Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-17T14:32:29Z No. of bitstreams: 1 DANIEL SILVEIRA LIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2018.pdf: 2803681 bytes, checksum: 57ec3900710d6a6bdb50e2ac6a6a1f79 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-17T14:32:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DANIEL SILVEIRA LIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2018.pdf: 2803681 bytes, checksum: 57ec3900710d6a6bdb50e2ac6a6a1f79 (MD5) Previous issue date: 2018-04-25 / Capes / As indústrias têxteis são, em geral, grandes consumidoras de água, devido principalmente a seus processos de tingimento de tecidos, consequentemente, as indústrias têxteis se apresentam como grandes geradoras de efluentes. A esses efluentes, estão associadas grande número de produtos químicos, dentre estes produtos, podem-se destacar os corantes, que conferem à água cor indesejável, além de contribuir com o aumento da DBO e DQO do efluente. O índigo é um corante comumente utilizado nas indústrias têxteis, principalmente no tingimento de tecidos de jeans e brim. Dentre os processos de tratamento utilizados para realizar a separação do índigo da água, podem ser destacados os processos de separação por membrana, que são um processo físico de separação baseado na utilização de uma barreira semipermeável para separar os componentes. Um dos problemas mais comuns do processo de membranas é a formação de uma camada de polarização de concentração. Este trabalho teve o objetivo de estudar o processo de separação da água-índigo utilizando membranas. Para isto foi realizado um estudo de malha utilizando o método do Índice de convergência de malha, além de, definir um modelo fluidodinâmico baseado em uma abordagem de mistura multicomponente para estudar os fenômenos de transferência de massa. Além disso, foi utilizado o modelo das resistências-em-série para simular a formação da camada limite de polarização da concentração. As malhas foram geradas utilizando o software ICEM CFD 15.0, já as simulações foram feitas utilizando pacote computacional Ansys CFX 15.0, também foi desenvolvido código em VBA para determinação da espessura da camada limite de concentração. Tendo como base os resultados do ICM, foi escolhida uma malha com 87759 elementos para seguir o estudo fluidodinâmico da membrana. Já o estudo fluidodinâmico concluiu que as variáveis número de Reynolds e pressão influenciaram o comportamento da camada de polarização de concentração, já a variável concentração de soluto na alimentação não influenciou de forma significativa. / The textile industries are, in general, major water consumers, mainly due to their garment dyeing processes, consequently, the textile industries are presented as great effluent generators. These effluents are associated with a great quantity of chemical products, within these products, the dyes stand out, which confer to the water an undesirable color, besides contributing to the increase of BOD and COD of the effluent. The indigo dye is a commonly used dye in the textile industry, mainly for the coloring of jeans and denim garments. From the water treatment processes used to separate indigo from water, the membrane separation processes can be highlighted, these comprise physical separation process’ based on the use of a semipermeable barrier to separate the components. One of the major problems in the membrane separation processes is the formation of a concentration polarization layer. This work had the aim to study the indigo-water separation process using membranes. For so, a grid convergence study was realized, in addition to defining a fluid dynamical model based on a multicomponent mixture approach to study the mass transfer phenomena. Also, the resistance-in-series model was used to simulate the formation of the concentration polarization layer. The grids were generated using the software ICEM CFD 15.0, while the simulations were done using the computational package Ansys CFX 15.0, also, a VBA code was developed do determine the thickness of the concentration boundary layer. Results showed that, based on the Grid Convergence Index, a grid with 87759 elements was chosen to follow through with the study. While the fluid dynamics study concluded that the Reynolds number and outlet pressure variables influenced on the behavior of the concentration polarization layer, however, the inlet solute concentration variable did not influence in a significant manner.

