobic reactor presented good performance, with COD removal efficiency in the range of 3% to 35%, respectively. The mixed liquor VSS concentration increased with the increase in temperature from 122 mg/L to 2940 mg/L. In thermophilic temperature there was predominance of Methanosaetas sp and baccilus in the anaerobic reactor, without significant differentiation of morphology in comparison with the mesophilic temperature. In the aerobic reactor there was differentiation in temperature of 42.5ºC and baccilus, cocus and filamentous predominated in the thermophilic temperature. These results indicated the feasibility of the thermophilic treatment but other experiments are needed before industrial application of this process.

A viabilidade técnica de um sistema termofílico combinado de reatores anaeróbio-aeróbio foi avaliada para tratamento de efluente sintético da indústria de pasta de celulose não branqueada. Estas indústrias apresentam efluente com temperatura superior a 40ºC e o tratamento termofílico pode eliminar a necessidade do resfriamento, necessário para a faixa mesofílica de tratamento, reduzindo custos. Os reatores foram inoculados com lodo mesofílico com gradual adaptação para a condição termofílica. Na faixa mesofílica (37,5 a 42,5ºC) a eficiência do sistema foi de (69±3)%, com maior eficiência do reator anaeróbio (56±7)%. Depois que os reatores apresentaram equilíbrio dinâmico aparente, a temperatura foi gradualmente aumentada de 45,0 para 52ºC. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 57% a 88%. A porcentagem de metano no biogás foi decrescendo com o aumento de temperatura, de 77% para valores abaixo do limite de detecção do método cromatográfico utilizado. A eficiência do reator anaeróbio foi baixa e houve acúmulo de ácidos, principalmente acético. O reator aeróbio apresentou maior eficiência de remoção de DQO porém a concentração no licor misto foi baixa. Após a alteração no tempo de detenção hidráulica dos reatores UASB e de lodos ativados para 24 horas e 8 horas, respectivamente, os reatores operaram em faixa de temperatura de 52 a 57ºC por 85 dias. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 54% a 70%. A eficiência do reator UASB continuou baixa enquanto o reator aeróbio apresentou bom desempenho, com eficiências variando de 3% a 35% e de 43% a 75%, respectivamente. As concentrações de SSV no licor misto aumentaram, variando de 122 mg/L a 2940 mg/L. Em faixa de temperatura termofílica houve predomínio de Methanosaetas sp e bacilos no reator anaeróbio, não havendo diferenciação significativa de morfologias comparando com a fase mesofílica. No reator aeróbio houve diferenciação a partir da temperatura de 42,5ºC e predominaram bacilos, cocos e filamentos em temperatura termofílica. Os resultados demonstram a viabilidade do tratamento termofílico, mas outros experimentos são necessários antes da aplicação industrial do processo. / The technical feasibility of a combined thermophilic anaerobic-aerobic biological reactors configuration was evaluated in this work using a synthetic unbleached pulp mill effluent. These industries introduce effluent with temperature greater 40ºC and the treatment would eliminate the need of cooling that is required for the mesophilic range, reducing the costs. The reactors were inoculated with mesophilic sludge with gradual adaptation to the termophilic condition. In the mesophilic range (37.5 to 42.5ºC) the efficiency of the combined system was (69±3)%, with the higher efficiency in the anaerobic reactor (56±7)%. After the reactors reached apparent steady state regime the temperature was gradually increased from 42.5 to 52ºC. The system efficiency ranged from 57% to 88%. The percentage of methane in the biogas decreased with the increase in temperature, from 77% to values below the detection limit of the chromatographic measurement used in this work. The anaerobic efficiency was low and the reactor accumulated fatty acid, mostly acetic. The aerobic reactor presented higher efficiency removal of COD but the mixed liquor concentration was lower. After adjustment in the hydraulic retention time of both reactors, with the UASB operating with 24 hours HRT and the aerobic with 8 hours HRT, the reactors operated in the temperature range of 52 to 57ºC during 85 days. The overall removal efficiency ranged from 54% to 70%. The efficiency of the UASB reactor remained lower while the aerobic reactor presented good performance, with COD removal efficiency in the range of 3% to 35%, respectively. The mixed liquor VSS concentration increased with the increase in temperature from 122 mg/L to 2940 mg/L. In thermophilic temperature there was predominance of Methanosaetas sp and baccilus in the anaerobic reactor, without significant differentiation of morphology in comparison with the mesophilic temperature. In the aerobic reactor there was differentiation in temperature of 42.5ºC and baccilus, cocus and filamentous predominated in the thermophilic temperature. These results indicated the feasibility of the thermophilic treatment but other experiments are needed before industrial application of this process.

