Thesis (MSc Food Sc )--Stellenbosch University, 2004. / ENGLISH ABSTRACT: The South African apple juice processing industry is growing rapidly and during the harvesting season the wastewater volumes and organic loads increase significantly with a considerable environmental impact. These larger apple juice processing wastewater (AJPWW) volumes and chemical oxygen demand (COD) loads subsequently lead to faster increases in the organic loading rate (OLR) of an upflow anaerobic sludge bed (UASB) wastewater treatment system and it is necessary to know if the treatment system can handle such drastic increases over short periods. The objective of the study were to evaluate the efficiency of the UASB process in the treatment of an AJPWW; to determine what effect a substrate viscosity increase, based on a pectin calcium gel has on the performance of an UASB system, and to determine what impact ozonation has on the pectin content, gelformation ability and biodegradability of the AJPWW. The ability of the UASB to maintain stability during the apple-processing season was investigated by increasing the OLR from 2.9 to over 14.0 kg COD.m-3.d-1 in 131 days. During this time the COD removal remained constant at 85%, while the pH and alkalinity remained at levels indicative of good reactor stability. It was thus concluded that the UASB reactor could operate successfully during the apple-harvesting season when wastewater volumes and organic loads increase significantly. In the study it was found that the viscosity of the AJPWW, containing 750 mq.L-1 pectin, increased from 8.5 to 47.0 cps after a 312 rnq.L-1 Ca2 + addition. This increased viscosity substrate was then fed to an UASB reactor at an OLR of 15.0 kg COD.m-3.d-1. During a 12 day increased viscosity (47 cps) feeding stage the COD removal decreased from 94 to 11%, while the reactor pH decreased from 7.5 to 4.9. During this period, pectin accumulated in the UASB and led to biomass washout and rapid UASB failure. The possible elimination of pectin by ozonation was thus investigated, and a 77% decrease in pectin content and 76% decrease in gel formation ability occurred after ozonation. The effect of pre- and post-ozonation on the efficiency of the UASB system was subsequently investigated. It was found that a 10 min pre-ozonation decreased the AJPWW COD by 19% and the total suspended content by 36%, while the soluble portion of the total COD was increased from 81.7 to 92.4%. This increase in soluble COD content should lead to increased wastewater biodegradability. The ozonated AJPWW was then used to replaced the raw non-ozonated AJPWW as reactor feed. Results showed that the COD removal increased from 78 to 90% within 24 h of starting with the ozonated feed. It was also found that the reactor stability improved after AJPWW pre-ozonation as an OLR increase from 10.0 to 16.6 kg COD.m-3.d-1 in 23 days did not detrimentally influence the stability of the reactor. This reactor effluent (COD = 465 rnq.L-1) was then post-ozonated which resulted in 64.8% COD and 79.0% colour reductions. The final effluent had a COD of 180 rnq.L-1 (98% reduction). The ability of the ozonation/digestion system as described in this study to degrade AJPWW at a higher OLR is of value to the apple industry, as it may lead to larger organic pollutant removals and thus a more effiecient treatment system. Increased reactor performance will directly improve the quality of the final wastewater produced, which in turn will have a significant impact on the treatment ability of the South African apple processing industry currently limited by the production of large wastewater volumes. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Gedurende die oesseisoen word groot volumes afvalwater met 'n hoe organiese lading in die vinnig groeiende Suid-Afrikaanse appelsapprosesseringsbedryf geproduseer. Dit het 'n groot impak op die omgewing. Die groter volumes appelsapprosesseringsafvalwater (ASPAW) met 'n hoë organiese lading het 'n vinniger verhoging in organiese ladingstempo's (OLT) van 'n UASB-waterbehandelingstelsel tot gevolg. Daarom is dit belangrik om te weet of die stelsel die drastiese verhoging oor kort tydperke kan hanteer. Die doel van hierdie studie was die evaluering van die effektiwiteit van die UASB-proses in die behandeling van ASPAW; om te bepaal watter effek 'n substraatviskositeitsverhoging, gebaseer op 'n pektien-kalsium-jel, op die doeltreffendheid van 'n UASB-stelsel het; en om te bepaal watter impak osonering op die pektieninhoud, jelvormingsvermoe en bioafbreekbaarheid van ASPAW het. Die vermoe van die UASB om stabiliteit te handhaaf gedurende die appelsapprosesseringseisoen is ondersoek deur die OLT van 2,9 tot bo 14,0 kg CSB.m-3.d-1 te verhoog oor 131 dae. Gedurende hierdie tyd het die chemiese suurstofbehoefte- (CSB-) verwydering konstant gebly by 85%, terwyl die pH en alkaliniteit ook op vlakke aanduidend van goeie reaktorstabiliteit gebly het. Daar is sodoende bewys dat die UASB-reaktor suksesvol kan presteer tydens die appelsapprosesseringseisoen, wanneer daar 'n beduidende verhoging in OLT plaasvind. In die studie is daar gevind dat die viskositeit van die ASPAW, wat 750 mq.L-1 pektien bevat, van 8,5 tot 47,0 cps toeneem na die byvoeging van 312 rnq.L-1 Ca2+. Hierdie verhoogde vikositeitsubstraat is tot die UASB-reaktor toegevoeg teen 'n OLT van 15,0 kg CSB.m-1.d-1. Gedurende 'n 12-dae toevoer van verhoogde viskositeit (47 cps), het die CSB-verwydering van die reaktor afgeneem van 94% na 11%, terwyl die pH gedaal het van 7,5 na 4,9. Gedurende hierdie tydperk het pektien in die UASB geakkumuleer, wat gelei het tot die uitspoel van biomassa en vinnige UASB-reaktormislukking. Die moontlike eliminasie van pektien, deur osonering, is daarom ondersoek. 