Orientadores: José Roberto Guimarães, Carlos Gomes da Nave Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-18T03:12:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gasparini_MirthysCozzett_M.pdf: 1574617 bytes, checksum: 879f212f74e005fca5974d6f943a790e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: No presente trabalho foi realizada a caracterização de várias correntes de águas de processo da REPLAN (Refinaria de Paulínia), bem como a avaliação dos processos de fotólise (UV), peroxidação (H2O2), peroxidação assistida por radiação ultravioleta (H2O2/UV), reagente de Fenton (H2O2/Fe2+) e foto-Fenton (H2O2/Fe2+/UV) no tratamento de um dos efluentes, principalmente na degradação dos compostos orgânicos. Analisando-se os dados de caracterização dos diferentes efluentes foi possível sugerir alternativas de reuso no processo de refino, como também selecionar a corrente de água ácida retificada para aplicação dos processos físico-químicos de tratamento. A eficiência dos ensaios de tratabilidade foi baseada na redução da concentração do carbono orgânico dissolvido (COD). Dentre os processos estudados, os processos oxidativos avançados (POA) H2O2/UV e foto-Fenton apresentaram 95 % de eficiência após 150 minutos de ensaio. As condições ótimas foram obtidas na relação mássica COD: H2O2 de 1:7 para o processo peroxidação assistida por radiação UV, e de 1:5 e concentração de Fe2+ de 31 mg/L para o processo foto-Fenton. O efluente tratado pelo processo H2O2/UV poderia ser reutilizado como água de reposição no sistema de resfriamento, já que esta é responsável por 49 % do total de água utilizada na refinaria / Abstract: In the present study was performed the characterization of various process water from REPLAN (Paulínia Refinery) as well as an assessment of 5 processes to treat one of the effluents: photolysis (UV), peroxidation (H2O2), peroxidation assisted by ultraviolet radiation (H2O2/UV), Fenton reagent (H2O2/Fe2+) and photo-Fenton (H2O2/Fe2+/UV), in order to degrade the organic compounds. Effluents characterization results provided reuse possibilities in the process refining and also selected the stripped sour water stream for application of physical-chemical treatments. The processes efficiency was evaluated by the dissolved organic carbon (DOC) reduction. Among the processes studied, the advanced oxidation processes (AOPs) H2O2/UV and photo-Fenton reached 95 % efficiency after 150 minutes of reaction. The optimum conditions were obtained in a mass ratio COD: H2O2 of 1:7 for peroxidation assisted by UV radiation, and of 1:5 with 31 mg/L of Fe2+ for photo-Fenton. The effluent treated by AOP H2O2/UV could be reused as make-up water in cooling systems, since it is responsible for 49 % of the total water used in the refinery / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

L'usage intensif de pesticides dans l'agriculture engendre une contamination sans précédent des eaux de surface et des nappes phréatiques. Les traitements classiques appliqués aux eaux usées contenant des produits organiques polluants sont basés sur la biodégradation ou sur des méthodes physiques de transfert de masse (décantation, filtration, adsorption des polluants sur du charbon actif) ou des procédés chimique tels que l'oxydation à l'ozone ou au chlore. Cependant, ces procédés demeurent inefficaces dans le cas de traitement des eaux contaminées par les polluants organiques persistants (POPs). Les procédés d'oxydation avancés sont mis en œuvre pour dégrader ou même minéraliser ces polluants. Ce travail a donc pour objectif de déterminer un protocole expérimental pour détruire efficacement les pesticides, produits chimiques largement utilisés dans l'agriculture au Maroc, tels que le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil en utilisant les procédés d'oxydation avancée électro-Fenton et oxydation anodique avec différentes anodes telles que BDD, Pt et DSA. Ainsi, nous avons trouvé que le taux de minéralisation par procédé électro-Fenton avec l'anode BDD était de 92%, 95%, 92% et 97%pour le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil, respectivement, après 4 h de traitement. Ces résultats confirment l'efficacité des procédés d'oxydation avancés électrochimiques dans le traitement des eaux polluées par des pesticides / The intensive use of pesticides in agriculture generates, nowadays, an unprecedented contamination of surface water and groundwater. Conventional treatments applied to waste water containing organic pollutants are based on biological treatments méthods or physical mass transfer methods (decantation, filtration, adsorption of the pollutants on activated carbon), chemical oxidation with ozone, chlorine, etc. However, these methods remain ineffective for the treatment of water polluted by persistent organic pollutants (POPs). Advanced oxidation processes are implemented to degrade and mineralize these pollutants. This PhD thesis work aims to establish an experimental protocol to degrade and mineralize pesticides, chemicals widely used in agriculture in Morocco, such as monochlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 2,4,5-trichlorophenoxy-acetic acid , and imazalil using the electro-Fenton and anodic oxidation processes with DD Pt or DSA anodes. Thus, the rate of mineralization was 92%, 95%, 92% and 97% for the monochloro-benzene, the 1,2-dichlorobenzene, the 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid , and the imazalil, respectively, after 4 h treatment by electro-Fenton process. These results confirm the effectiveness of electrochemical advanced oxidation processes for treating water polluted by pesticides

