Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T07:41:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-24T22:26:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Um dos constituintes do petróleo, o enxofre, é um dos mais prejudiciais poluentes ao meio-ambiente que atualmente existe. Desta forma, políticas ambientais são cada dia mais severas, com o intuito de diminuir a concentração deste componente nos derivados de petróleo, incorrendo assim em custos adicionais para a indústria do petróleo, objetivando a diminuição de compostos sulfurados em seus produtos. Estes compostos são geralmente retirados das correntes de destilados por processo catalítico de hidrogenação, sob condições de elevadas temperaturas e pressões, chamado de hidrotratamento (HDT), sendo assim, um processo de elevado custo operacional. A adsorção se mostra como um excelente processo de pré ou póstratamento das correntes de HDT, por operar em baixas pressões e temperaturas, diminuindo assim as condições severas de processamento e da mesma forma os custos de capital e operacional. A literatura já traz trabalhos relacionados à dessulfurização por adsorção de destilados leves que originam combustíveis tais como gasolina, óleo diesel e combustível de aviação. Porém, os destilados de petróleo mais pesados que originam óleos lubrificantes, ainda não foram abordados na literatura com relação à aplicação do método adsortivo para dessulfurização. Os lubrificantes possuem um valor agregado cerca de três vezes maior que os combustíveis convencionais, possuindo assim um grande atrativo econômico. Desta forma, no presente de trabalho foi estudada a adsorção de compostos orgânicos sulfurados em destilados pesados naftênicos industriais e sintéticos, utilizando carvão ativado como adsorvente. O carvão ativado foi escolhido devido à sua grande capacidade de adsorção a uma grande gama de compostos organo-sulfurados, reportadas em trabalhos científicos para combustíveis convencionais. O estudo adsortivo consistiu no levantamento de isotermas de equilíbrio, tanto para frações naftênicas de petróleo, como para compostos sintéticos, objetivando a determinação da capacidade e seletividade adsortiva do carvão; da mesma forma, houve o estudo de curvas cinéticas de adsorção, visando à determinação do comportamento difusivo do sistema em estudo. As influências da temperatura, da massa molecular, da presença de inibidores (água, fenol, naftaleno e carbazol) e da concentração inicial de compostos sulfurados usualmente presentes em destilados pesados foram determinadas em processo de batelada. Foram desenvolvidos modelos para representar o processo adsortivo em estudo e um algoritmo para a predição do comportamento cinético do sistema via simulação numérica. Os resultados encontrados mostraram que, de uma forma geral, o aumento da massa molecular das moléculas sulfuradas presentes nos destilados naftênicos, assim como, a presença de moléculas de outras classes orgânicas, atuando como inibidores, desfavoreceram o fenômeno adsortivo dos compostos sulfurados sobre o carvão ativado. Já o aumento da temperatura favoreceu a adsorção dos compostos sulfurados dos destilados de petróleo, devido a uma possível resistência difusional de acesso aos sítios ativos do carvão, a qual diminuiu com o aumento da temperatura, ou seja, o aumento da energia interna das moléculas. / Sulfur is a component of the oil, which is one of the most dangerous pollutants that exist at the environmental. Therefore politics are harder to decrease the sulfur concentration in refined oils that increase the oil industry costs. This component is normally extracted by hydrogen catalytic processes of distilled streams, at high pressures and temperatures, called hydrotreatment (HDT). The adsorption is presented as an excellent treatment of the inner and outers HDT streams, decreasing their severity, capital and operation costs. The literature shows works which are related with distilled oils desulfurization by adsorption, that origin fuels like gasoline, óleo diesel and aviation fuel. However, the heavier distilled oils which originate lubrificating base oil were not studied yet about the use of adsorption methods to desulfurization. These lubrificating base oils have monetary values about two or three times higher than the conventional fossil fuels, having a great economic attractive. Therefore, the sulfur species adsorption in commercial and synthetic naphthenic heavy distilled oils, using activated carbon as adsorbent was studied in this work. The activated carbon was chosen due to its high capacities adsorption to great variety of sulfur compounds, reported in scientific works to conventional fossil fuels. The adsorption study was based on thermodynamic adsorption on synthetic and real distillates, getting adsorbent capacities and selectivities, and on kinetics adsorption determining diffusivity behavior of the systems. The temperature, molecular size, inhibitors presence (water, phenol, naphtalene and carbazole) and initial concentration influences of the common sulfur species encountered in heavy distillates were determine in batch experiments. Models were developed to represent de experimental data and a numeric algorithm was made to predict the kinetic behavior of the system. In general, the results showed that the sulfur molecular size increasing and the presence of molecules with other molecular composition, acting as inhibitors, decrease the adsorption of sulfur compounds on activated carbon. However, the temperature increasing gives a better sulfur compounds adsorption to petroleum distillates, due to a possible diffusional resistance of activated sites access, which is decreased to higher temperatures, due to molecular internal energy increasing.Sulfur is a component of the oil, which is one of the most dangerous pollutants that exist at the environmental. Therefore politics are harder to decrease the sulfur concentration in refined oils that increase the oil industry costs. This component is normally extracted by hydrogen catalytic processes of distilled