'n Verlaging van 77% in pektieninhoud en 76% in jelvormingsvermoe het na osonering plaasgevind. Die effek van pre- en post-osonering op die effektiwiteit van 'n UASB-stelsel is gevolglik ondersoek. Daar is gevind dat 'n 10 minute pre-osonering die CSB van die ASPAW met 19% verlaag en die totale inhoud van gesuspendeerde vaste stowwe met 36% verlaag, terwyl die oplosbare gedeelte van die totale CSB van 81,7% tot 92,4% gestyg het. Die verhoging in oplosbare CSB-inhoud behoort tot verhoogde bioafbreekbaarheid van ASPAW te lei. Die geosoneerde ASPAW is gebruik om die rou, ongeosoneerde ASPAW as reaktorsubstraat te vervang. Die resultate het getoon dat die CSB-verwydering verhoog het van 78% na 90% na 'n 24-uur toevoer van geosoneerde substraat. Daar is ook gevind dat die reaktorstabiliteit toegeneem het na ASPAW osoneering, aangesien 'n OLT-verhoging van 10,0 na 16,6 kg.CSB.m-3.d-1 in 23 dae nie die stabiliteit van die reaktor nadelig beinvloed het nie. Hierdie reaktoruitvloeisel (CSB = 465 rnq.L-1) is hierna gepost-osoneer, wat 'n 64,8% CSB- en 79,0% kleurverlaging tot gevolg gehad. Die finale uitvloeisel het 'n CBS-inhoud van 180 rnq.L-1 gehad (98,1% verwydering). Die vermoe van die osonering-/verteringstelsel om ASPAW te degradeer teen 'n hoër OLT, soos beskryf in hierdie studie, is van waarde tot die appelsapprosesseringsbedryf, aangesien dit tot groter organiese afvalstofverwydering kan lei en dus 'n meer effektiewe behandelingstelsel tot gevolg kan hê. Verhoogde reaktordoeltreffendheid sal 'n direkte verbetering tot gevolg hê in die gehalte van die finale afvalwater wat geproduseer word, wat op sy beurt 'n beduidende impak sal hê op die behandelingsvermoe van die appelsapprosesseringsbedryf, wat tans beperk word deur die produksie van groot volumes afvalwater.

A exploração crescente e desordenada de águas subterrâneas tem sido fonte de diversos problemas de contaminação e posterior degradação de tais sistemas. Técnicas que permitam uma previsão efetiva e precisa dos efeitos ao longo do tempo oriundos da introdução de poluentes em pontos determinados de um sistema são, desta forma, fundamentais para elaboração de políticas públicas de exploração sustentável dos mesmos, bem como para elaboração de metodologias de remediação e recuperação de áreas já degradadas. Portanto, o objetivo desta dissertação é gerar um sistema simplificado de gestão hídrica subterrânea, possibilitando o zoneamento dos pontos de captura de água na bacia hidrográfica subterrânea de Boa Viagem, determinar a evolução geográfica e temporal eventual de poluentes domésticos. Além da evolução temporal da dispersão, degradação ou acúmulo de poluentes, possibilitando ao gestor do recurso hídrico criar cenários de prevenção ou recuperação da degradação. A modelagem matemática aqui proposta será aplicada na dispersão de poluentes que possam contaminar o aquífero de Boa Viagem presente na bacia hidrográfica do Recife e região metropolitana / The increasing uncontrolled groundwater exploitation has been the source of many contamination and subsequent degradation problems of such systems. Techniques that allow an effective and accurate prediction of the effects over time arising from the introduction of pollutants at certain points of a system are essential for developing public policies for them sustainable exploitation, as well as for developing remediation methods and recovery of degraded areas. Therefore, the objective of this dissertation is to create a streamlined system for managing underground water, allowing the zoning of the capture points from Boa Viagem underground area, find out the geographical and temporal evolution of possible indoor pollutants. In the temporal evolution of the dispersion, degradation or accumulation of pollutants, allowing the manager of water resources to create scenarios for the prevention or recovery from degradation. The mathematical model proposed here will be applied to contribute to the knowledge of pollutants dispersion that may contaminate the Boa Viagem aquifer in this basin in Recife and the metropolitan area

É inegável que o avanço da tecnologia e o desenvolvimento industrial advindo deste trazem inúmeros benefícios para a humanidade, sobretudo, no que se refere à melhoria na qualidade de vida da população em geral. De fato, tais avanços são de tal ordem presentes na vida moderna que se torna difícil imaginar a vida sem alguns destes como, por exemplo, energia elétrica e água, amplamente disponíveis, saneamento básico e sistemas de distribuição e transporte, ainda que a maior parte da população humana se distribua em grandes centros urbanos, o crescimento demanda de recursos não renováveis tais como água e energia que parecem ser uma tendência mundial e irrevogável no curto prazo. Mesmo nos centros agrícolas, a mecanização e a introdução de práticas como a irrigação ampliam a velocidade de crescimento da demanda de tais recursos.Por outro lado, o cenário global não parece promissor uma vez que, para suprir a demanda crescente de uma população humana também crescente de mais de seis bilhões de habitantes, pode-se contar com apenas 0,02% da água disponível no planeta: aquela que se encontra em cenários de uso direto tais como rios, lagos e reservatórios subterrâneos economicamente acessíveis. Para agravar tal situação, considere-se o fato de que o mesmo cenário global indica forte crescimento da velocidade de degradação; gerando, de forma influenciada, sobretudo por novas realidades climáticas impostas também pela ação humana, uma crescente escassez deste recurso. Nesse contexto, o Brasil encontra-se, a um só tempo, em posição privilegiada e de risco com relação ao cenário global. Com efeito, o Brasil possui 12 regiões hidrográficas possuindo uma das maiores disponibilidades mundiais de água potável ou de fácil tratamento, contudo, dada que a taxa de urbanização em algumas destas bacias é superior a 90% e que menos de 20% do esgoto urbano nacional passa por algum tipo de tratamento antes do descarte final em algum rio ou no oceano, essas bacias estão sendo rapidamente degradadas e, no decurso de poucos anos, algumas delas podem se tornar inviáveis para o consumo humano ou utilização agrícola. Dessa forma, os principais problemas a serem tratados pelos mecanismos de gestão de recursos hídricos são: a poluição e posterior