O processo de cura de carbonatação acelerada em matrizes cimentícias reforçadas com fibras naturais é um avanço no caminho para a inovação dos materiais compósitos adequados para aplicação nas regiões em desenvolvimento. No entanto, estudos adicionais, sobre o mecanismo da carbonatação em compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais, conhecimento para a escolha do tipo de fibra celulósica, os parâmetros da câmara de carbonatação, a idade para começar o processo de cura com carbonatação, a influência da adição mineral e quantificar as fases hidratadas do cimento antes e depois do ensaio de envelhecimento acelerado, e o teste de durabilidade são ainda necessários. O objetivo deste trabalho foi avaliar a definição de parâmetros opcionais para o processo de cura com carbonatação acelerada, identificar as principais fases hidratadas da matriz de cimento e a durabilidade do fibrocimento reforçado com polpa celulosica. As matérias-primas utilizadas para as formulações dos compósitos cimentícios usados nesta investigação incluem: cimento Portland, adição mineral (calcário ou sílica) e reforço de fibra natural (Eucalipto ou Pinus). Os compósitos cimentícios foram produzidas por um processo de sucção a vácuo da mistura e posterior prensagem em pequena escala em laboratório. As condições de cura foram conduzidas em vários conjuntos de amostras, que estudaram o efeito da concentração da carbonatação acelerada (0%, 20% e aproximadamente de 100% de CO2); o efeito de polpa celulósica (não branqueada e branqueada); o efeito da adição mineral (Calcário e Sílica) e, o efeito da durabilidade com o ensaio de envelhecimento acelerado (200 ciclos de imersão e secagem). Utilizou-se uma variedade de métodos de análise para avaliar a cinética de hidratação, as propriedades mecânicas e físicas e as implicações químicas nos compósitos; entre eles: difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TG e DTG), espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia electrônica de varredura (MEV) e área superficial específica B.E.T. Nos compósitos sob concentrações perto do 100% de CO2, os resultados indicam que os compósitos reforçada com polpa branqueada apresentam nos ensaios de flexão valores médios estatisticamente significativos maiores do modulo de ruptura (MOR) e energia especifica ao redor do 24% comparados com os reforçados com polpa não branqueada. Nos compósitos sob concentrações 20% de CO2 os compósitos de sílica resultarem nos ensaios de flexão em valores médios estatisticamente significativos maiores no limite de proporcionalidade ao redor do 46% comparando com os compostos de calcário; O composto que utiliza sílica como adição mineral tem menor quantidade de hidróxido de cálcio (CH) em comparação com o composto com adição de calcário, com base no resíduo de CH detectado na análise de DRX: 3% e 11,5%, respectivamente. Após o envelhecimento acelerado, os compósitos com sílica sujeitos a dois regimes de cura diferentes (carbonatados e não carbonatados) não apresentam redução estatística do desempenho mecânico, com exceção da energia especifica; também há ausência de ettringite (AFt) no padrão XRD. Entretanto, os compósitos que foram sujeitos ao processo de carbonatação apresentam valores médios de MOR estatisticamente significativos mais elevados. Esta assim concluísse em este estudo que para compósitos cimentícios curados com carbonatação acelerada é indicado o uso de polpa branqueada com a sílica como adição mineral. / Carbonation accelerated curing process on cementitious matrices reinforced with vegetal fiber is an advance on the way for innovative composite materials suitable for application in developing regions. However, further studies on the carbonation mechanism in natural fiber reinforced cement composite, knowledge about the choice of cellulose fiber, carbonation chamber parameters, the age at which to begin the carbonation curing, the influence of mineral addition and the amount of the main hydrated clinker phases before and after of accelerated aging cycles, and durability test are still needed. The aim of this work was to evaluate the definition of optional parameters for accelerated carbonation curing process, the main hydrated phases of the cement matrix and the durability of fiber-cement reinforced with cellulose pulp. The raw materials used for the cementitious