Os efluentes contendo cádmio podem ser gerados dos por várias indústrias. A aplicação de ambas as tecnologias osmose inversa (OI) e nanofiltração (NF) para o tratamento de efluentes contendo o íon cádmio para reduzir a degradação ambiental foram estudadas no presente trabalho. Amostras sintéticas contendo o íon cádmio em várias concentrações foram preparadas e submetidas aos tratamentos por OI e NF em escala laboratorial. Assim, dividiu-se o processo de remoção em três etapas: 1- analisou-se os processos de osmose inversa e nanofiltração em termos da rejeição do íon cádmio, onde se correlacionou e avaliou os principais parâmetros de processos (concentração da solução alimentação, fluxo de permeado e pressão) e comparou-se os sistemas entre si. Nas etapas 2 e 3 avaliou-se os efeitos da salinidade utilizando os contra-íons zinco e sódio respectivamente, sobre a rejeição do íon cádmio no sistema de osmose inversa em soluções aquosas contendo misturas de sulfato de cádmio e sulfato de zinco, e sulfato de cádmio e sulfato de sódio. Mediu-se as concentrações de cádmio e zinco por espectroscopia de absorção atômica e as concentrações de sulfato e sódio por cromatografia de íons. Os resultados obtidos na primeira etapa dos experimentos mostram que a osmose inversa e nanofiltração são eficientes na remoção de cádmio, onde se obteve as taxas médias de rejeição de 92,4% e 96,6% respectivamente, sendo esses valores iguais em magnitude, tendo em vista os valores da incerteza padrão relativa associada a esses resultados. Em ambos os sitemas, os fluxos de permeado e as rejeições não sofreram influência do aumento da concentração de cádmio na solução alimentação.Na etapa 2, os resultados mostraram a diminuição da rejeição de cádmio com o aumento da concentração de sulfato de zinco na alimentação, sendo esse fenômeno atribuído a semelhança existente entre os íons Cd2+ e Zn2+ associados aos seus raios iônicos de hidratação e as energias de hidratação. Foram observadas as quedas do fluxo de permeado e das rejeições com o aumento da concentração de alimentação provavelmente devido ao efeito da polarização. Na etapa 3, a rejeição do íon cádmio não foi afetada pelo aumento da concentração de sulfato de sódio na alimentação, assim como os fluxos de permeado. Outro aspecto relacionado à rejeição é que a difusão do sódio através da membrana é favorecida frente à difusão do cádmio, sendo atribuído ao menor raio de hidratação do sódio / Effluents containing cadmium may be produced by a variety of industries. The application of the reverse osmosis and nanofiltration technologies for the treatment of effluents containing cadmium, in order to reduce environmental degradation, were studied in the present work. Synthetic samples containing the cadmium ion in different concentrations were prepared and treated by reverse osmosis and nanofiltration. The removal process was divided in three steps: 1- the reverse osmosis and nanofiltration processes were analyzed concerning the rejection of the cadmium ion, correlating and evaluating the main process parameters (feeding solution concentration, permeated flow and pressure), and comparing the systems between themselves. In steps 2 and 3, the effects of salinity in the elimination of the cadmium ion in aqueous solutions, containing a combination of cadmium sulfate and zinc sulfate, or a combination of cadmium sulfate and sodium sulfate, were assessed by the use of zinc and sodium counterions. The concentrations of cadmium and zinc were measured by atomic absorption spectroscopy, and the concentrations of sulfate and sodium were measured by ion chromatography. The results obtained in the first step of the experiments show that the reverse osmosis and the nanofiltration processes are efficient in removing cadmium, with an average rejection rate of 92,4% and 96,6%, respectively. Considering the standard relative incertitude associated to the results, the values obtained are considered of the same magnitude. In both systems, the permeated flow and the rejects were not influenced by a rise in cadmium concentration in the feeding solution. In step 2, the results showed a decrease in cadmium rejection related with a rise in the zinc sulfate concentration in the feeding solution. This phenomenon is due to the similarity between the Cd2+ and Zn2+ ions, associated to their hydration ionic radius and to their hydration energies. A decrease in the permeated flow and of the rejects related to a rise in the feeding concentration was observed and was probably due to the polarization effect. In step 3, the cadmium ion rejection was not affected by a sodium sulphate concentration rise in the feeding, as well as in the permeated flow. Another aspect related to the rejection is that, due to its smaller hydration radius, sodium has a better diffusion rate through the membrane than cadmium