L'usage intensif de pesticides dans l'agriculture engendre une contamination sans précédent des eaux de surface et des nappes phréatiques. Les traitements classiques appliqués aux eaux usées contenant des produits organiques polluants sont basés sur la biodégradation ou sur des méthodes physiques de transfert de masse (décantation, filtration, adsorption des polluants sur du charbon actif) ou des procédés chimique tels que l'oxydation à l'ozone ou au chlore. Cependant, ces procédés demeurent inefficaces dans le cas de traitement des eaux contaminées par les polluants organiques persistants (POPs). Les procédés d'oxydation avancés sont mis en œuvre pour dégrader ou même minéraliser ces polluants. Ce travail a donc pour objectif de déterminer un protocole expérimental pour détruire efficacement les pesticides, produits chimiques largement utilisés dans l'agriculture au Maroc, tels que le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil en utilisant les procédés d'oxydation avancée électro-Fenton et oxydation anodique avec différentes anodes telles que BDD, Pt et DSA. Ainsi, nous avons trouvé que le taux de minéralisation par procédé électro-Fenton avec l'anode BDD était de 92%, 95%, 92% et 97%pour le monochloro-benzène, le 1,2-dichlorobenzène, l'acide 2,4,5-trichlorophénoxy-acétique, et l'imazalil, respectivement, après 4 h de traitement. Ces résultats confirment l'efficacité des procédés d'oxydation avancés électrochimiques dans le traitement des eaux polluées par des pesticides / The intensive use of pesticides in agriculture generates, nowadays, an unprecedented contamination of surface water and groundwater. Conventional treatments applied to waste water containing organic pollutants are based on biological treatments méthods or physical mass transfer methods (decantation, filtration, adsorption of the pollutants on activated carbon), chemical oxidation with ozone, chlorine, etc. However, these methods remain ineffective for the treatment of water polluted by persistent organic pollutants (POPs). Advanced oxidation processes are implemented to degrade and mineralize these pollutants. This PhD thesis work aims to establish an experimental protocol to degrade and mineralize pesticides, chemicals widely used in agriculture in Morocco, such as monochlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 2,4,5-trichlorophenoxy-acetic acid , and imazalil using the electro-Fenton and anodic oxidation processes with DD Pt or DSA anodes. Thus, the rate of mineralization was 92%, 95%, 92% and 97% for the monochloro-benzene, the 1,2-dichlorobenzene, the 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid , and the imazalil, respectively, after 4 h treatment by electro-Fenton process. These results confirm the effectiveness of electrochemical advanced oxidation processes for treating water polluted by pesticides

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, methods were developed for the determination of antiandrogens in hospital effluent using the analytical technique HPLC-DAD. Microextraction techniques of Spironolactone, Flutamide, Cyproterone and Tamoxifen were investigated: liquid-liquid (LLME) and sorptive extraction (SBSE). For quantification of the analytes in hospital effluent was used solid phase extraction (SPE) with recoveries of 75.0 to 109.0±1.0 to 13.0% in aqueous solution and from 72.0 to 106.0±2.0 to 13.0% in hospital effluent. The average concentrations of analytes in the effluent of emergency (PA) ranged from 0.00 to 11.70 μg L-1 (RSD 0.00 to 11.5%) and of general-HUSM 0.00 to 11.30 μg L-1 (0.00 to 6.78% RSD), respectively. LC-ESI-MS/MS technique was used for fragmentation of the precursor ions, to identify product ions, and for neutral mass loss. LC-ESI-QqLIT-MS/MS was used to identify metabolites and subproducts. STR photoreactor of 800 mL was used for simple photolysis and heterogeneous photocatalysis, and for ozonation, column reactor of 800 mL. Fractional factorial design was applied to the extraction experiments, as well as, to AOPs. UV-radiation was generated by mercury vapor lamp of 125 W and 401 W m-2. Polymer bars of polydimethylsiloxane and polyurethane with TiO2 supported were developed for photocatalysis. Kinetic studies of the degradation reactions were made, subproducts were identified and fragmentation routes proposed. Metabolites were identified in hospital effluent. Preliminary risk analysis revealed that spironolactone has lower environmental risk, and that all analytes except tamoxifen, show PEC value > 0.01 μg L-1. / Neste trabalho foram desenvolvidos métodos para a determinação de antiandrogênios em efluente hospitalar utilizando-se a técnica analítica de HPLC-DAD. Técnicas