streams, at high pressures and temperatures, called hydrotreatment (HDT). The adsorption is presented as an excellent treatment of the inner and outers HDT streams, decreasing their severity, capital and operation costs. The literature shows works which are related with distilled oils desulfurization by adsorption, that origin fuels like gasoline, óleo diesel and aviation fuel. However, the heavier distilled oils which originate lubrificating base oil were not studied yet about the use of adsorption methods to desulfurization. These lubrificating base oils have monetary values about two or three times higher than the conventional fossil fuels, having a great economic attractive. Therefore, the sulfur species adsorption in commercial and synthetic naphthenic heavy distilled oils, using activated carbon as adsorbent was studied in this work. The activated carbon was chosen due to its high capacities adsorption to great variety of sulfur compounds, reported in scientific works to conventional fossil fuels. The adsorption study was based on thermodynamic adsorption on synthetic and real distillates, getting adsorbent capacities and selectivities, and on kinetics adsorption determining diffusivity behavior of the systems. The temperature, molecular size, inhibitors presence (water, phenol, naphtalene and carbazole) and initial concentration influences of the common sulfur species encountered in heavy distillates were determine in batch experiments. Models were developed to represent de experimental data and a numeric algorithm was made to predict the kinetic behavior of the system. In general, the results showed that the sulfur molecular size increasing and the presence of molecules with other molecular composition, acting as inhibitors, decrease the adsorption of sulfur compounds on activated carbon. However, the temperature increasing gives a better sulfur compounds adsorption to petroleum distillates, due to a possible diffusional resistance of activated sites access, which is decreased to higher temperatures, due to molecular internal energy increasing.Sulfur is a component of the oil, which is one of the most dangerous pollutants that exist at the environmental. Therefore politics are harder to decrease the sulfur concentration in refined oils that increase the oil industry costs. This component is normally extracted by hydrogen catalytic processes of distilled streams, at high pressures and temperatures, called hydrotreatment (HDT). The adsorption is presented as an excellent treatment of the inner and outers HDT streams, decreasing their severity, capital and operation costs. The literature shows works which are related with distilled oils desulfurization by adsorption, that origin fuels like gasoline, óleo diesel and aviation fuel. However, the heavier distilled oils which originate lubrificating base oil were not studied yet about the use of adsorption methods to desulfurization. These lubrificating base oils have monetary values about two or three times higher than the conventional fossil fuels, having a great economic attractive. Therefore, the sulfur species adsorption in commercial and synthetic naphthenic heavy distilled oils, using activated carbon as adsorbent was studied in this work. The activated carbon was chosen due to its high capacities adsorption to great variety of sulfur compounds, reported in scientific works to conventional fossil fuels. The adsorption study was based on thermodynamic adsorption on synthetic and real distillates, getting adsorbent capacities and selectivities, and on kinetics adsorption determining diffusivity behavior of the systems. The temperature, molecular size, inhibitors presence (water, phenol, naphtalene and carbazole) and initial concentration influences of the common sulfur species encountered in heavy distillates were determine in batch experiments. Models were developed to represent de experimental data and a numeric algorithm was made to predict the kinetic behavior of the system. In general, the results showed that the sulfur molecular size increasing and the presence of molecules with other molecular composition, acting as inhibitors, decrease the adsorption of sulfur compounds on activated carbon. However, the temperature increasing gives a better sulfur compounds adsorption to petroleum distillates, due to a possible diffusional resistance of activated sites access, which is decreased to higher temperatures, due to molecular internal energy increasing.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-26T04:43:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299940.pdf: 2220878 bytes, checksum: 52c7205efa685d59abb13ff15133674a (MD5) / A crescente demanda energética mundial associada à preocupação acerca de questões ambientais faz com que conceitos de geração de energia sejam revistos. A combustão do lodo sanitário com uso da energia gerada pode ser uma alternativa viável ao seu destino final. Neste trabalho, três tipos de lodo sanitário, o do tratamento aeróbio (LCAE), o do tratamento anaeróbio (LCAN) e lodo digerido (LSC), foram caracterizados físico-quimicamente com o objetivo de realizar um teste de queima em combustor ciclônico de uma planta piloto. A análise elementar indicou a presença de altos teores de nitrogênio, e a presença de teores de enxofre e cloretos. Na análise imediata se verificou que a amostra de lodo digerido apresentou teor de cinzas superior ao da amostra aeróbia, porém ambas apresentaram elevado teor de voláteis, e teor de carbono fixo superior ao normalmente encontrado para amostras de lodo sanitário. O poder calorífico inferior das amostras foi da ordem de 3.600 kcal.kg-1 para LCAE, 3.300 kcal.kg-1 para LCAN e 2.000 kcal.kg-1 para LSC. A análise termogravimétrica mostrou que o lodo LSC é mais reativo e a decomposição de todos os lodos estudados é marcada por dois principais eventos ocorrendo quase que simultaneamente. A análise das cinzas de LCAE e LCAN indicou majoritária presença de óxidos de Al, Ca, Fe, P e Si e dentre os metais pesados, foi detectada a presença de Pb em concentrações abaixo do limite de quantificação e Ba em teores próximos a 0,15 %. A combustão dos dois lodos apresentou boa estabilidade térmica. Para ambos, as emissões de CO ficaram abaixo dos limites das legislações indicando uma boa condição de queima. As emissões de NOx foram superiores aos limites legais de emissão, porém a aplicação da recirculação dos gases no teste com LCAE reduziu os valores pela metade. As emissões de SO2 também foram acima dos limites, porém a etapa de lavagem dos gases removeu 86 % do SO2 para o teste com LCAE e 67 % para o teste com LCAN.