degradação da água disponível nas diferentes bacias hidrográficas e o gerenciamento da competição pelo recurso. Modelos matemáticos adaptados a modelagem de sistemas dinâmicos reais podem contribuir como ferramenta de tomada de decisão para medidas que resguardem a qualidade da água. O aprimoramento de modelos matemáticos, em hidrologia urbana, contribui para a redução de incertezas em estudos de diagnóstico de sistemas existentes, de concepção e de dimensionamento de soluções de poluição. Dado, portanto, que a maior causa de poluição direta de mananciais hídricos decorre do descarte inadequado de resíduos sanitários urbanos. Este projeto de pesquisa tem por objetivo realizar a modelagem matemática de tais descartes possibilitando a geração de cenários diversos e a elaboração baseada em tais cenários de políticas públicas de gerenciamento hídrico, controle do nível de poluição e geração de atos de infração. Tal modelo deve ser imediatamente aplicável - e será inclusive calibrado por dados da série histórica de medições disponíveis sob consulta a CPRH - a partes específicas do sistema hídrico composto pelos perfis urbanos dos rios Capibaribe e Beberibe em trechos a serem selecionados mediante critérios descritos ao longo do projeto / It is undeniable that the advancement of technology and industrial development comes from this bring many benefits to humanity, especially with regard to improvement in quality of life of the general population. Indeed, such advances are such present in modern life that it is difficult to imagine life without some of these, such as electricity and water widely available, sanitation and distribution systems and transportation.While most of the human population is distributed in large urban centers, the growing demand for non-renewable resources such as water and energy seems to be a global trend in the short term and irrevocable. Even in agricultural centers, the introduction of mechanization and practices such as irrigation extend the speed of growth of demand for these resources.Moreover, the overall picture does not appear promising since, to meet growing demand from a growing human population also more than six billion people, you can count on only 0.02% of available water on the planet: that which is in direct use of scenarios such as rivers, lakes and underground reservoirs affordable.To make the situation even worse, consider is the fact that the same overall picture indicates strong growth in the rate of degradation generating, so influenced mainly by new realities weather also imposed by human action, a growing scarcity of the resource.ln this context, Brazil is the only one time, a privileged position and risk with respect to global scenario. Indeed, Brazil has 12 river basin having one of the largest global availability of drinking water or easy treatment, however, given that the rate of urbanization in some of these basins be over 90% and that less than 20% of urban domestic sewage passes through some type of treatment before final disposal in a river or the ocean, such basins are being rapidly degraded and, in a few years, some of them may become viable for human consumption or agricultural use.Thus, the main problems to be addressed by mechanisms for management of water resources are: The subsequent degradation and pollution of water available in different river basins and the management of competition for appeal.Mathematical models suitable for modeling real dynamic systems can contribute as a tool for decision-making measures that regarded water quality. The improvement of mathematical models in urban hydrology, contributes to the reduction of uncertainties in the diagnostic studies of existing systems, design and dimensioning of solutions to pollution. Given therefore that the major cause of pollution direct a spring water flows from the improper disposal of urban waste health, this research project aims to carry out the mathematical modeling of such Descartes allowing the generation of various scenarios and development based on these scenarios, public policies for managing water, the level of pollution control and generation of acts of violation. This model should be immediately applicable - and even be calibrated by data from the historical series of measurements available on the consultation CPRH - to specific parts of the water system composed of the urban sections of rivers Beberibe and Capibaribe in excerpts to be selected by criteria described over design

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A fisiologia microbiana é uma área promissora da biotecnologia para a síntese de compostos de elevado valor agregado. Os micro-organismos apresentam vantagens devido ao menor período de geração, às facilidades de modificações fisiológicas e genéticas e à grande diversidade de processos metabólicos. O objetivo deste trabalho foi degradar óleos e gorduras de efluente lácteo por lipases produzidas por Yarrovia lipolytica. Planejamentos fatoriais foram utilizados para investigar os efeitos de variáveis em três etapas: em fermentação para produção de lipases, em formulação de bioproduto com atividade lipásica para estabilização da ação catalítica da enzima e em tratamento de soro de queijo para degradação de óleos e gorduras. Na presença de resíduo de refinaria de óleo vegetal a 3 % e cloreto de amônio a 0,2 g.L-1 com 48 h a 28 oC, lipases foram produzidas sob cultivo submerso. O líquido metabólico livre de células com atividade lipásica foi estabilizado com sorbato de sódio a 0,5 %, glicerol a 5 % e RENEX-95 a 10 %. Esse bioproduto apresentou 177 UI.mL-1 da atividade enzimática durante 30 dias sob armazenamento à temperatura ambiente (27 - 30 oC); pH ótimo 5,0 e 7,0, temperatura ótima de 50 oC e estabilidade térmica durante 120 min com retenção de 100 % da atividade enzimática a 50 oC e pH 5,0. A aplicação de 7 % do bioproduto durante 12 h de tratamento de efluente lácteo degradou 98 % dos óleos e gorduras presentes no soro de queijo. As lipases produzidas por Y. lipolytica e formuladas com