de microextração de Espironolactona, Flutamida, Ciproterona e Tamoxifeno foram investigadas: líquido-líquido (LLME) e extração sortiva (SBSE). Para a quantificação dos analitos em efluente hospitalar foi usada extração em fase sólida (SPE) com recuperações de 75,0- 109,0±1,0-13,0%, em solução aquosa, e de 72,0-106,0±2,0-13,0%, em efluente hospitalar. As concentrações médias dos analitos no efluente do pronto atendimento (PA) e geral-HUSM variaram de 0,00-11,70 μg L-1 (RSD 0,00-11,5%) e 0,00-11,30 μg L-1 (RSD 0,00-6,78%), respectivamente. A técnica de LC-ESI-MS/MS foi utilizada na fragmentação dos íons precursores, na identificação dos íons-produto e perda de massa neutra. LC-ESI-QqLITMS/ MS foi usada na identificação de metabólitos e no estudo dos subprodutos. Fotorreator STR de 800 mL foi usado para fotólise simples e fotocatálise heterogênea e, para ozonização, reator tipo coluna de 800 mL. Planejamento fatorial fracionado foi aplicado nos experimentos de extração, bem como, de PAOs. Radiação UV foi gerada com lâmpada de vapor de mercúrio de 125 W e 401 W m-2. Barras poliméricas de polidimetilsiloxano e poliuretano com TiO2 suportado foram desenvolvidas para a fotocatálise. Estudos cinéticos das reações de degradação foram feitos, subprodutos foram identificados e rotas de fragmentação propostas. Metabólitos foram identificados no efluente hospitalar. Análise preliminar de risco revelou que a espironolactona apresenta menor risco ambiental e que todos os analitos, exceto tamoxifeno, apresentam valor de PEC > 0,01 μg L-1.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study, it was developed an analytical methodology for the quantification of parabens (PBs) in hospital effluent (University Hospital of Santa Maria - HUSM), by using solid phase extraction (SPE) followed by liquid chromatography coupled to diode array detector (HPLC-DAD). The main SPE variables were investigated by multivariate planning and optimized for the extraction/recovery of methylparaben (MeP), ethylparaben (EtP), propylparaben (PrP), butylparaben (BuP) and benzylparaben (BeP). The recovery rates varied from 75% upto 109% (± 1,0% upto 13,0%) for aqueous solution, and from 72% upto 106% (± 7,0% upto 15,5%) for hospital effluent. MeP e PrP showed the highest concentrations related to the other PBs on the sampling points HUSM General‟ (HG) e Receptor Water Course‟ (CR). The BuP concentration laid below the limit of detection (LD). Liquid Chromatography coupled to a sequential mass spectrometer provided with electrospray ionization (LC-ESI-MS/MS) was used for the identification of the metabolite, p-hydroxybenzoic acid, in hospital effluent. Photolysis and Heterogeneous photocatalysis were applied to the degradation of PBs and the variables were investigated with multivariate planning. A stirring tank reactor provide with a thermostatic jacket was used for the advance oxidation processes. Adsorption bars with titan dioxide (TiO2) supported on polydimethylsiloxane (PDMS) and polyurethane (PU) polymers were used and the efficiency was compared to the catalyst in suspension. Kinetic studies of the oxidation reactions were conducted and a total of eleven degradation products were identified by LC-ESI-MS/MS. A preliminary risk evaluation revealed that all the PBs showed a low environmental risk, MEC/PNEC < 1. / Neste trabalho foi desenvolvida metodologia analítica para a quantificação de parabenos (PBs), em efluente hospitalar (Hospital Universitário de Santa Maria - HUSM), utilizando extração em fase sólida (SPE) seguida de cromatografia líquida com detector de arranjo de diodos (HPLC-DAD). As principais variáveis da SPE foram investigadas com planejamento multivariado e otimizadas para a extração/recuperação de metilparabeno (MeP), etilparabeno (EtP), propilparabeno (PrP), butilparabeno (BuP) e benzilparabeno (BeP). As taxas de recuperação variaram entre 75% e 109% (± 1,0% e 13,0%) para solução aquosa e, entre 72% e 106% (± 7,0% e 15,5%), para efluente hospitalar. MeP e PrP apresentaram concentrações mais elevadas em relação aos demais PBs nos pontos de coleta HUSM Geral‟ (HG) e Corpo Receptor‟ (CR). A concentração de BuP ficou abaixo do limite de detecção (LD). A Cromatografia líquida acoplada a espectrômetro de massas sequencial com ionização por eletrospray (LC-ESI-MS/MS) foi usada para a identificação do metabólito, ácido p-hidroxibenzóico, em efluente hospitalar. Fotólise e fotocatálise heterogênea foram aplicadas na degradação de PBs e as variáveis (temperatura, pH, catalisador) foram investigadas com planejamento multivariado. Um reator tanque agitado provido de jaqueta termostática foi empregado nos processos de oxidação avançada. Barras de adsorção com dióxido de titânio (TiO2) suportado em polímeros de polidimetilsiloxano (PDMS) e poliuretano (PU) foram preparadas a fim de comparar sua eficiência com o catalisador em suspensão. Foram feitos estudos cinéticos das reações de oxidação e os produtos de degradação foram identificados por LC-ESI-MS/MS, num total de onze produtos de oxidação. A análise preliminar de risco revelou que todos os PBs apresentam baixo risco ambiental, MEC/PNEC < 1.