composite mix designs used in this investigation include: Portland cement, filler (limestone or silica) and natural fiber reinforcement (eucalyptus or pines). The cementitious composites were produced by a slurry vacuum dewatering process followed by pressing in laboratory small scale. The curing conditions were conducted on various sets of samples which were studied the effect of accelerated carbonation concentration (0%, 20% and close of 100% of CO2); the effect of cellulosic pulp (unbleached or bleached); the filler effect (limestone and silica); and, the effect of accelerated ageing test (200 soak & dry cycles). A variety of analytical test methods were used to assess the hydration kinetics, the mechanical and the physical properties, and chemical implications in the composites; between them: (X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG and DTG), Infrared spectrometer (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and B.E.T. surface area analyzer. On the samples subject to close 100% of CO2 the results indicate that the bleached pulp reinforcement composites show in flexural test average statistically significant higher values of modulus rupture and specific energy around 24 % relating with unbleached pulp. On the samples subject to 20% CO2 the silica composite resulted in flexural test average statistically significant higher values of Limit of proportionality around 46% comparing with the limestone composite; the composite with silica addition presents less amount of calcium hydroxide (CH) in comparison with the composite with limestone addition, based on the CH residue detected in the XRD analysis: 3% and 11.5% respectively. After accelerated aging, the silica composites subject to two different curing regimes (carbonated and uncarbonated) presents no statistical reduction of mechanical performance, also there is an absence of ettringite (AFt) at XRD pattern; nevertheless, the carbonated composites present a significantly higher average MOR values. Thus, it is concluded in this study that for cementitious composites cured with accelerated carbonation the use of bleached pulp with silica as mineral addition is indicated.

O processo de cura de carbonatação acelerada em matrizes cimentícias reforçadas com fibras naturais é um avanço no caminho para a inovação dos materiais compósitos adequados para aplicação nas regiões em desenvolvimento. No entanto, estudos adicionais, sobre o mecanismo da carbonatação em compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais, conhecimento para a escolha do tipo de fibra celulósica, os parâmetros da câmara de carbonatação, a idade para começar o processo de cura com carbonatação, a influência da adição mineral e quantificar as fases hidratadas do cimento antes e depois do ensaio de envelhecimento acelerado, e o teste de durabilidade são ainda necessários. O objetivo deste trabalho foi avaliar a definição de parâmetros opcionais para o processo de cura com carbonatação acelerada, identificar as principais fases hidratadas da matriz de cimento e a durabilidade do fibrocimento reforçado com polpa celulosica. As matérias-primas utilizadas para as formulações dos compósitos cimentícios usados nesta investigação incluem: cimento Portland, adição mineral (calcário ou sílica) e reforço de fibra natural (Eucalipto ou Pinus). Os compósitos cimentícios foram produzidas por um processo de sucção a vácuo da mistura e posterior prensagem em pequena escala em laboratório. As condições de cura foram conduzidas em vários conjuntos de amostras, que estudaram o efeito da concentração da carbonatação acelerada (0%, 20% e aproximadamente de 100% de CO2); o efeito de polpa celulósica (não branqueada e branqueada); o efeito da adição mineral (Calcário e Sílica) e, o efeito da durabilidade com o ensaio de envelhecimento acelerado (200 ciclos de imersão e secagem). Utilizou-se uma variedade de métodos de análise para avaliar a cinética de hidratação, as propriedades mecânicas e físicas e as implicações químicas nos compósitos; entre eles: difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TG e DTG), espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia electrônica de varredura (MEV) e área superficial específica B.E.T. Nos compósitos sob concentrações perto do 100% de CO2, os resultados indicam que os compósitos reforçada com polpa