substâncias estabilizadoras tem potencial para serem aplicadas na degradação de óleos e gorduras. / The microbial physiology is a promising area of biotechnology for the synthesis of compounds of high value. The micro-organisms have advantages because of their shorter generation facilities to physiological and genetic changes and the wide variety of metabolic processes. The aim of this study was to degrade oils and fats from lipases produced by Yarrovia lipolytica. Factorial designs were used to investigate the effects of variables in three stages: fermentation for lipase production, bioproduct formulation for stabilization the catalytic action of lipases and treatment of whey for degradation of fats and oils. In the presence of a vegetable oil residue at 3 % and ammonium chloride at 0,2 g.L-1, during 48 h at 28 oC, lipases were produced under submerged cultivation. The cell-free liquid metabolic was stability with sodium sorbate at 0.5 %, glycerol at 5 %, RENEX-95 at 10 %. This bioproduct presented 177 UI.mL-1 of the lipase activity during 30 days of storage at room temperature (27 - 30 C); it showed optimum pH at 5.0 and 7.0, optimum temperature of 50 oC and thermal stability for 120 min with retention of 100 % of the enzyme activity at 50 oC and pH 5,0. The application of the bioproduct at 7 % during 12 h degraded 98 % of oils and fats present in cheese whey. The lipases produced by Y. lipolytica and formulated with stability agents have potential to be applied in the degradation of oils and fats.

Submitted by Marcio Emanuel Paixão Santos (marcio.santos@ucsal.br) on 2018-06-21T17:02:54Z No. of bitstreams: 1 DISSERTACAOVICTORMAGALHAESDUARTE.pdf: 5911465 bytes, checksum: 6117af0ebbe7176d6a0b430080b16c8e (MD5) / Approved for entry into archive by Linda Bulhosa (linda.gomes@ucsal.br) on 2018-06-21T19:19:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTACAOVICTORMAGALHAESDUARTE.pdf: 5911465 bytes, checksum: 6117af0ebbe7176d6a0b430080b16c8e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-21T19:19:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAOVICTORMAGALHAESDUARTE.pdf: 5911465 bytes, checksum: 6117af0ebbe7176d6a0b430080b16c8e (MD5) Previous issue date: 2010-03-31 / A pesquisa trata da qualidade da água potável consumida na cidade do Salvador, bem como apresenta as principais conseqüências para a saúde pela ingestão dos contaminantes que possam estar presentes na água potável e as medidas preventivas mais adequadas para removê-las. As contaminações que ocorrem nas fontes advêm do aumento da atividade industrial, do desenvolvimento de compostos agrícolas sintéticos, do despejo dos esgotos doméstico e industrial no meio ambiente sem o devido tratamento. A metodologia adotada incluiu análises da água potável consumida em Salvador, avaliação da legislação brasileira, sendo demonstrado que, mesmo quando são atendidos os parâmetros contidos na mesma, não pode ser garantida que a água potável não vá trazer sérios problemas para a saúde das pessoas a curto, médio e longo prazo. Os resultados demonstram que as pessoas avaliadas não possuem conhecimentos básicos necessários sobre os riscos dos contaminantes da água e o que fazer para minimizar as suas conseqüências. Mesmo sabendo que as concentrações dos contaminantes na água mudam muito de um dia para o outro, adotamos critérios científicos modernos ao serem avaliadas as análises de água fornecida pela empresa de saneamento da cidade, dos poços de água de uma empresa do Pólo Petroquímico de Camaçari e de amostras de água mineral encaminhadas a laboratórios especializados. Varias contaminantes da água foram mencionados e avaliados segundo critérios toxicológicos usando-se valores máximos fixados nas legislações do Brasil, Estados Unidos e Comunidade Européia (Organização Mundial de Saúde). Efeitos aditivos e sinergéticos dos contaminantes da água alem do fator denominado susceptibilidade individual foram citados como condições essenciais nas avaliações dos riscos reais das concentrações e das misturas dos contaminantes presentes na água potável consumida. Foram apresentadas técnicas de tratamento que possibilitam remover as impurezas orgânicas, inorgânicas, biológicas e radioativas da água potável, permitindo que as pessoas possam minimizar ao máximo os riscos de contaminação por via hídrica, conservando a saúde em elevados níveis. Foram ainda feitas sugestões que objetivam reduzir/eliminar as contaminações dos nossos mananciais de água potável, quer seja por ações federais, estaduais e municipais e da colaboração direta dos próprios cidadãos. Diante dos aspectos científicos abordados aqui, concluímos que tanto a água mineral quanto a água da rede de distribuída municipal não são isentas de riscos para consumo humano. / The research talks about the drinking water which is consumed in Salvador city and presents the main health consequences of the contaminants that can be found in the water and the prevention measurements more suitable to remove them. Contaminations which can be found in the water sources come from the growth industrial activities, synthetic agriculture compounds, domestic sewage and waste water that run-off without a proper treatment. The methodology used included drinking water analyzes consumed in Salvador city, an evaluation of Brazilian legislation, being demonstrated that, even when the legal parameters in the laws are fulfilled, it can not warranty that drinking this water will not produce serious health problems in the people in a short, medium and long period of time. The results show that people who were evaluated do not have enough basic knowledge about the risks of water contaminants and they do not know what to do to minimize their consequences. Even knowing that the concentration of the drinking water contaminants change a lot from one day to another, it was adopted modern scientific methodology when the water analyzes from the municipal water supply company were evaluated. The same methodology was adopted in the well water samples from a company in the Petrochemical