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Neste trabalho foram realizados estudos de adsorÃÃo em batelada e de oxidaÃÃo avanÃada para a remoÃÃo de fenol (F), 2-nitrofenol (2NF) e 4-nitrofenol (4NF) em soluÃÃo aquosa. Nos estudos de adsorÃÃo foram empregados como adsorventes o pà de bagaÃo da casca de coco in natura (BIN), pà de bagaÃo in natura tratado com HCl 1,0 M (BT) e carvÃo ativado (CA) proveniente da carbonizaÃÃo a 250ÂC do pà de bagaÃo tratado com Ãcido. Experimentos de equilÃbrio e cinÃtica de adsorÃÃo foram realizados nas temperaturas de 28, 40 e 50ÂC. Isotermas de Langmuir e Freundlich correlacionaram bem os dados de equilÃbrio, indicando capacidades de adsorÃÃo (qmÃx) que aumentaram na ordem: CA >>> BT > BIN. Este comportamento denota uma adsorÃÃo caracterizada pelas interaÃÃes entre os elÃtrons &#61552; dos anÃis aromÃticos e os elÃtrons &#61552; das camadas grafÃticas do carvÃo, a qual à mais intensa que a verificada nos materiais celulÃsicos onde predomina a formaÃÃo de complexos doador-receptor entre os sÃtios oxigenados localizados na superfÃcie do adsorvente e o anel aromÃtico dos compostos fenÃlicos. Os melhores resultados de qmÃx em carvÃo ativado e pà de bagaÃo tratado com Ãcido foram obtidos para a adsorÃÃo de 2-nitrofenol à temperatura ambiente (28ÂC), correspondentes aos valores de 17,1 e 1,39 mg/g, respectivamente. Do ponto de vista cinÃtico o modelo de pseudo-segunda ordem apresentou melhor ajuste dos dados experimentais. Por outro lado, processos oxidativos avanÃados (POAs) das molÃculas fenÃlicas foram conduzidos para os tratamentos fotolÃtico (UV), fotoquÃmico (UV/H2O2), Fenton (Fe2+/H2O2) e eletroquÃmico com anodos dimensionalmente estÃveis (ADEs) de Ru0,3Ti0,7O2, Ru0,3Ti0,4Sn0,3O2 e Ru0,3Sn0,7O2. Os processos Fenton e fotoassistidos apresentaram condiÃÃes Ãtimas nas concentraÃÃes de 1,0 mM em Ãons Fe2+e 3,0 mM em H2O2 e taxa de radiaÃÃo (I0) de 64 mW/cm2. Os Ãxidos eletrocatalÃticos foram preparados por termodecomposiÃÃo de cloretos precursores a 500oC atà a formaÃÃo de filmes com 2,0 Âm de espessura sobre um suporte de titÃnio. A caracterizaÃÃo pelas tÃcnicas de EDX, MEV e Voltametria CÃclica mostrou composiÃÃes praticamente estequiomÃtricas, morfologia estrutural tipo cracked mud e elevado sobrepotencial para a reaÃÃo de desprendimento de oxigÃnio (RDO). Estudos de oxidaÃÃo para as molÃculas fenÃlicas mostraram o 2-nitrofenol como a espÃcie mais oxidÃvel e o fenol comum como a espÃcie menos reativa. As eficiÃncias de degradaÃÃo dos processos fotoassistidos foram particularmente elevadas (superiores a 80%) enquanto o sistema Fenton apresentou taxas de remoÃÃo entre 60 e 78%. A modelagem cinÃtica segundo o modelo de pseudo-primeira ordem adotado permitiu um bom ajuste dos dados experimentais. Os valores da constante cinÃtica 1/&#61554; (min-1) a 28ÂC mostraram a seguinte ordem: Fenton (8,16 min-1) > fotoquÃmico (6,95 min-1) >> fotolÃtico (1,98 min-1). Em adiÃÃo, estudos usando anodos eletrocatalÃticos (ADEs) a potencial constante de eletrÃlise de 2,0 V mostraram degradaÃÃes superiores a 93% para os nitrofenÃis e entre 65 e 86% para o fenol. Em termos, considerado o tipo de ADE empregado, a eficiÃncia de eletrooxidaÃÃo à temperatura ambiente obedece a seguinte ordem de eficiÃncia: Ru0,3Ti0,7O2 > Ru0,3Ti0,4Sn0,3O2 > Ru0,3Sn0,7O2. A anÃlise espectroscÃpica para identificaÃÃo de co-produtos indicou completa mineralizaÃÃo dos compostos fenÃlicos nos processos fotoquÃmico e eletroquÃmico, enquanto que nos processos Fenton e fotolÃtico foram detectados traÃos de produtos hidroxilados. Em geral, os resultados obtidos confirmam os processos adsortivos e oxidativos como tratamentos promissores para a despoluiÃÃo de sistemas aquosos contendo fenÃis e nitrofenÃis / In the present work the batch adsorption and advanced oxidation of phenol (F), 2-nitrophenol (2NF) and 4-nitrophenol (4NF) in aqueous phase has been studied. The adsorption experiments were conducted onto coconut shell powder (BIN), coconut shell powder treated with HCl 1.0M (BT) and coconut shell-based activated carbon (CA) obtained from carbonization at low temperature (250ÂC). Equilibrium and kinetic studies were carried out at temperatures of 28, 40 and 50ÂC. Langmuir and Freundlich isotherms correlated well the equilibrium data, indicating the adsorption capacity (qmax) increased in the order: AC>>> BT> BIN. This behavior denotes an adsorption characterized by dispersive interactions between the &#61552;-electrons of the graphitic carbon basal planes and those of the aromatic rings of the adsorbate, which is more intense when compared to the cellulose materials where are dominant the donor-acceptor complex formation between the oxygenated sites onto adsorbent and aromatic rings of phenol compounds. The best results of qmax in activated carbon and coconut shell powder treated with acid were obtained for the adsorption of 2-nitrophenol at room temperature (28ÂC), corresponding to values of 17.1 and 1.39 mg/g, respectively. In all cases, the adsorption kinetics could be satisfactorily fitted by a pseudo-second order model. Advanced oxidation processes (AOP) were carried out for treatments such photolytic (UV), photochemical (UV/H2O2), Fenton (Fe2+/H2O2) and electrochemical oxidation with dimensionally stable anodes (DSA) type Ti/Ru0.3Ti0.7O2, Ti/Ru0.3Ti0.4Sn0.3O2 and Ti/Ru0,3Sn0,7O2. The Fenton and photoassisted tests were performed to optimized conditions of 1.0 mM of Fe2+ ions, 3.0 mM of H2O2 and radiation intensity (I0) of 64 mW/cm2. Particularly, electrocatalytic oxides were prepared by thermal decomposition of chloride precursors to 500oC until the formation of films with thickness constant of 2&#956;m on titanium support. The characterization by EDX, SEM and Cyclic Voltammetry techniques showed a nearly stoichiometric composition, morphology type âcracked mudâ and elevated overpotencial from oxygen evolution reaction (OER). Degradation efficiencies in photoassisted processes were particularly high (> 80%) while in the Fenton system this values ranged between 60 and 78%. The kinetic modelling using the equation of pseudo-first order adopted allowed a good fit of experimental data. The values of kinetic constant 1/&#61554; (min-1) at room temperature showed the following order: Fenton (8.16 min-1) > Photochemical (6.95 min-1) >> photolytic (1.98 min-1). In addition, studies using the electrocatalytic anodes at constant potential electrolysis of 2.0 V showed almost total degradation for the nitrophenols (> 93%) and moderate removal efficiencies for phenol (between 65 and 86%). In terms, considered the type of anode employed the electrooxidation efficiency at room temperature increase in the following order of reactivity: Ru0.3Ti0.7O2 > Ru0.3Ti0.4Sn0.3O2 > Ru0.3Sn0.7O2. Thus, the results confirm the applicability of adsorption and advanced oxidation processes as promising treatments in the remediation of aqueous systems containing phenol and nitrophenols

Orientador: Edson Tomaz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:44:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fujimoto_TaniaMiyoko_M.pdf: 3195882 bytes, checksum: 017f2daada97280db73d8fb4da0b097e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Compostos orgânicos voláteis (COV) representam uma categoria de substâncias poluentes que geram diferentes impactos ambientais. Eles são responsáveis pelo aumento das concentrações de ozônio ao nível do solo e pela formação de aerossóis orgânicos secundários. Além disso, alguns deles contribuem para a degradação do ozônio estratosférico e a ampliação do efeito estufa. Alguns componentes têm um caráter carcinogênico, teratogênico ou mutagênico. Há estudos envolvendo o tratamento dos COV pelos mais diversos métodos, tais como: incineração, adsorção e absorção. Reatores fotocatalíticos, muito estudados em aplicação em fase aquosa e com grande sucesso na oxidação de contaminantes orgânicos, aparecem como uma alternativa pouco estudada. A fotocatálise em fase gasosa usando o TiO2 como catalisador se apresenta como uma solução interessante para o tratamento de compostos orgânicos voláteis, por não requerer operação em altas temperaturas, pelo baixo custo do TiO2, por ser seletiva na absorção de radiação e por gerar como produtos da reação CO2 e água, o que dispensa demais tratamentos. Estudos demonstram que a adição de metais nobres ao TiO2 comprova uma melhoria na eficiência fotocatalítica das reações de oxidação de compostos orgânicos voláteis. Dentro deste escopo, este trabalho tem como objetivo testar a eficiência do processo de oxidação de COV em fase gasosa por fotocatálise heterogênea com catalisador de dióxido de titânio (TiO2) impregnado com 1% de paládio (Pd) sob luz ultravioleta. O método de impregnação de paládio em TiO2 pela redução com NaBH4 mostrou-se adequado pelas técnicas de caracterização por DRX, XPS, UV ¿Vis, BET, MEV e Quimissorção de H2, pois há a impregnação do metal na superfície do catalisador sem promover modificações estruturais no TiO2 e não ocorreu alterações na razão de anatase/rutilo. Por XPS indicou a presença de metal em sua forma elementar. Além disso, os resultados da oxidação dos compostos n-hexano, ciclohexano, metil-ciclohexano, n-octano e iso-octano demonstraram aumento significativo na eficiência da conversão, pois foram obtidos valores acima de 90% em tempos de residência de aproximadamente 35 s / Abstract: Volatile organic compounds (VOCs) represent a category of pollutants substances that generate different impacts. They are responsible for increase concentrations of tropospheric ozone and also the formation of secondary organic aerosols. In addition, some of them contribute to the degradation of stratospheric ozone and greenhouse gas intensification. Some components have a carcinogenic, teratogenic or mutagenic character. There are studies involving the treatment of VOCs with various methods, such as: incineration, adsorption and absorption. Photocatalytic reactors, extensively studied in aqueous and with great success to destroy organic contaminants, appears as an alternative understudied. The photocatalysis gas phase using TiO2 as catalyst shows an interesting solution for the treatment of volatile organic compounds, because does not require operation at high temperatures, the low cost of TiO2, being selective in absorbing radiation