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-08-01T21:52:45Z No. of bitstreams: 1 CarolinaTavaresPaula_DISSERT.pdf: 1433936 bytes, checksum: 2eb850c10be4db03ce7ddc164159ecf1 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-08-03T20:45:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CarolinaTavaresPaula_DISSERT.pdf: 1433936 bytes, checksum: 2eb850c10be4db03ce7ddc164159ecf1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:45:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarolinaTavaresPaula_DISSERT.pdf: 1433936 bytes, checksum: 2eb850c10be4db03ce7ddc164159ecf1 (MD5) Previous issue date: 2018-06-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A associação de reatores anaeróbios de alta taxa (UASB) a sistemas de lodo ativado tem sido muito empregada atualmente, especialmente em regiões de clima quente, por proporcionar a redução da carga orgânica afluente ao sistema de lodo ativado. Isso implica na diminuição da demanda de oxigênio e da massa de lodo produzida no sistema aeróbio. Nessas regiões tornase imprescindível a consideração, no projeto do reator aeróbio do sistema, do processo de nitrificação, para evitar a competição pelo oxigênio dissolvido (OD) entre microrganismos autotróficos e heterotróficos. Ademais, também surge a necessidade da inclusão de etapa anóxica para a remoção de nitrato, de modo a reduzir a concentração deste no decantador secundário. Isso porque a ocorrência de desnitrificação no decantador provoca problemas operacionais no sistema, como a perda de sólidos com o efluente final. Alguns estudos indicam que a contribuição do reator UASB na remoção de matéria orgânica do esgoto bruto interfere tanto no processos de nitrificação quanto no de desnitrificação. A menor carga orgânica afluente ao lodo ativado pode reduzir o desenvolvimento dos microrganismos heterotróficos, de modo a possibilitar a redução da concentração mínima de OD necessária no reator aeróbio. Ademais, o UASB reduz a disponibilidade de DQO para a desnitrificação, podendo inviabilizar o processo e trazer instabilidade ao sistema. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho de sistema de lodo ativado com pré-desnitrificação empregado como pós-tratamento de reator UASB em região de clima quente. Para isso, foi realizado um experimento em uma ETE em escala piloto, constituída por reator UASB seguido de sistema de lodo ativado com reatores anóxico e aeróbio e decantador secundário. Recirculações de lodo do decantador e do tanque de aeração (para disponibilizar nitrato para desnitrificação) para o reator anóxico foram promovidas, bem como o desvio de uma parcela de esgoto bruto diretamente para esse reator (para disponibilizar carbono para a desnitrificação). O estudo foi dividido em quatro etapas, nas quais foram variados os parâmetros: tempo de detenção hidráulica dos reatores, concentração de OD no tanque de aeração e vazão de by-pass de esgoto bruto. Análises físico-químicas semanais (DQO, P, NH4 + , NO3ˉ, NO2ˉ, SST) foram realizadas para monitoramento e avaliação do desempenho da ETE piloto. Foi observada, durante todo o experimento, a flotação de lodo no decantador em consequência da desnitrificação ineficiente no reator anóxico, a qual ocorria de forma descontrolada no decantador secundário. Ademais, a baixa carga orgânica afluente ao sistema de lodo ativado limitou o crescimento da biomassa heterotrófica, favorecendo as bactérias nitrificantes no tanque de aeração. Os resultados mostram que ainda existem limitações para a aplicação de lodo ativado como pós-tratamento de reator UASB com relação à remoção de nitrogênio, em regiões de clima quente. / The association of high rate anaerobic reactors (UASB) to activated sludge systems has been widely employed nowadays, especially in hot climate regions, as it provides the reduction of the organic load affluent to the activated sludge system. This results in a decrease of the oxygen demand and the sludge mass produced in the aerobic system. In these regions it becomes essential to consider the nitrification process in the aerobic reactor design to avoid competition for dissolved oxygen (DO) between autotrophic and heterotrophic microorganisms. Moreover, the need to include an anoxic stage for nitrate removal arises, in order to reduce its concentration in the secondary settler. It must be considered because the occurrence of denitrification in the sedimentation tank causes operational problems in the system, such as solids loss with the final effluent. Some studies indicate that the contribution of the UASB reactor in organic matter removal from the raw sewage interferes in both nitrification and denitrification processes. The lower organic load affluent to the activated sludge can reduce the development of heterotrophic microorganisms, which can decrease the minimum required DO concentration in the aerobic reactor. In addition, the UASB reduces the COD availability for denitrification, which can make the process unfeasible and bring instability to the system. Thus, the objective of this work is to evaluate the performance of activated sludge system with pre-denitrification used as post-treatment of UASB reactor in hot climate region. Thereunto, an experiment was carried out in a pilot scale WWTP, composed by UASB reactor followed by activated sludge system with anoxic and aerobic reactors and secondary settler. Sludge recycle from the settler and the aeration tank (to provide nitrate for denitrification) to the anoxic reactor were promoted, as well as the deviation