Complex in Camaçari area and from mineral water samples which were sent to specialized laboratories. Many contaminants in the water were mentioned and evaluated under toxicological standards using maximum values established in the Brazilian, United States and European legislation (World Health Organization). Additive and synergetic effects of the drinking water contaminants besides the factor named individual susceptibility were cited as essential conditions in the real risk assessment of the contaminants concentration and mixtures of them present in the drinking water in study. It was presented point of use treatment techniques that make possible to remove organic, inorganic, biological and radioactive contaminants from drinking water. Doing that, people can minimize as much as possible the contamination risks from water sources, keeping the health in high levels. Yet it was done suggestions that aim to reduce or eliminate the contaminants of our drinking water sources, by federal, state and municipal actions and direct collaboration of the citizens themselves. In front of the scientific aspects mentioned here, we concluded that as much the mineral water as the municipal water from the distribution network are not free of risks to the human consumption.

A busca por tecnologias cada vez mais eficazes no tratamento de águas e efluentes fez com que o desenvolvimento de membranas desempenhasse um papel importante nos processos de separação. A nanofiltração apresenta-se como uma tecnologia promissora para remoção de sais multivalentes em soluções aquosas. O preparo de membranas poliméricas pela técnica de inversão de fases permite a obtenção de estruturas distintas. Neste estudo avaliou-se o uso de diferentes não-solventes no preparo de membranas de poli(fluoreto de vinilideno) pelo método de inversão de fases, quanto às características estruturais e propriedades funcionais. Foram utilizados como não-solventes: água destilada, solução de dodecil sulfato de sódio e etanol/água, resultando nas membranas denominadas MT1, MT2 e MT3, respectivamente. O uso de um surfactante aniônico, como o dodecil sulfato de sódio, no preparo de membranas de poli(fluoreto de vinilideno) apresenta-se como uma inovação tecnológica. O uso de diferentes não-solventes alterou a taxa de precipitação do polímero, o que ocasionou alterações na estrutura química, morfológica, cristalina e nas propriedades de transporte das membranas. Análises de microscopia eletrônica de varredura e porosimetria de deslocamento líquido-líquido mostraram a obtenção de estruturas assimétricas, com poros na ordem de 1-2 nm para as membranas MT1 e MT2, e estrutura simétrica, com alta porosidade, para a membrana MT3. A análise de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier mostrou a presença das fases cristalina α e β nas três membranas e no polímero. Análise termogravimétrica realizada em atmosfera inerte apresentou massa residual em torno de 20-30 % referente ao material carbonáceo, o qual foi eliminado com a utilização de atmosfera oxidante na análise. Os valores de cristalinidade aparente, do polímero e das membranas, apresentaram grandes variações quando determinados pela técnica de calorimetria exploratória diferencial, porém quando determinados a partir dos difratogramas obtidos pela técnica de difração de raios X, a variação foi pequena, apresentando valores em torno de 47%. A avaliação da composição química da superfície das membranas, por espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raio X, mostrou que houve variação na quantidade de ligações C-F quando diferentes não-solventes foram utilizados. Essas variações contribuíram para alterações na hidrofobicidade das membranas. As membranas MT1 e MT2 apresentaram características hidrofílicas, com ângulo de contato em torno de 70°, e a membrana MT3 apresentou característica hidrofóbica, com ângulo de contato em torno de 142°. A maior hidrofobicidade da membrana MT3 é resultante da rugosidade superficial e da maior composição relativa de ligações C-F na superfície desta membrana. Ensaios de permeação realizados até a pressão de 20 bar mostraram que a membrana MT2 sofreu maior efeito de compactação e apresentou menor fluxo de permeado. Os ensaios realizados com soluções de cloreto de sódio, de cálcio e férrico mostraram diferentes eficiências de retenção. Para as membranas MT1 e MT2 a retenção de sais mono e divalentes foi praticamente igual, em torno de 5%. Para a solução de cloreto férrico, a retenção apresentou valores médios em torno de 16% e 27% para as membranas MT1 e MT2, respectivamente. Em função do tamanho de poros apresentados e da pressão transmembrana aplicada nos ensaios de permeação, as membranas MT1 e MT2 podem ser utilizadas em processos de nanofiltração. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-03T19:42:35Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Monica Beatriz Thurmer.pdf: 13606935 bytes, checksum: 4fd6cc5e74e44b43096cb2a30daf32e2 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-03T19:42:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Monica Beatriz Thurmer.pdf: 13606935 bytes, checksum: 4fd6cc5e74e44b43096cb2a30daf32e2 (MD5) / The search for increasingly efficient technologies in water and effluent treatment made the development of membranes take on an important role in separation processes. The nanofiltration is presented as a promising technology for removal of multivalent salt in aqueous solution. The polymeric membranes preparation by phase inversion technique allows the obtaining of different structures. This study evaluated the use of different nonsolvents in the poly(vinylidene fluoride) membrane preparation, by phase inversion method, on the structural characteristics and functional properties. Were used as nonsolvents: distilled water, solution of sodium dodecyl sulfate and ethanol/water, resulting in the membranes called MT1, MT2 and MT3, respectively. Use of an anionic surfactant, like as sodium dodecyl sulfate, in the preparation of poly(vinylidene fluoride) membranes