and the products of reactions are CO2 and water, which eliminates other treatments. Studies prove that the addition of noble metals on TiO2 can improve the photocatalytic efficiency in the oxidation of volatile organic compounds. Therefore, this paper aims to test the efficiency of oxidation of volatile organic compounds (VOC) in gas phase catalysts through heterogeneous photocatalysis with titanium dioxide (TiO2), and their impregnation with 1% palladium (Pd) and UV light. The method for impregnate palladium on TiO2 with NaBH4 reduction was appropriated according to techniques for characterization like XRD, XPS, UV-vis, BET, SEM and H2 chemisorption, because all analysis confirmed that the impregnation of the metal on the catalyst surface do not structurally modify TiO2, neither changes occurred in the ratio of anatase/rutile. XPS indicated the presence of metal in elemental form. The results the oxidation of compounds n-hexane, cyclohexane, methyl cyclohexane, n-octane and iso-octane indicated a significant increase in conversion efficiency; the values were above 90% at residence times around 35 s / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Os tratamentos convencionais de efluentes em geral não são eficientes para a degradação de compostos persistentes como os fármacos. Neste trabalho, estuda-se o tratamento de soluções aquosas contendo o antibiótico ciprofloxacina (CIP) por meio de processo oxidativo avançado baseado em ozônio. Para tanto, foram realizados experimentos em semi-batelada com recirculação de líquido em um reator (coluna de bolhas) com escoamento gás-líquido em contracorrente. Amostras de líquido foram retiradas e analisadas para medida das concentrações de CIP e de carbono orgânico total (COT); a concentração de ozônio no gás foi medida por espectrofotometria UV-vis. Estudaram-se os efeitos das seguintes variáveis quanto à degradação de CIP, por meio de um planejamento Doehlert: concentração de ozônio à entrada do reator (8-25 mgO3 L-1), pH (3,5-10,5) e concentração inicial de CIP (5-26 mg L-1). Avaliaram-se as seguintes variáveis dependentes por meio da análise de superfícies de resposta: variação de concentração de CIP em 2 minutos; taxa inicial de degradação de CIP e variação de concentração de COT em 30 minutos. Os resultados indicaram total degradação de ciprofloxacina em menos de 15 minutos, tanto por via direta, com ataque por ozônio molecular em meio ácido, como por via indireta, com ataque por radicais hidroxila em meio básico. Os compostos resultantes da degradação da CIP mostraram-se recalcitrantes, obtendo-se maiores remoções de COT após 30 minutos apenas em meio básico ou neutro (máximo de 72,8% para pH=7, [O3]=24,9 mgO3 L-1 e [CIP]0=15,8 mg L-1). Apesar da persistência dos compostos orgânicos remanescentes, os ensaios respirométricos sugeriram que os produtos de degradação são menos tóxicos que o composto de partida, com menor inibição da atividade microbiana. No conjunto, os resultados do trabalho indicam que o processo de ozonização pode ser aplicado para pré-tratamento de efluentes aquosos contendo ciprofloxacina em baixas concentrações, podendo ser associado a processos de tratamento biológico em ETEs antes do descarte. / Conventional wastewater treatment processes are not generally efficient for the degradation of persistent substances like pharmaceutical compounds. In this work, the treatment of aqueous solutions containing the antibiotic ciprofloxacin (CIP) by means of the ozone-based advanced oxidation process is studied. With this aim, experiments were carried out in semi-batch mode with liquid circulation in a bubble column reactor with gas-liquid counter flow. Liquid samples were analyzed for CIP and total organic carbon (TOC) concentrations; ozone concentration in the gas was measured by UVvisible spectrophotometry. The effects of the following variables on CIP degradation were studied according to a Doehlert experimental design: inlet ozone concentration (8 to 25 mgO3 L-1), pH (3.5 to 10.5), initial CIP concentration (5 to 26 mg L-1). The following dependent variables were investigated by response surface analysis: variation in CIP concentration after 2 minutes; CIP initial degradation rate and variation in TOC concentration after 30 minutes. The results showed total degradation of ciprofloxacin in less than 15 minutes either by direct reaction with molecular ozone in acidic medium, or by indirect attack of hydroxyl radicals in alkaline medium. Compounds resulting from CIP degradation showed to be recalcitrant, yielding larger TOC removals after 30 minutes only in alkaline or neutral medium (maximum of 72.8% for pH=7, [O3]=24.9 mgO3 L-1, and [CIP]0=15.8 mg L-1). Despite the persistence of remaining organic compounds, respirometric assays suggested that degradation products are less toxic than the parent compound, exhibiting lower inhibition of microbial activity. Overall, the results indicate that the ozonation process can be used in the pre-treatment of aqueous effluents containing ciprofloxacin in low concentrations, and could be associated with biological treatment processes in wastewater treatment plants prior to final disposal.