branqueada apresentam nos ensaios de flexão valores médios estatisticamente significativos maiores do modulo de ruptura (MOR) e energia especifica ao redor do 24% comparados com os reforçados com polpa não branqueada. Nos compósitos sob concentrações 20% de CO2 os compósitos de sílica resultarem nos ensaios de flexão em valores médios estatisticamente significativos maiores no limite de proporcionalidade ao redor do 46% comparando com os compostos de calcário; O composto que utiliza sílica como adição mineral tem menor quantidade de hidróxido de cálcio (CH) em comparação com o composto com adição de calcário, com base no resíduo de CH detectado na análise de DRX: 3% e 11,5%, respectivamente. Após o envelhecimento acelerado, os compósitos com sílica sujeitos a dois regimes de cura diferentes (carbonatados e não carbonatados) não apresentam redução estatística do desempenho mecânico, com exceção da energia especifica; também há ausência de ettringite (AFt) no padrão XRD. Entretanto, os compósitos que foram sujeitos ao processo de carbonatação apresentam valores médios de MOR estatisticamente significativos mais elevados. Esta assim concluísse em este estudo que para compósitos cimentícios curados com carbonatação acelerada é indicado o uso de polpa branqueada com a sílica como adição mineral. / Carbonation accelerated curing process on cementitious matrices reinforced with vegetal fiber is an advance on the way for innovative composite materials suitable for application in developing regions. However, further studies on the carbonation mechanism in natural fiber reinforced cement composite, knowledge about the choice of cellulose fiber, carbonation chamber parameters, the age at which to begin the carbonation curing, the influence of mineral addition and the amount of the main hydrated clinker phases before and after of accelerated aging cycles, and durability test are still needed. The aim of this work was to evaluate the definition of optional parameters for accelerated carbonation curing process, the main hydrated phases of the cement matrix and the durability of fiber-cement reinforced with cellulose pulp. The raw materials used for the cementitious composite mix designs used in this investigation include: Portland cement, filler (limestone or silica) and natural fiber reinforcement (eucalyptus or pines). The cementitious composites were produced by a slurry vacuum dewatering process followed by pressing in laboratory small scale. The curing conditions were conducted on various sets of samples which were studied the effect of accelerated carbonation concentration (0%, 20% and close of 100% of CO2); the effect of cellulosic pulp (unbleached or bleached); the filler effect (limestone and silica); and, the effect of accelerated ageing test (200 soak & dry cycles). A variety of analytical test methods were used to assess the hydration kinetics, the mechanical and the physical properties, and chemical implications in the composites; between them: (X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG and DTG), Infrared spectrometer (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and B.E.T. surface area analyzer. On the samples subject to close 100% of CO2 the results indicate that the bleached pulp reinforcement composites show in flexural test average statistically significant higher values of modulus rupture and specific energy around 24 % relating with unbleached pulp. On the samples subject to 20% CO2 the silica composite resulted in flexural test average statistically significant higher values of Limit of proportionality around 46% comparing with the limestone composite; the composite with silica addition presents less amount of calcium hydroxide (CH) in comparison with the composite with limestone addition, based on the CH residue detected in the XRD analysis: 3% and 11.5% respectively. After accelerated aging, the silica composites subject to two different curing regimes (carbonated and uncarbonated) presents no statistical reduction of mechanical performance, also there is an absence of ettringite (AFt) at XRD pattern; nevertheless, the carbonated composites present a significantly higher average MOR values. Thus, it is concluded in this study that for cementitious composites cured with accelerated carbonation the use of bleached pulp with silica as mineral addition is indicated.