is presented as a technological innovation. The use of different non-solvents changed the rate of polymer precipitation which caused changes in chemical, morphology and crystalline structures, and transport properties of the membranes. Scanning electron microscopy and liquid-liquid displacement porosimetry analysis showed asymmetric structures, with pores on the order of 1-2 nm for the MT1 and MT2 membrane, and symmetrical structure, with a high porosity for MT3 membrane. The analysis by Fourier transform infrared spectroscopy showed the presence of α and β crystalline phases in the three membranes and in the polymer. Thermogravimetric analysis carried out in an inert atmosphere showed residual mass around 20-30% from the carbonaceous material, which was eliminated with the use of an oxidizing atmosphere in the analysis. The values of apparent crystallinity of the polymer and the membranes showed large variations, by differential scanning calorimetry technique, but when determined from the diffractograms obtained by X-ray diffraction technique, the variation was small, showed values around 47%. The evaluates of the membranes chemical surface composition by X-ray photoelectron spectroscopy showed that there was variation in the amount of C-F bonds, where different non-solvents were used. These variations contributed to changes in membranes hydrophobicity. The MT1 and MT2 membranes showed hydrophilic characteristics with contact angle around 70°, and the MT3 membrane showed hydrophobicity characteristics with contact angle around 142°. The highest hydrofobicity of the MT3 membrane is result of the surface roughness and the relative composition of CF bonds on this membrane surface. Permeation tests performed until a pressure of 20 bar, it was found that the MT2 membrane has a greater effect compression and showed a lower permeate flux. Tests conducted with solutions of sodium, calcium and ferric chloride showed different retention efficiencies. For MT1 and MT2 membranes the retention of mono and divalent salts was practically equal, around 5%. For the solution of ferric chloride, the retention showed medium values around 16% and 27% for the MT1 and MT2 membranes, respectively. Due to the pore size presented and transmembrane pressure applied on permeation tests, the MT1 and MT2 membranes may be used in nanofiltration processes.

A crescente taxa de urbanização com descarga de esgoto sem tratamento prévio nos ecossistemas aquáticos e o aumento do uso de fertilizantes para desenvolvimento agrícola são causas da aceleração da floração de cianobactérias em águas de mananciais destinadas ao consumo humano. Cabe ao tratamento de água para abastecimento atender as especificações da legislação em relação à potabilidade necessitando remover as cianobactérias e suas toxinas. Este trabalho teve por objetivo estudar a utilização de bagaço de cana-de-açúcar in natura para adsorção de microcistina-LR da Microcystis aeruginosa em comparação com o carvão ativado. Foram realizados ensaios de adsorção a temperatura ambiente, com três concentrações iniciais de microcistina-LR: 3,83, 3,33 e 2,36 μg.L-1 no tempo total de 10 h, e a caracterização físico-química dos adsorventes para analisar a remoção da microcistina-LR. O desempenho da adsorção foi avaliado pela capacidade adsortiva e pela eficiência da remoção de toxina. Os resultados para o bagaço de cana-de-açúcar in natura não possibilitaram o alcance do limite inferior de concentração de microcistina de 1,0 μg.L-1 estabelecido na Portaria MS 2914/2011, porém, permitiram eficiência 8% maior de remoção da microcistina no bagaço de cana-de-açúcar comparado ao carvão ativado para maior concentração de adsorvato, mesmo apresentando área superficial de 1,28 m2.g-1 e superfície menos porosa e heterogênea que o carvão. A melhor taxa de remoção foi de 65%. de microcistina para concentração de 2,36 μg.L-1 no carvão ativado. Verificou-se também que o desempenho dos adsorventes foi melhor representado pelo Modelo da Isoterma de Freundlich do que pelo Modelo da Isoterma de Langmuir. De modo geral, a utilização do bagaço de cana-de-açúcar in natura para remoção de microcistina demonstra ser uma alternativa no tratamento de água comparado a outros adsorventes, porém, necessitando ser melhor estudada. / Increasing urbanization rate with untreated sewage discharge in aquatic ecosystems, and the increased use of fertilizers for agricultural development are causes of the acceleration of cyanobacterial bloom in water fountains which are intended for human consumption. It is important that the treatment for water supply meets the specifications of legislation for the potability that requires removing cyanobacteria and their toxins. This work aimed to study the use of in natura sugarcane bagasse for microcystin-LR adsorption of Microcystis aeruginosa compared to activated carbon. Adsorption experiments were carried out at room temperature with three initial concentrations of microcystin-LR: 3.83, 3.33 and 2.36 μg.L-1 total time of 10 h, and physico-chemical characterization of adsorbents analyzing the removal of microcystin-LR. The performance was evaluated by the adsorption capacity and adsorption by the toxin removal efficiency. The results for in natura sugarcane bagasse did not allow the scope of microcystin concentration lower limit of 1.0 μg.L -1 established in the MS 2914/2011, however, it allowed 8% higher efficient removal of microcystin in bagasse sugarcane compared to activated carbon to higher concentration of adsorbents, even with surface area of 1.28 m2.g-1 and less porous and heterogeneous surface than coal. The best removal rate was 65% microcystin concentration to 2.36 μg.L-1 on activated carbon. It was also found that the performance of adsorbents was best represented by the Freundlich Isotherm of Model than the Model Langmuir Isotherm. In general, the use of in natura sugar bagasse for removing microcystin proves to be an alternative water treatment compared to other adsorbents, however, it needs further studies.