of a portion of raw sewage directly to the anoxic reactor (to provide carbon for denitrification). The study was conducted in four stages, in which the following parameters were varied: reactors hydraulic retention time, DO concentration in the aeration tank and bypass flow of raw sewage. Physical-chemical analyzes (COD, P, NH4 + , NO3ˉ, NO2ˉ, TSS) were weekly performed to monitor and evaluate the pilot WWTP performance. During the whole experiment, sludge flotation in the secondary settler was observed as a consequence of inefficient denitrification in the anoxic reactor, which occurred uncontrollably in the sedimentation tank. Furthermore, the low organic load affluent to the activated sludge system limited the heterotrophic biomass growth, favoring nitrifying bacteria in the aeration tank. The results show that there are still limitations to the application of activated sludge system as post-treatment of UASB reactor in relation to the removal of nitrogen, in hot climate regions

139 f. / Submitted by Tania Milca Carvalho Malheiros (tania@bce.unb.br) on 2009-08-03T13:47:23Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Deborah_Freitas_Veras.pdf: 1051194 bytes, checksum: dc52b4b805c1b65ba845e75c5ed0d2a0 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2009-08-04T12:01:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Deborah_Freitas_Veras.pdf: 1051194 bytes, checksum: dc52b4b805c1b65ba845e75c5ed0d2a0 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-08-04T12:01:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Deborah_Freitas_Veras.pdf: 1051194 bytes, checksum: dc52b4b805c1b65ba845e75c5ed0d2a0 (MD5) Previous issue date: 2006-09 / Nas últimas décadas, verifica-se um crescente interesse científico e debate público a respeito dos potenciais efeitos adversos associados à exposição humana e animal aos perturbadores endócrinos. Águas residuárias são as fontes mais comuns de contaminação de perturbadores endócrinos e, segundo a literatura, essas substâncias não são removidas por completo nos tratamentos convencionais de água e esgotos. A adsorção em carvão ativado tem sido apontada como uma opção para a remoção de perturbadores endócrinos. Entretanto, a eficiência do carvão ativado, de um modo geral, depende da sua matériaprima, da área superficial e distribuição do tamanho dos poros e das características dos compostos a serem adsorvidos. Assim, o presente trabalho contempla a avaliação da remoção de perturbadores endócrinos por carvão ativado em pó (CAP), sob condições controladas em laboratório. Os perturbadores endócrinos selecionados para estudo foram o 17β-estradiol e o p-nonilfenol devido, respectivamente, ao maior potencial de risco aos seres vivos e às concentrações elevadas encontradas em esgotos e mananciais. A metodologia consistiu em ensaios de capacidade adsortiva, realizados com amostras preparadas com água deionizada (cerca de 1 μg/L de 17β-estradiol e 100 μg/L de pnonilfenol) e CAPs produzidos no Brasil (3 de origem vegetal e 1 de origem animal), e análises de residuais utilizando o método ELISA. Verificou-se que o modelo de Freundlich foi o que melhor representou a adsorção do 17β-estradiol nos carvões de origem vegetal. Quanto às curvas de residuais obtidas, estas se assemelharam a um decaimento exponencial negativo com relação à dosagem de CAP, com remoções proporcionalmente mais significantes para dosagens menores que 10mg de CAP/L. Observou-se, a partir de correlações de dados, que o 17β-estradiol apresentou maior tendência a ser adsorvido nos microporos e que o carvão mineral tem um comportamento diferenciado, pois ao mesmo tempo em que apresentou o maior percentual de remoção, não se ajustou aos modelos de Freundlich e Langmuir. Quanto ao p-nonilfenol, devido a problemas experimentais, não são apresentados resultados, mas são relatadas as dificuldades enfrentadas. __________________________________________________________________ ABSTRACT / In the last decades, a growing scientific concern and public debate have been raised over the potential adverse effects associates to human and animal exposure to endocrine disruptors (EDs). Domestic sewers and treated effluents are the most common source of contamination and, according to the literature, these substances are only partially removed by conventional water and wastewater treatments. Adsorption on activated carbon has been recognized as an option for the removal of endocrine disruptors. However, the activated carbon efficiency, in general, depends on the original material, on the superficial area and pores size distribution and on the characteristics of the compound to be adsorbed. This work presents an evaluation of the removal of endocrine disruptors by powdered activated carbon (PAC), carried out under controlled laboratory conditions. The endocrine disruptors selected to be evaluated were the 17β-estradiol and the p-nonilfenol due to, respectively, the higher risk potential to live beings and the high concentrations found in sewerage and raw water. Adsorptive capacity experiments were carried out using samples prepared with ultra-pure water (around 1 μg/L de 17β-estradiol e 100 μg/L de p-nonilfenol) and PACs produced in Brazil (3 of vegetal origin and 1 of animal origin). Immunoassay (ELISA) was used to quantify ED residuals. It was verified that the Freundlich’s Model was more adequate to describe the adsorption of 17β-estradiol on PAC of vegetal origin. The residuals curves obtained followed, approximately, a negative exponential decline with the increase of PAC dosage, presenting more significant removals for dosages below 10mg of PAC/L. It was observed, from correlations data, that the 17β-estradiol had higher tendency to be adsorbed by micropores and that the animal origin PAC had a singular behavior. Although it presented the highest removal efficiency, the adsorption results were not adjustable to either Freundlich’s or Langmuir’s Models. Due to experimental problems, pnonylphenol adsorption capacity data are not presented, nevertheless the difficulties faced are discussed in details.