Os tratamentos convencionais de efluentes em geral não são eficientes para a degradação de compostos persistentes como os fármacos. Neste trabalho, estuda-se o tratamento de soluções aquosas contendo o antibiótico ciprofloxacina (CIP) por meio de processo oxidativo avançado baseado em ozônio. Para tanto, foram realizados experimentos em semi-batelada com recirculação de líquido em um reator (coluna de bolhas) com escoamento gás-líquido em contracorrente. Amostras de líquido foram retiradas e analisadas para medida das concentrações de CIP e de carbono orgânico total (COT); a concentração de ozônio no gás foi medida por espectrofotometria UV-vis. Estudaram-se os efeitos das seguintes variáveis quanto à degradação de CIP, por meio de um planejamento Doehlert: concentração de ozônio à entrada do reator (8-25 mgO3 L-1), pH (3,5-10,5) e concentração inicial de CIP (5-26 mg L-1). Avaliaram-se as seguintes variáveis dependentes por meio da análise de superfícies de resposta: variação de concentração de CIP em 2 minutos; taxa inicial de degradação de CIP e variação de concentração de COT em 30 minutos. Os resultados indicaram total degradação de ciprofloxacina em menos de 15 minutos, tanto por via direta, com ataque por ozônio molecular em meio ácido, como por via indireta, com ataque por radicais hidroxila em meio básico. Os compostos resultantes da degradação da CIP mostraram-se recalcitrantes, obtendo-se maiores remoções de COT após 30 minutos apenas em meio básico ou neutro (máximo de 72,8% para pH=7, [O3]=24,9 mgO3 L-1 e [CIP]0=15,8 mg L-1). Apesar da persistência dos compostos orgânicos remanescentes, os ensaios respirométricos sugeriram que os produtos de degradação são menos tóxicos que o composto de partida, com menor inibição da atividade microbiana. No conjunto, os resultados do trabalho indicam que o processo de ozonização pode ser aplicado para pré-tratamento de efluentes aquosos contendo ciprofloxacina em baixas concentrações, podendo ser associado a processos de tratamento biológico em ETEs antes do descarte. / Conventional wastewater treatment processes are not generally efficient for the degradation of persistent substances like pharmaceutical compounds. In this work, the treatment of aqueous solutions containing the antibiotic ciprofloxacin (CIP) by means of the ozone-based advanced oxidation process is studied. With this aim, experiments were carried out in semi-batch mode with liquid circulation in a bubble column reactor with gas-liquid counter flow. Liquid samples were analyzed for CIP and total organic carbon (TOC) concentrations; ozone concentration in the gas was measured by UVvisible spectrophotometry. The effects of the following variables on CIP degradation were studied according to a Doehlert experimental design: inlet ozone concentration (8 to 25 mgO3 L-1), pH (3.5 to 10.5), initial CIP concentration (5 to 26 mg L-1). The following dependent variables were investigated by response surface analysis: variation in CIP concentration after 2 minutes; CIP initial degradation rate and variation in TOC concentration after 30 minutes. The results showed total degradation of ciprofloxacin in less than 15 minutes either by direct reaction with molecular ozone in acidic medium, or by indirect attack of hydroxyl radicals in alkaline medium. Compounds resulting from CIP degradation showed to be recalcitrant, yielding larger TOC removals after 30 minutes only in alkaline or neutral medium (maximum of 72.8% for pH=7, [O3]=24.9 mgO3 L-1, and [CIP]0=15.8 mg L-1). Despite the persistence of remaining organic compounds, respirometric assays suggested that degradation products are less toxic than the parent compound, exhibiting lower inhibition of microbial activity. Overall, the results indicate that the ozonation process can be used in the pre-treatment of aqueous effluents containing ciprofloxacin in low concentrations, and could be associated with biological treatment processes in wastewater treatment plants prior to final disposal.