CNPq / No meio da ampla biodiversidade da flora brasileira, a ora-pro-nobis (Pereskia aculeata Miller) desperta especial interesse, pela alta quantidade de mucilagem em suas folhas. Plantas mucilaginosas são estudadas há algum tempo no processo de floculação/coagulação em tratamentos de água, com a intenção de, reduzir ou até mesmo suceder a utilização do sulfato de alumínio. A mucilagem é um biopolímero com grande capacidade de formar gel, soluções viscosas e estabilizar sistemas de emulsão. O presente trabalho teve como finalidade, avaliar o rendimento da mucilagem em processos de extração, caracterizar a mucilagem não clarificada, e clarificada e aplicar o biopolímero clarificado da P. aculeata, no processo de coagulação/floculação. Para tal as folhas foram secas em estufa até peso constante, foi feita a extração da mucilagem em solução aquosa por duas metodologias diferentes avaliando assim o rendimento, caracterização da morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difratometria de raio X (DRX), composição estrutural por infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), determinação do pH potencial de carga zero e do comportamento térmico por análise termogravimétrica (TG/DSC). Para a avaliação de coagulação e floculação, o biopolímero foi avaliado em água do Rio Pato Branco por ensaios em Jar Test avaliando a eficiência da remoção de turbidez, remoção de substâncias húmicas, e aromáticas. A extração da mucilagem foi avaliada no rendimento da produção, em que a extração a 95 ºC (30 min) apresentou rendimento três vezes maior que a extração a 60 ºC (6 horas). A caracterização morfológica exibiu uma estrutura amorfa, esponjosa e com adesão de partículas menores à superfície das partículas maiores, indicando um material higroscópico que pode ser usado como coagulante, sendo semelhante a outras mucilagens pesquisadas, em aspectos de grupos funcionais e de comportamento térmico. A P. aculeata se confirmou como auxiliar no processo de coagulação/floculação em relação aos parâmetros e faixas estudadas, sendo mais eficaz em conjunto com o sulfato de alumínio. Como é uma planta de fácil cultivo, atóxica e com custo relativamente baixo para a extração do seu biopolímero é uma alternativa promissora no tratamento de água e efluentes diminuindo a utilização do sulfato de alumínio no processo de floculação/coagulação. / In the midst of the wide biodiversity of Brazilian flora, the ora-pro-nobis (Pereskia aculeata Miller) arouses special interest because of the high amount of mucilage in its leaves. Mucilage plants have been studied for some time in the flocculation / coagulation process in water treatments, with the intention of reducing or even succeeding the use of aluminum sulphate. Mucilage is a biopolymer with great gelforming, viscous solutions and stabilizing emulsion systems. The purpose of this study was to evaluate the yield of the mucilage in extraction processes, to characterize the clarified and clarified mucilage and to apply the clarified biopolymer of P. aculeata in the coagulation / flocculation process. For this, the leaves were oven dried to constant weight, the mucilage was extracted in aqueous solution by two different methodologies, evaluating the yield, characterization of the morphology by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffractometry (XRD) (FT-IR), determination of potential zero charge pH and thermal behavior by thermogravimetric analysis (TG / DSC). For the evaluation of coagulation and flocculation, the biopolymer was evaluated in water of the Pato Branco River by tests in Jar Test evaluating the efficiency of the removal of turbidity, removal of humic and aromatic substances. The extraction of the mucilage was evaluated in the yield of the production, in which the extraction at 95 ºC (30 min) yielded a three times higher yield than the extraction at 60 ºC (6 hours). The morphological characterization showed an amorphous structure, spongy and with adhesion of smaller particles to the surface of larger particles, indicating a hygroscopic material that can be used as a coagulant, being similar to other mucilages studied, in aspects of functional groups and thermal behavior. P. aculeata was confirmed as an aid in the coagulation / flocculation process in relation to the parameters and ranges studied, being more effective in conjunction with aluminum sulphate. As it is an easy-to-grow, non-toxic plant with relatively low cost for the extraction of its biopolymer, it is a promising alternative in the treatment of water and effluents by reducing the use of aluminum sulphate in the flocculation / coagulation process.