O processo de eutrofização das águas, principalmente pelo aporte de fósforo e nitrogênio, favorece a ocorrência de florações de cianobactérias. Uma consequência desses eventos é a produção e emissão dos metabólitos 2-metilisoborneol (MIB) e trans-1,10-dimetil-trans-9-decalol (geosmina). Estes compostos são álcoois terciários que podem ser detectados em baixas concentrações pelos consumidores, 5 a 10 ng/l, deixando a água com “cheiro e gosto de terra e mofo”. MIB e geosmina, particularmente na forma dissolvida (extracelular), mostram-se recalcitrantes aos métodos convencionais de tratamento de água. As metodologias atualmente empregadas na remoção desses metabólitos apresentam-se pouco eficientes e de elevado custo operacional, incentivando as pesquisas relacionadas às alternativas de tratamento. O presente estudo foi realizado em duas etapas, onde a primeira buscou avaliar a remoção de MIB e geosmina por adsorção em carvão ativado granular e a segunda, a degradação dos metabólitos por atividade microbiológica. Primeiramente, os carvões ativados granulares foram caracterizados através do número de iodo e área superficial BET. Em seguida, foi determinado o tempo de equilíbrio de adsorção para cada carvão e por último, foi avaliada a capacidade adsortiva através das Isotermas de Freundlich. O estudo sobre a oxidação biológica dos compostos causadores de gosto e odor consistiu no isolamento, identificação e testes de biodegradação de bactérias que utilizam MIB e geosmina como única fonte de carbono para o seu metabolismo. No que se refere à capacidade de adsorção, foi observado que os carvões de madeira e casca de coco apresentaram os melhores desempenhos na remoção de MIB e geosmina, respectivamente. Esses carvões removeram os compostos abaixo do limite de detecção olfativa (10 ng/l), com doses de 50 mg/l e tempo de contato de duas horas. Essa caracterização mostrou-se de fundamental importância na escolha do carvão mais adequado para aplicação no tratamento de água. Uma vez que pouco se conhece a respeito da comunidade bacteriana, presente em águas naturais, ao que se sabe, este trabalho é o primeiro registro da capacidade individual de bactérias Gram positivas e negativas degradarem os compostos causadores de gosto e odor, na mesma solução teste. A remoção de cerca de 90 e 96% de MIB e geosmina ao longo de 48 e 120 horas de experimento, respectivamente, demonstrou que essas bactérias podem ser utilizadas em estratégias de purificação biológica da água. A identificação molecular dos isolados bacterianos, obtidos no Lago Guaíba, registrou quatro novos gêneros capazes de degradar MIB e geosmina: Burkholderia sp, Caulobacter sp, Klebsiella sp e Leucobacter sp. Além desses, um isolado foi classificado como Arthrobacter sp, outro como Sphingomonadaceae e três como Enterobacteriaceae. O sucesso no isolamento, manutenção de culturas puras, identificação e determinação da capacidade desses microrganismos degradarem MIB e geosmina da água sugere um potencial de utilização dessas bactérias em processos de filtração biológica, que utilizam carvão ativado granular. Esse conhecimento pode ser usado como uma nova ferramenta para a remoção de substâncias que causam gosto e odor, sendo essencial para garantir uma água de qualidade para o consumo humano. / Water eutrophication process, by phosphorous and nitrogen levels, allows cyanobacteria blooms which promotes, among other effects, the generation and release of the metabolites 2-methylisoborneol (MIB) and trans-1,10-dimethyl-trans-9- decalol (geosmin). These compounds are tertiary alcohols that may lend earthymusty tastes and odors to water, characteristics detected by consumers when the metabolites are present at concentrations as low as 5 to 10 ng/l. When present in water, mainly in the dissolved form (extracellular), MIB and geosmin are difficult to be removed by conventional treatment methods. The methodologies currently employed to remove these metabolites lack efficiency and increase operational costs, arousing the interest in research to develop alternative water treatment approaches. The present study was conducted in two steps. The first step evaluated the removal of MIB and geosmin by adsorption using different types of granular activated carbon, while the second step assessed the degradation of the metabolites by microbiological activity. Firstly, granular activated carbon was analyzed for iodine number and BET surface area. Next, adsorption equilibrium time was measured for each carbon type. Then, adsorption capacity was evaluated using the Freundlich isotherm. Biological oxidation of compounds causing taste and odor included isolation, identification and biodegradation tests using bacteria that employ MIB and geosmin as the only carbon sources. Regarding adsorption capacity, wood and coconut shell carbon performed better in MIB and geosmin removal, respectively, affording removal to levels below the odor threshold concentration (10 ng/l), using 50 mg/l solutions of each carbon and exposure times of 2 h. This characterization proves the importance of choosing the most appropriate carbon to employ in water treatment. Since little is known on the bacterial community thriving in natural waters, as far as we know this is the first study to record the capacity of Gram-positive and Gramnegative bacteria to individually degrade compounds that cause taste and odor in water, in the same test solution. The removal of 90 and 96% of MIB and geosmin within 48 and 120 h of exposure, respectively, shows that these bacteria may be used in water purification strategies. The molecular identification of the bacterial isolates obtained in Lake Guaíba revealed four new genera capable to degrade MIB and geosmin: Burkholderia sp., Caulobacter sp., Klebsiella sp., and Leucobacter sp. Apart from these isolates, one Arthrobacter sp., one Sphingomonadaceae and three Enterobacteriaceae isolates were also identified. The successful isolation, maintenance of pure cultures, identification and determination of these microorganisms’ capacities to degrade MIB and geosmin in water suggests that these bacteria may be used in biological filtration processes that utilize granular activated carbon. This knowledge may be used as a new tool to remove substances that lend taste and odor to water, and is an essential aspect to guarantee quality water for human consumption.