A indústria têxtil gera grandes volumes de efluentes com elevada carga orgânica, forte coloração e toxicidade. Neste trabalho, estuda-se o tratamento de solução aquosa contendo o corante Solophenyl Yellow Arle 154% por meio dos processos O3-H2O2/UV e foto-Fenton, avaliando-se as repostas: remoção de cor em 5 minutos, remoção de cor em 60 minutos, taxa máxima de remoção de cor e remoção de COT em 60 minutos. Os experimentos foram realizados em semibatelada com circulação usando um reator fotoquímico com campo de radiação anular coaxial, constituído de corpo cilíndrico em aço com refletor interno de alumínio para 12 lâmpadas fixadas simetricamente na superfície refletora e um tubo reator em quartzo de 0,7 L, posicionados verticalmente no eixo do refletor. Para o processo O3-H2O2/UV foram utilizadas lâmpadas Phillips TUV (36 W, 254 nm). A corrente gasosa contendo O3 foi introduzida no reator por meio de um difusor. Para o processo foto-Fenton foram utilizadas lâmpadas Sylvania (12 W cada, 300 400 nm) e concentração de Fe(II) de 0,25 mmol/L. Em ambos os processos, solução de peróxido de hidrogênio foi adicionada durante os 30 minutos iniciais de tratamento. As amostras foram analisadas por medidas de carbono orgânico total (COT) e remoção de cor (absorbância medida em 405 nm em espectrofotômetro UV-visível). Em ambos os processos utilizou-se o planejamento experimental Doehlert, definindo os valores mínimo e máximo para cada variável adotada. No caso do processo O3- H2O2/UV (ETAPA I), foram estudados os efeitos da potência elétrica total das lâmpadas (144 432 W), concentração de H2O2 (5 30 mmol/L), concentração inicial de corante (20 100 mg/L), concentração de ozônio (10 40 mg/L) e pH (3 10). No processo foto-Fenton (ETAPA II), estudaram-se os efeitos da potência (160 480 W), concentração de H2O2 (5 30 mmol/L) e concentração inicial de corante (20 100 mg/L). Os resultados da ETAPA I indicaram que o aumento da concentração do corante, em meio ácido, aumenta a remoção de cor em 5 e 60 minutos, sugerindo a eficiência da ação via ozônio molecular sob o grupo cromóforo do corante. Os melhores resultados apresentaram remoção acima de 95% em 5 e 60 minutos de tratamento. Entretanto, para a remoção de COT em 60 minutos o processo não foi eficiente, apresentando resultado máximo de 35,6%. Na ETAPA II obtiveram-se resultados menos satisfatórios para remoção de cor se comparados aos da ETAPA I (56,1% em 5 minutos e 78% em 60 minutos de tratamento), mas melhores em relação à remoção de COT em 60 minutos atigindo 45,1% de remoção. As maiores taxas de remoção de cor foram observadas nos 5 primeiros minutos de tratamento para todos os experimentos. Experimentos complementares realizados em uma terceira etapa (ETAPA III) mostraram que a aplicação do processo O3 seguido do processo foto-Fenton permitiu resultados satisfatórios tanto para remoção de cor (97,2%), quanto para remoção de COT (69,5%). O estudo da ação do processo O3 em modo contínuo e a avaliação econômica preliminar do processo integrado O3 - foto-Fenton sugerem o potencial de aplicação do tratamento integrado a indústrias têxteis. / The textile industry generates large volumes of wastewater with high organic load, strong coloration and toxicity. In this work, the treatment of an aqueous solution containing the dye Solophenyl Yellow Arle 154% was studied by the O3-H2O2/UV and photo-Fenton processes, in order to evaluate the responses color removal after 5 minutes; color removal after 60 minutes; maximum rate of color removal; and TOC removal after 60 minutes. The experiments were carried out in the semi-batch mode with circulation using a photochemical reactor with annular coaxial radiation field, consisting of a cylindrical stainless steel support with an aluminum internal reflector with 12 lamps fixed symmetrically in the internal reflecting surface, and a quartz tube reactor of 0.7 L, positioned vertically along the axis of the reflector. For the O3- H2O2/UV process, Phillips TUV lamps (36 W, 254 nm) were used; the gas stream containing zone was introduced into the reactor through a diffuser. For the photo- Fenton process, Sylvania lamps (12 W each, 300 - 400 nm) and a concentration of Fe (II) of 0.25 mmol/L were used. In both cases, the hydrogen peroxide solution was added in the first 30 minutes of treatment. The samples were analyzed by the measurement of total organic carbon (TOC) and color removal (absorbance measured at 405 nm in a UV-visible spectrophotometer). In both cases the Doehlert experimental design was used, defining the minimum and maximum values of each variable adopted. In the case of O3-H2O2/UV process (PHASE I), the effects of the total electric power of the lamps (144 - 432 W), H2O2 concentration (5 - 30 mmol/L), initial dye concentration (20 - 100 mg/L), ozone concentration (10 - 40 mg/L), and pH (3 - 10) were studied. For the photo-Fenton process, the studied variables were: total electric power of the lamps (160 - 480 W), H2O2 concentration (5 - 30 mmol/L), and initial dye concentration (20 - 100 mg/L). The results of PHASE I indicated that the increase of dye concentration in acidic conditions increases color removal after 5 and 60 minutes, thus suggesting the efficiency of molecular ozone action upon the chromophore group of the dye. The best results showed color removal above 95% after 5 and 60 minutes of treatment. However, for the TOC removal the process was not efficient, with maximum removal after 60 minutes of only 35.6%. In PHASE II less satisfactory results for color removal were obtained in comparison with PHASE I (56.1% after 5 minutes and 78% after 60 minutes of treatment), but with higher TOC removal after 60 minutes, achieving over 45.1%. The highest color removal rates were observed within the first 5 minutes of treatment for all runs. Additional experiments carried out in PHASE III showed that the oxidation by O3 followed by the photo-Fenton process enabled to achieve suitable results for both color (97.2%) and TOC removals (69.5%). The study of the O3 process in the continuous mode and a preliminary economic evaluation suggests a high potential for the use of the integrated O3-photo-Fenton process in textile industries.