<p>The main goal of the thesis was to prevent the generation of waste, by<br />using the spent coffee grounds (SCG) and date stones (DSAC) for<br />production of activated carbon adsorbent for water treatment. The<br />substances for water removal were selected from those presenting<br />potential risk to aquatic environment according to the NORMAN list of<br />emerging substances and belong to the group of pesticides:<br />carbendazim, linuron and isoproturon. SCG and DSAC adsorbents, as<br />an eco-friendly and low-cost materials, showed high potential for the<br />removal of selected emerging pesticides.</p> / <p>Основни циљ тезе био је смaњeњe стварања отпада коришћењем oтпaдa oд кaфe (SCG) и кoштицa урмe (DSАC) за производњу активног угљa кao адсорбенса за пречишћавање воде. Изaбрaнe супстанце за испитивaњ прoцeсa уклањањa из воде представљају потенцијални ризик за воднe eкo систeмe према NОRМАN листи eмeргeнтних супстaнци и припадају групи пестицида: карбендазим, линурон и изопротурон. SCG и DSАC адсорбенти су, као еколошки прихватљиви материјали нискe цeнe, показали висок потенцијал уклањања одабраних пестицида из aквaтичнoг систeмa.</p> / <p>Osnovni cilj teze bio je smanjenje stvaranja otpada korišćenjem otpada od kafe (SCG) i koštica urme (DSAC) za proizvodnju aktivnog uglja kao adsorbensa za prečišćavanje vode. Izabrane supstance za ispitivanj procesa uklanjanja iz vode predstavljaju potencijalni rizik za vodne eko sisteme prema NORMAN listi emergentnih supstanci i pripadaju grupi pesticida: karbendazim, linuron i izoproturon. SCG i DSAC adsorbenti su, kao ekološki prihvatljivi materijali niske cene, pokazali visok potencijal uklanjanja odabranih pesticida iz akvatičnog sistema.</p>

This diploma thesis deals with the efficiency and factors affecting the adsorption of AOM (Algal Organic Matter) amino acids (AAs) arginine (Arg), phenylalanine (Phe) and aspartic acid (Asp) onto granular activated carbon (GAC) Picabiol 12x40 (PIC). The efficiency of AOM AAs removal was studied in laboratory equilibrium and kinetic experiments and it was shown that the adsorption efficiency of the selected AAs is dependent on the structure of the molecule of AAs and the nature of the functional groups of their side chain, and more particularly to solution pH, which determines the nature and size and surface charge of AAs and GAC. In contrast to this, the ionic strength (IS) of solution had relatively low effect on the AAs adsorption. Arg adsorption efficiency increased with increasing pH and reached a maximum at pH 9, where AAs and GAC were oppositely charged, and this leads to attractive electrostatic interactions. In the case of Asp adsorption on PIC practically did not work. The reason is that under all experimental conditions Asp molecules and the surface of the PIC carried identical negative charge. This led to the strong electrostatic repulsion between Asp and PIC which prevented effective adsorption. In the case of Phe the adsorption decreases with increasing pH. Maximum adsorption...

Considerando o aumento da ocorrência de florações de cianobactérias e a possibilidade de formação de subprodutos em diversos mananciais destinados ao consumo humano, este trabalho teve como objetivo, avaliar a remoção de células e subprodutos de Microcystis spp. pelos processos de dupla filtração com filtração ascendente em pedregulho e de filtração descendente em areia, oxidação e adsorção com carvões ativados pulverizado e granular. Na fase 1 foram realizados ensaios de bancada para estabelecimento das condições operacionais dos ensaios a serem realizados em instalação piloto, utilizando-se água de estudo preparada com adição de cultura de cepa tóxica de Microcystis spp. e ou extrato de microcistinas. Em seguida, foram realizados ensaios em instalação piloto de escoamento contínuo para águas de estudo preparadas com adição de cultura de cepa tóxica de Microcystis spp. e de extrato de microcistinas – fase 2 e de material coletado no reservatório de Barra Bonita – SP - fase 3. A concepção de dupla filtração utilizada mostrou ser bastante eficiente na remoção de células de Microcystis spp. e, consequentemente, de microcistinas intracelulares, porém, a remoção ou degradação de microcistinas extracelulares só foi significativa com o emprego de processos complementares de oxidação e ou adsorção. Para as águas de estudo empregadas, não houve formação expressiva de subprodutos organohalogenados nos efluentes dos processos de tratamento, após serem submetidas à cloração e tempo de contato de 1 dia. Adicionalmente, foram realizados estudos prospectivos no sentido de avaliar a toxicidade de extrato, águas de estudo e efluentes dos processos de tratamento por meio de bioensaios com cladóceros e camundongos, além de biomonitoramento com a espécie de peixe Danio rerio. / Considering the increase in the frequency of cyanobacterial blooms and the possibility of by-product formation in water supply sources for human consumption, this work was carried out in order to evaluate the removal of cells and by-products of Microcystis spp. using the processes of double filtration (gravel upflow filtration of coagulated water followed by rapid sand downflow filtration), oxidation and adsorption in powdered and granular activated carbons. Bench scale assays were performed in phase 1 to determine the operational conditions of the tests to be performed in a continuous flow pilot plant, using a study water prepared with filtered water in the water treatment plant 2 of Sao Carlos and culture of a toxic strain of Microcystis spp. and/or microcystins extract. Based on the conditions stated in phase 1, phase 2 was carried out by performing tests in the pilot plant for study waters prepared with culture of toxic strain of Microcystis spp. and phase 3 of microcystins extract from material collect in the de Barra Bonita – SP reservoir. The double filtration system used resulted very efficient concerning the removal of cells of Microcystis spp., but, on the other hand, the removal or degradation of extracellular microcystins was significant with the use of complementary processes such as oxidation and or activated carbon adsorption. With regards to the waters studied, there wasn’t significant formation of by-products due to the oxidation of the effluent of each combination of processes, when submitted to chlorination with detention time of 1 day. Additionally, it was observed the toxicity effect by bioassays with crustaceans and mices, besides Danio rerio fish screening.