Com o aumento da população mundial a produção de alimentos também tem aumentado para suprir essas necessidades. Como consequência desses fatores temos o aumento da utilização dos recursos naturais, entre eles pode-se destacar o hídrico que após ser utilizado durante todo o processo acaba gerando efluentes com alta carga poluente que se não forem devidamente tratados podem acarretar em grandes problemas ambientais. Para minimizar esse problema faz-se o tratamento destes efluentes e um dos mecanismos utilizados é a coagulação. Os agentes coagulantes podem ser de origem química como alumínio ou ferro, ou de origem natural, também chamados de polieletrólitos, como moringa, quitosana e tanino. As vantagens da utilização dos polieletrólitos são inúmeras, pois podem ser utilizadas em tratamento de efluentes de vários segmentos da indústria, tratamento de esgotos domésticos e até mesmo para tratamento de água potável, além de apresentarem menor custo, maior eficiência e, menor volume de logo gerado comparado com os coagulantes de origem química, além de menor toxicidade podendo ser descartado mais facilmente e, até mesmo,ser utilizado na agricultura como fertilizante. / With increasing of world population food production has also increased to supply these needs. As a result of these factors have increased the use of natural resources, among them can be highlight that water after being used throughout the process eventually generates effluents with high pollutant load which if not properly treated can result in major environmental problems . To minimize this problem is used the treatment of these effluents and one of the mechanisms used is coagulation. The coagulants agents can be of chemical origin such as aluminum or iron , or natural origin , also called polyelectrolytes , such as moringa, chitosan and 12 tannin. The advantages of using polyelectrolytes are numerous, they can be used in the effluents treatment from various industries, wastewater treatment and even drinking water treatment , in addition to their lower cost, higher efficiency, the lower volume of the sludge generated compared with the chemical coagulant , also its lower toxicity enables easier discharge and may even be used in agriculture as fertilizer.

A crescente taxa de urbanização com descarga de esgoto sem tratamento prévio nos ecossistemas aquáticos e o aumento do uso de fertilizantes para desenvolvimento agrícola são causas da aceleração da floração de cianobactérias em águas de mananciais destinadas ao consumo humano. Cabe ao tratamento de água para abastecimento atender as especificações da legislação em relação à potabilidade necessitando remover as cianobactérias e suas toxinas. Este trabalho teve por objetivo estudar a utilização de bagaço de cana-de-açúcar in natura para adsorção de microcistina-LR da Microcystis aeruginosa em comparação com o carvão ativado. Foram realizados ensaios de adsorção a temperatura ambiente, com três concentrações iniciais de microcistina-LR: 3,83, 3,33 e 2,36 μg.L-1 no tempo total de 10 h, e a caracterização físico-química dos adsorventes para analisar a remoção da microcistina-LR. O desempenho da adsorção foi avaliado pela capacidade adsortiva e pela eficiência da remoção de toxina. Os resultados para o bagaço de cana-de-açúcar in natura não possibilitaram o alcance do limite inferior de concentração de microcistina de 1,0 μg.L-1 estabelecido na Portaria MS 2914/2011, porém, permitiram eficiência 8% maior de remoção da microcistina no bagaço de cana-de-açúcar comparado ao carvão ativado para maior concentração de adsorvato, mesmo apresentando área superficial de 1,28 m2.g-1 e superfície menos porosa e heterogênea que o carvão. A melhor taxa de remoção foi de 65%. de microcistina para concentração de 2,36 μg.L-1 no carvão ativado. Verificou-se também que o desempenho dos adsorventes foi melhor representado pelo Modelo da Isoterma de Freundlich do que pelo Modelo da Isoterma de Langmuir. De modo geral, a utilização do bagaço de cana-de-açúcar in natura para remoção de microcistina demonstra ser uma alternativa no tratamento de água comparado a outros adsorventes, porém, necessitando ser melhor estudada. / Increasing urbanization rate with untreated sewage discharge in aquatic ecosystems, and the increased use of fertilizers for agricultural development are causes of the acceleration of cyanobacterial bloom in water fountains which are intended for human consumption. It is important that the treatment for water supply meets the specifications of legislation for the potability that requires removing cyanobacteria and their toxins. This work aimed to study the use of in natura sugarcane bagasse for microcystin-LR adsorption of Microcystis aeruginosa compared to activated carbon. Adsorption experiments were carried out at room temperature with three initial concentrations of microcystin-LR: 3.83, 3.33 and 2.36 μg.L-1 total time of 10 h, and physico-chemical characterization of adsorbents analyzing the removal of microcystin-LR. The performance was evaluated by the adsorption capacity and adsorption by the toxin removal efficiency. The results for in natura sugarcane bagasse did not allow the scope of microcystin concentration lower limit of 1.0 μg.L -1 established in the MS 2914/2011, however, it allowed 8% higher efficient removal of microcystin in bagasse sugarcane compared to activated carbon to higher concentration of adsorbents, even with surface area of 1.28 m2.g-1 and less porous and heterogeneous surface than coal. The best removal rate was 65% microcystin concentration to 2.36 μg.L-1 on activated carbon. It was also found that the performance of adsorbents was best represented by the Freundlich Isotherm of Model than the Model Langmuir Isotherm. In general, the use of in natura sugar bagasse for removing microcystin proves to be an alternative water treatment compared to other adsorbents, however, it needs further studies.