A eutrofização acelerada dos mananciais superficiais, devido aos despejos de águas residuárias não tratadas, vem comprometendo a qualidade das águas utilizadas no abastecimento público. Como conseqüência desse processo, inúmeros registros de florações de cianobactérias são relatados em todo o mundo. Esses microrganismos são potenciais produtores de toxinas, as quais, presentes na água bruta que abastece uma Estação de Tratamento de Água (ETA), precisam ser removidas. As toxinas podem ter efeitos adversos à saúde, podendo causar danos hepatotóxicos, neurotóxicos e dermatotóxicos. A maioria das ETAs brasileiras tratam a água através do processo convencional de tratamento, compreendendo as etapas de coagulação, floculação, sedimentação, filtração e cloração. Esse tratamento é considerado eficiente para remover células de microrganismos, incluindo as cianobactérias. No entanto, suas toxinas não são afetadas, permanecendo na água tratada. Em função disso, alternativas de tratamento devem ser incorporadas ao tratamento convencional, visando remover a hepatotoxina microcistina a concentrações menores ou iguais a 1 μg.L-1, pois esse é o valor máximo permitido (VMP) pela Portaria nº 518/2004, do Ministério da Saúde, a qual define as diretrizes relativas ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano. Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi avaliar a eficiência do carvão ativado pulverizado (CAP), na remoção da cianotoxina microcistina presente na água utilizada para abastecimento público. Cinco amostras de CAP, produzidas a partir de madeira, osso, antracito e coco, foram caracterizadas e, para cada uma, determinadas as Isotermas de Freundlich. As Isotermas mostraram que os CAPs produzidos a partir da madeira apresentaram maior capacidade de remover microcistina. Os residuais de microcistina obtidos nestes ensaios foram ajustados ao modelo de decaimento logarítmico. Assim, para cada CAP, foi estabelecida uma equação geral do processo adsortivo, com a qual foi possível estabelecer dosagens de CAP, variando a concentração de microcistina inicial, para atingir uma concentração residual de 1 μg.L-1. A aplicabilidade da equação foi testada para uma amostra de CAP, em água natural, utilizando o coagulante policloreto de alumínio e concentrações iniciais de microcistina de 1, 10 e 100 μg.L-1. Os resultados mostraram que as dosagens de CAP calculadas foram suficientes para atingir o residual desejado. Além disso, através de ensaios de adsorção, em equipamento de jarros, foram simuladas as etapas de coagulação (utilizando coagulantes sulfato de alumínio e cloreto férrico), floculação, sedimentação e filtração do tratamento convencional para água natural acrescida de 100 μg.L-1 de microcistina. A aplicação do CAP foi realizada em dois pontos do tratamento (1) entrada da água bruta e (2) antes da aplicação do coagulante. A aplicação na entrada da água bruta possibilitou remoção da toxina abaixo do VMP, correspondendo à redução de, aproximadamente, 99% da concentração inicial de toxina. Já no ponto de aplicação antes do coagulante, não foi atingido o VMP. A partir dos estudos aqui realizados, concluiu-se que a melhor maneira de escolher o CAP para remoção de microcistina é a realização de ensaios específicos, como a Isoterma de Freundlich. Para uma remoção eficiente da toxina, o tratamento convencional mostra-se eficaz, desde que a etapa de adsorção seja incorporada ao tratamento. / The accelerated surface waters eutrophication, due to non treated residual waters discharges, has been harming the water quality utilized in the public supply. As a consequence of this process, countless records of cyanobacterias’ bloom are reported all over the world. These microorganisms potentially producers of toxins, which, when presented in the raw water that supplies the Water Treatment Plant (WTP), needs to be removed. The toxins can have harmfull effects to the health causing hepatotoxic, neurotoxic and dermatotoxic damage. Most of the Brazilian WTPs treat the water through the conventional water treatment process, covering the stages of coagulation, flocculation, sedimentation, filtering and chlorination. This treatment is considered efficient to remove microorganisms’ cells, including cyanobacterias. However its toxins are not affected, remaining in the treated water. Due to this fact, alternative treatment must be incorporated to the conventional one, trying to remove the microcystin hepatotoxin to concentrations lower or equal to 1 μg.L-1, the maximum allowed value (MAV) according to the Brazilian Ministry of Health Administrative Ruling 518/2004, which defines the rules related to the control and vigilance of the water quality for human consumption. In this context, the objective of the present work was to evaluate the efficiency of the powdered activated carbon’s (PAC), in the removal of the microcystin cyanotoxin present in the water for public supply. Five samples of PAC, made of wood, bone, antracite and coconut, were characterized and, for each one, were determined Freundlich adsorption isotherm . The isotherm showed that the PACs produced from wood presented the highest capacity of microcystin removal. The residuals of microcystin obtained in these tests were adjusted to the logarithmic decay model. Thus, for each PAC, it was established a general equation of the adsorptive process, in order to establish PAC dosages, varying the initial microcystin concentration, to achieve the residual concentration of 1 μg.L-1. The usage of this equation was tested for one sample of PAC, in natural water, using poly-aluminum chloride as a coagulant and the initial concentrations of microcystins of 1, 10 and 100 μg.L-1. The results showed that the dosage of PAC calculated was enough to achieve the desired residual. Besides this, through adsorptive tests, using jar’s equipments, were simulated the stages of coagulation (using alum sulphate and ferric chloride as coagulants), flocculation, sedimentation and filtering of the conventional treatment for natural water and with 100 μg.L-1 of microcystin added. The application of the PAC was performed in two points of the treatment: (1) entrance of the raw water and; (2) before the application of the coagulant. The application in the entrance of the raw water made possible the removal of the toxin under MAV, corresponding to a reduction of, approximately, 99% of the initial concentration of the toxin. Nevertheless, in the point of application before the coagulant, the MAV was not achieved. According to these studies, it was concluded that the best manner of choosing the PAC for microcystin removal is the realization of specific tests like a Freundlich isotherm. For an efficient removal of the toxin, the conventional treatment is efficient, once the adsorption stage is incorporated to the treatment.