Considerando o aumento da ocorrência de florações de cianobactérias e a possibilidade de formação de subprodutos em diversos mananciais destinados ao consumo humano, este trabalho teve como objetivo, avaliar a remoção de células e subprodutos de Microcystis spp. pelos processos de dupla filtração com filtração ascendente em pedregulho e de filtração descendente em areia, oxidação e adsorção com carvões ativados pulverizado e granular. Na fase 1 foram realizados ensaios de bancada para estabelecimento das condições operacionais dos ensaios a serem realizados em instalação piloto, utilizando-se água de estudo preparada com adição de cultura de cepa tóxica de Microcystis spp. e ou extrato de microcistinas. Em seguida, foram realizados ensaios em instalação piloto de escoamento contínuo para águas de estudo preparadas com adição de cultura de cepa tóxica de Microcystis spp. e de extrato de microcistinas – fase 2 e de material coletado no reservatório de Barra Bonita – SP - fase 3. A concepção de dupla filtração utilizada mostrou ser bastante eficiente na remoção de células de Microcystis spp. e, consequentemente, de microcistinas intracelulares, porém, a remoção ou degradação de microcistinas extracelulares só foi significativa com o emprego de processos complementares de oxidação e ou adsorção. Para as águas de estudo empregadas, não houve formação expressiva de subprodutos organohalogenados nos efluentes dos processos de tratamento, após serem submetidas à cloração e tempo de contato de 1 dia. Adicionalmente, foram realizados estudos prospectivos no sentido de avaliar a toxicidade de extrato, águas de estudo e efluentes dos processos de tratamento por meio de bioensaios com cladóceros e camundongos, além de biomonitoramento com a espécie de peixe Danio rerio. / Considering the increase in the frequency of cyanobacterial blooms and the possibility of by-product formation in water supply sources for human consumption, this work was carried out in order to evaluate the removal of cells and by-products of Microcystis spp. using the processes of double filtration (gravel upflow filtration of coagulated water followed by rapid sand downflow filtration), oxidation and adsorption in powdered and granular activated carbons. Bench scale assays were performed in phase 1 to determine the operational conditions of the tests to be performed in a continuous flow pilot plant, using a study water prepared with filtered water in the water treatment plant 2 of Sao Carlos and culture of a toxic strain of Microcystis spp. and/or microcystins extract. Based on the conditions stated in phase 1, phase 2 was carried out by performing tests in the pilot plant for study waters prepared with culture of toxic strain of Microcystis spp. and phase 3 of microcystins extract from material collect in the de Barra Bonita – SP reservoir. The double filtration system used resulted very efficient concerning the removal of cells of Microcystis spp., but, on the other hand, the removal or degradation of extracellular microcystins was significant with the use of complementary processes such as oxidation and or activated carbon adsorption. With regards to the waters studied, there wasn’t significant formation of by-products due to the oxidation of the effluent of each combination of processes, when submitted to chlorination with detention time of 1 day. Additionally, it was observed the toxicity effect by bioassays with crustaceans and mices, besides Danio rerio fish screening.

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The chemical characterization (Boehm method, pHPZC, IRTF, elemental analysis) and physical (volume of micropores and mesopores, mean micropore width by the Dubini-Radushkevich method were used as a predecessor to the kinetic adsorption study, Surface area and microporous specific volume by the alpha method, microporous and total surface, BET surface area by BET method, cumulative mesopore distribution and pore volume, cumulative area and surface area and pore size by BJH method) of AC. The factorial design with eleven tests and three independent variables (AC mass, temperature and pH) was applied, resulting in response surfaces for adsorption capacity, DEP elimination rate and equilibrium time without significant difference between the studied variables. Mathematical modeling of adsorption kinetics using the pseudo-first, pseudo-second order and intraparticle models was performed and the pseudo-second order model was fitted to the experimental kinetic adsorption data. It was followed by the study of the adsorption isotherms for the lower, intermediate and longer equilibrium experimental conditions. It was performed the mathematical modeling of the adsorption isotherms using the Langmuir and Freundlinch models, and adjusted to the Freundlinch model to the experimental data of the adsorption isotherms with higher determination coefficients (R2), confirming the predominant chemorandomization adsorption phenomenon. The treatment of AOP UV-C/H2O2 was then applied alone. The factorial design with eleven tests and three independent variables (H2O2 concentration, temperature and pH) was applied, resulting in surfaces of responses to DEP elimination rate with significant difference between the variables studied for pH, positive effect of H2O2 concentration (p < 0.5). The mathematical modeling of the kinetics of AOP using the first order models was carried out, and the kinetic experimental data of the photodegradation with high coefficients of determination (R2> 0.9) were fitted to the model. The degradation kinetics of DEP by AOP coupling and AC, UV-C/H2O2/AC were followed. The factorial design with eleven tests and three independent variables (H2O2 concentration, temperature and pH) and with 0.4 g of AC, resulting in surfaces of responses to elimination rate of DEP with significant difference between the variables studied for pH, positive effect of H2O2 concentration (p <0.5). The mass of AC was determined in 0.4 g for all eleven tests, because it was the mass applied at the highest rates of elimination of DEP by kinetics of Adsorption, which was confirmed by repeatability at the central points of the factorial design (C9, C10 and C11). The catalytic activity of the carbons for the Adsorption process in the presence of tertbutanol was high, however, after the determination of the kinetic parameters, the contribution was higher for photooxidation of DEP by the action of the AOP (homogeneous system). / O objetivo desse trabalho foi comparar a eficiência de tratamentos convencionais como a adsorção com carvão ativado (CA) e o processo oxidativo avançado (POA), UV-C/H2O2, para degradação de dietil ftlato (DEP) e a acoplagem UV-C/H2O2/CA em efluente de laboratório, água ultrapura e água de torneira dopados com DEP e efluente de laboratório com multicomponentes (DEP e fenol). De modo predecessor ao estudo cinético da adsorção, aplicado isoladamente, realizou-se a caracterização química (método de Boehm, pHPZC, IRTF, análise elementar) e física (volume de microporos e mesoporos, largura média de microporos pelo método de Dubini-Radushkevich, superfície exterior e volume específico microporoso pelo método alfa, superfície microporosa e total, área de superfície de BET pelo método de BET, distribuição dos mesoporos cumulativo e volume do poro, área cumulativa e área superficial e tamanho do poro pelo método BJH) do CA. O delineamento fatorial com onze ensaios e três variáveis independentes (massa de CA, temperatura e pH) foi aplicado, resultando em superfícies de respostas para capacidade de adsorção, taxa de eliminação de DEP e tempo de equilibrio sem diferença significativa entre as variáveis estudadas. Foi realizada a modelagem matemática das cinéticas de adsorção utilizando os modelos de pseudo-primeira, pseudosegunda ordem e intrapartícula, e ajustou-se ao modelo de pseudo-segunda ordem aos dados experimentais cinéticos de adsorção. Seguiu-se com o estudo das isotermas de adsorção paras as condições experimentais de menor, intermediário e de maior tempo de equilíbrio. Foi realizada a modelagem matemática das isotermas de adsorção utilizando os modelos de Langmuir e Freundlinch, e ajustou-se ao modelo de Freundlinch aos dados experimentais das isotermas de adsorção com maior coeficientes de determinação (R2), confirmando o fenômeno de adsorção predominante quimiosorção. Seguiu-se a aplicação do tratamento de POA UVC/ H2O2, isoladamente. O delineamento fatorial com onze ensaios e três variáveis independentes (concentração de H2O2, temperatura e pH) foi aplicado, resultando em superfícies de respostas para taxa de eliminação de DEP com diferença significativa entre as variáveis estudadas para o pH, e efeito positivo da concentração de H2O2 (p<0,5). Foi realizada a modelagem matemática das cinéticas de POA utilizando os modelos de primeira ordem, e ajustaram-se ao modelo os dados experimentais cinéticos da fotodegradação com elevados coeficientes de determinação (R2>0,9). Seguiu-se para o estudo das cinética de degradação de DEP pela acoplagem POA e CA, UV-C/H2O2/CA. O delineamento fatorial com onze ensaios e três variáveis independentes (concentração de H2O2, temperatura e pH) e com 0,4 g de CA, resultando em superfícies de respostas para taxa de eliminação de DEP com diferença significativa entre as variáveis estudadas para o pH, efeito positivo da concentração de H2O2 (p<0,5). A massa de CA foi determinada em 0,4 g para todos os onze ensaios, porque foi a massa aplicada nas maiores taxas de eliminação de DEP pelas cinéticas de adsorção, que se confirmou, pela repetitibilidade, nos pontos centrais do delineamento fatorial (C9, C10 e C11). A atividade catalítica dos carvões para o processo de adsorção em presença de tércio butanol foi elevada, contudo a contribuição, após a determinação das constantes cinéticas, revelou-se maior para foto-oxidaçao de DEP pela ação do POA (sistema homogêneo).