A contaminação do solo com resíduos tóxicos tornou-se um dos maiores problemas ambientais. Na maioria das vezes, as condições do local incluem a contaminação da água subterrânea. Neste contexto, os metais pesados têm sido motivo de preocupação, destacando-se o cromo hexavalente como poluente de elevada toxicidade e mobilidade. Quando um problema de contaminação no solo é identificado, ações de remediação devem ser aplicadas. Dentre as tecnologias existentes, uma das mais promissoras é o uso de barreiras reativas permeáveis. A barreira é construída com materiais reativos de forma a interceptar a pluma contaminada, atenuando a concentração do contaminante a níveis aceitáveis ou controláveis. É possível converter resíduos agrícolas em carvões ativados, material adsorvente resultante de processo pirolítico. Esses carvões podem apresentar desempenhos diferenciados em aplicações específicas. A presente tese tem como objetivo geral avaliar a aplicação de carvões ativados, oriundos da pirólise de casca de arroz, em barreiras reativas permeáveis. Os objetivos específicos consistem em estudar o desenvolvimento de carvões quimicamente ativados e investigar, por meio de ensaios de laboratório, sua aplicação na remoção de cromo hexavalente de meios aquosos e de meios porosos saturados. Para a preparação dos carvões ativados, foi desenvolvida uma unidade pirolítica rápida a vácuo com características escaláveis e com ênfase no controle e registro das variáveis do processo. Foram preparados carvões por ativação química com K2CO3 e KOH e determinadas suas características físico-químicas, texturais e análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura. Ensaios de batelada e um ensaio de coluna com soluções de cromo foram realizados para avaliação da atenuação do contaminante. Os carvões ativados apresentaram baixa densidade aparente, similares valores de pH e de condutividade elétrica e elevado conteúdo de cinzas quando comparados com carvões de outras biomassas. A ativação química com reagentes alcalinos, associada às condições pirolíticas, resultou em superfícies menos ácidas, característica favorável para adsorção de Cr(VI). Resultaram em adsorventes mesoporosos, característica necessária para a adsorção de íons de elevado peso molecular; exibiram baixas áreas superficiais e similaridade morfológica entre si com a predominância da estrutura de sílica. Embora os carvões tenham apresentado baixas áreas superficiais, a adsorção teve a predominância da influência do diâmetro médio dos poros, seguido da área de mesoporos e da carga superficial negativa, indicando o potencial de aplicação dos carvões na remoção de Cr(VI). O ensaio de coluna possibilitou demonstrar o emprego do carvão ativado de casca de arroz em barreiras reativas, indicando suas limitações em pHs próximo à neutralidade e candidatando-o a situações de tratamento em série ou seqüenciais. Os trabalhos realizados estabeleceram base segura para o desenvolvimento de equipamento adequado para a pirólise e domínio do processo de manufatura do carvão ativado. A análise conjunta dos resultados sugere que as condições do processo pirolítico a vácuo adotado, juntamente com a ativação química com baixas concentrações de reagente ativantes, configuram uma rota atrativa para a elaboração de material poroso a partir de casca de arroz, com potencial aplicação na remoção de Cr(VI) em barreiras reativas permeáveis. / Soil contamination with toxic waste has become one of the biggest environmental problems. Site conditions often include groundwater contamination. In this context, heavy metals have been a matter of concern with chromium hexavalent recognized as pollutant of high toxicity and mobility. When a problem of soil contamination is identified, remediation tasks must be applied. Amongst the new technologies, the use of permeable reactive barriers is one of the most promising. This barrier is constructed with reactive materials in order to intercept the contaminated plume, attenuating the contaminant concentration to acceptable or controllable levels. It is possible to convert agricultural waste into activated carbon, an adsorbent material resulting from the pyrolytic process. This carbon can perform differently face to environmental applications. The present thesis has as a major objective to evaluate the application of activated carbons, derived from rice husk pyrolysis, in permeable reactive barriers, with emphasis on the remediation of contaminated soil with heavy metals. The specific objectives consist of studying the development of activated carbon from chemical activation and also investigating, through laboratory tests, its application in chromium removal from watery and saturated porous media. With the purpose of preparing activated carbons, a fast pyrolytic unit of rice husk was developed, with characteristics that can be scaled up and with emphasis on the control and register of process variables. Chemical activated carbons using K2CO3 and KOH have been prepared in different activation conditions and determined their physico-chemical and textural parameters. The morphological analysis was performed by scanning electron microscopy. Batch tests and a column test with solutions of chromium were performed to evaluate the attenuation of the contaminant. The activated carbons showed a low apparent density, similar values of pH and electrical conductivity and high ash content compared to carbons from other biomass. The chemical activation with alkaline reagents, associated with pyrolytic conditions, resulted in less acidic surface, characteristic favorable for Cr(VI) adsorption. The adsorbent manufactured results in mesoporous carbons, a characteristic necessary for the adsorption of ions of high molecular weight, exhibited low surface areas and morphological similarities between them, with the predominance of the structure of silica. Despite the carbons have shown low surfaces areas, the adsorption showed the predominant influence of the average pore diameter, followed by the mesopores area and surface negative charge, indicating the potential application of these carbons in Cr(VI) removal. The column test has demonstrated the use of activated carbon from rice husk in reactive barriers, showing its limitations in pHs close to neutrality and pointing it to cases of serial or sequential processing. The work carried out established safe basis for the development of suitable equipment for the pyrolysis and for the domain of the manufacturing process of activated carbon. The analysis of the results suggests that the conditions of the adopted vacuum pyrolytic process, jointly with the chemical activation with low concentrations of activate reagent, constitute an attractive route for the preparation of porous material from rice husk, with potential application in removing Cr (VI) in permeable reactive barriers.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2013-04-23T13:14:32Z No. of bitstreams: 1 Raphael Holt.pdf: 5449117 bytes, checksum: 052b88f3a4242aebdef5fdf978a8b5ce (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-23T13:14:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Raphael Holt.pdf: 5449117 bytes, checksum: 052b88f3a4242aebdef5fdf978a8b5ce (MD5) Previous issue date: 2008 / A principal rota utilizada industrialmente para a produção de estireno é a desidrogenação catalítica do etilbenzeno, responsável por mais de 90% da produção mundial de estireno. O processo industrial é operado na faixa de temperatura de 550-700 oC, em excesso de vapor d’água aquecido, sobre catalisadores de óxido de ferro promovidos com potássio e cromo, que são tóxicos e possuem vida útil limitada a 2 anos. Neste contexto, existe a demanda por catalisadores que sejam ativos e seletivos nessa reação e que apresentem elevada vida útil, além de não serem tóxicos. Na busca de sistemas alternativos, neste trabalho foram desenvolvidos catalisadores de vanádio e magnésio suportados em carvão ativado obtido pela pirólise do copolímero estireno-divinilbenzeno, em atmosfera não oxidativa. Os catalisadores foram caracterizados pela medida da área superficial específica e de porosidade, difração de raios X, termogravimetria, análise térmica diferencial, espectrofotometria de absorção atômica, microscopia eletrônica de varredura acoplada ao sistema de quantificação por energia dispersiva. Os catalisadores foram avaliados na desidrogenação do etilbenzeno em ausência de vapor d’água, a 530 oC e 1 atm, para a produção de estireno. Verificou-se a presença de trióxido de vanádio e de aglomerados de vanádio e magnésio de diferentes tamanhos, nos sólidos. Os materiais apresentaram isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio do Tipo II ou IV, que são típicas de sólidos meso e macroporos com microporos associados, e uma histerese do Tipo H I, característica de materiais com poros cilíndricos. Estes sólidos apresentaram áreas superficiais específicas entre 378 e 611 m2/g. Os catalisadores com vanádio e magnésio apresentaram menor perda da área superficial específica que o carvão ativado, durante a desidrogenação do etilbenzeno. A adição de magnésio e vanádio provocou um aumento da atividade catalítica do carvão ativado e da seletividade ao estireno. Todos catalisadores foram mais ativos que uma amostra de catalisador comercial. O catalisador contendo 5 % de vanádio foi o mais promissor. Esta amostra conduziu, em ausência de vapor d’água, 35% de conversão do etilbenzeno, que é cerca de três vezes o valor obtido com uma amostra de catalisador comercial em presença de vapor d’água. Isto foi atribuído à ação catalítica do vanádio e à presença de grupos oxigenados na superfície do carvão que possuem atividade na desidrogenação do etilbenzeno. / Salvador

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-24T08:53:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262207.pdf: 2142909 bytes, checksum: c0a025d4196740fa3383604901542356 (MD5) / A contaminação das águas pela indústria petroquímica, que gera contaminantes de alta toxicidade, como os fenóis, desperta interesse em relação ao seu tratamento. O ozônio é uma alternativa para o tratamento de efluentes, mostrando-se eficaz na descontaminação ambiental, reduzindo a DQO e degradando os fenóis. A adsorção também tem se mostrado muito eficiente na remoção de fenóis da água; por isso, a combinação dos processos de ozonização e adsorção, de forma seqüencial e simultânea, pode aumentar ainda mais a eficiência de degradação-remoção do fenol, bem como diminuir custos de tratamento. Este trabalho objetivou investigar a eficiência de remoção de compostos fenólicos presentes em efluentes petroquímicos sintéticos, mediante ao uso de processos combinados de oxidação, utilizando ozônio como agente oxidante, e adsorção com carvão ativado. O sistema de ozonização foi constituído de um gerador de ozônio, uma coluna de transferência de ozônio com difusores porosos, um rotâmetro para gás e cilindro de gás oxigênio; um carvão ativado derivado de cascas de coco foi utilizado como adsorvente. Verificou-se que, em pHs ácidos, o ozônio apresenta maior estabilidade. No processo de ozonização, a degradação de fenol foi mais rápida em meio alcalino (pH=10), onde em 15 min de tratamento 99,7% do fenol foi consumido e a remoção de DQO foi de 87,8% em 30 min. O maior percentual de adsorção de fenol ocorre num período de 4 horas, sendo o modelo cinético de Pseudo 2ª ordem o que melhor se ajustou aos dados experimentais . Pela curva de Breakthrough o tempo de ruptura obtido foi de 19,55 horas, com q = 61,04 mg.g-1. No tratamento seqüencial pode-se concluir que a combinação que apresenta maior eficiência na degradação-remoção do fenol e DQO é para o efluente em pH 10, pré-tratado com ozônio durante 3 min, seguido do processo de adsorção por 3 horas. A combinação dos processos de ozonização e adsorção de forma simultânea mostrou-se muito eficiente, pois se observou que, para alcançar o limite permitido de concentração de fenol para descarte de efluentes, segundo resolução 397/08 do CONAMA, foram necessárias 17 horas. The water contamination by the petrochemical pollutants with high toxicity, such as phenols, is a subject of interest of several researchers. The ozone is an alternative for the effluents treatment, being effective in environmental decontamination, reducing the COD and degrading the phenols. The adsorption has also been very efficient in the removal of phenols from water; so the combination of ozonation and adsorption processes of simultaneous and sequential manner, may further increase the efficiency of phenol degradation-removal, and reduce costs of treatment. This study aimed to investigate the efficiency of removal of phenolic compounds in synthetic petrochemical effluent through oxidation processes using ozone as oxidizing agent and adsorption with activated carbon. The ozonation system consisted of an ozone generator, a column for ozone transfer with porous diffusers, a flowmeter for gas and oxygen gas cylinder; an activated carbon derived from coconut shells was used as adsorbent. It was found that at acidic pH, the ozone stability has increased. In the process of ozonation, the degradation of phenol was faster in alkaline (pH = 10), where in 15 minutes of treatment 99.7% of phenol was consumed and the removal of COD was of 87.8% in 30 min. The largest percentage of adsorption of phenol occurs in a time of 4 hours and the kinetic model that best fits the experimental data was the Pseudo 2nd order. The curve of Breakthrough pointed to a time of rupture of 19,55 hours with a q = 61,04 mg.g-1. In the sequential treatment it can be concluded that the combination shows great efficiency in degradation-removal of phenol and COD in an effluent pH 10 with pre-treated with ozone for 3 min, then followed for a process of adsorption for at least 3 hours. The combination of ozonation and adsorption processes at the same time was very efficient, since it was observed that to achieve the maximum permissible concentration of phenol for disposal of effluents, according to resolution 397/08 CONAMA, it was necessary 17 hours.