Os efluentes contendo cádmio podem ser gerados dos por várias indústrias. A aplicação de ambas as tecnologias osmose inversa (OI) e nanofiltração (NF) para o tratamento de efluentes contendo o íon cádmio para reduzir a degradação ambiental foram estudadas no presente trabalho. Amostras sintéticas contendo o íon cádmio em várias concentrações foram preparadas e submetidas aos tratamentos por OI e NF em escala laboratorial. Assim, dividiu-se o processo de remoção em três etapas: 1- analisou-se os processos de osmose inversa e nanofiltração em termos da rejeição do íon cádmio, onde se correlacionou e avaliou os principais parâmetros de processos (concentração da solução alimentação, fluxo de permeado e pressão) e comparou-se os sistemas entre si. Nas etapas 2 e 3 avaliou-se os efeitos da salinidade utilizando os contra-íons zinco e sódio respectivamente, sobre a rejeição do íon cádmio no sistema de osmose inversa em soluções aquosas contendo misturas de sulfato de cádmio e sulfato de zinco, e sulfato de cádmio e sulfato de sódio. Mediu-se as concentrações de cádmio e zinco por espectroscopia de absorção atômica e as concentrações de sulfato e sódio por cromatografia de íons. Os resultados obtidos na primeira etapa dos experimentos mostram que a osmose inversa e nanofiltração são eficientes na remoção de cádmio, onde se obteve as taxas médias de rejeição de 92,4% e 96,6% respectivamente, sendo esses valores iguais em magnitude, tendo em vista os valores da incerteza padrão relativa associada a esses resultados. Em ambos os sitemas, os fluxos de permeado e as rejeições não sofreram influência do aumento da concentração de cádmio na solução alimentação.Na etapa 2, os resultados mostraram a diminuição da rejeição de cádmio com o aumento da concentração de sulfato de zinco na alimentação, sendo esse fenômeno atribuído a semelhança existente entre os íons Cd2+ e Zn2+ associados aos seus raios iônicos de hidratação e as energias de hidratação. Foram observadas as quedas do fluxo de permeado e das rejeições com o aumento da concentração de alimentação provavelmente devido ao efeito da polarização. Na etapa 3, a rejeição do íon cádmio não foi afetada pelo aumento da concentração de sulfato de sódio na alimentação, assim como os fluxos de permeado. Outro aspecto relacionado à rejeição é que a difusão do sódio através da membrana é favorecida frente à difusão do cádmio, sendo atribuído ao menor raio de hidratação do sódio / Effluents containing cadmium may be produced by a variety of industries. The application of the reverse osmosis and nanofiltration technologies for the treatment of effluents containing cadmium, in order to reduce environmental degradation, were studied in the present work. Synthetic samples containing the cadmium ion in different concentrations were prepared and treated by reverse osmosis and nanofiltration. The removal process was divided in three steps: 1- the reverse osmosis and nanofiltration processes were analyzed concerning the rejection of the cadmium ion, correlating and evaluating the main process parameters (feeding solution concentration, permeated flow and pressure), and comparing the systems between themselves. In steps 2 and 3, the effects of salinity in the elimination of the cadmium ion in aqueous solutions, containing a combination of cadmium sulfate and zinc sulfate, or a combination of cadmium sulfate and sodium sulfate, were assessed by the use of zinc and sodium counterions. The concentrations of cadmium and zinc were measured by atomic absorption spectroscopy, and the concentrations of sulfate and sodium were measured by ion chromatography. The results obtained in the first step of the experiments show that the reverse osmosis and the nanofiltration processes are efficient in removing cadmium, with an average rejection rate of 92,4% and 96,6%, respectively. Considering the standard relative incertitude associated to the results, the values obtained are considered of the same magnitude. In both systems, the permeated flow and the rejects were not influenced by a rise in cadmium concentration in the feeding solution. In step 2, the results showed a decrease in cadmium rejection related with a rise in the zinc sulfate concentration in the feeding solution. This phenomenon is due to the similarity between the Cd2+ and Zn2+ ions, associated to their hydration ionic radius and to their hydration energies. A decrease in the permeated flow and of the rejects related to a rise in the feeding concentration was observed and was probably due to the polarization effect. In step 3, the cadmium ion rejection was not affected by a sodium sulphate concentration rise in the feeding, as well as in the permeated flow. Another aspect related to the rejection is that, due to its smaller hydration radius, sodium has a better diffusion rate through the membrane than cadmium

Submitted by Gustavo Nascimento (gustavo.diniz@ufcg.edu.br) on 2018-02-07T12:18:32Z No. of bitstreams: 1 RAISSA MENEZES DE SOUSA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016.pdf: 3574277 bytes, checksum: fc3f9b72fefbf347de741a28f9bed6b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-07T12:18:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RAISSA MENEZES DE SOUSA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016.pdf: 3574277 bytes, checksum: fc3f9b72fefbf347de741a28f9bed6b6 (MD5) Previous issue date: 2016 / Capes / Diversas tecnologias tem sido utilizadas para tratamento da água produzida (mistura água/óleo). Os processos de separação por membranas (PSM) apresentam vantagens sobre outros métodos tradicionais de separação, contudo alguns problemas operacionais atrelados aos PSM, como polarização por concentração, fouling e formação da camada gel, causam o decréscimo do fluxo permeado com o tempo. Sob condições onde os efeitos da polarização por concentração são mínimas, o escoamento será afetado pela pressão transmembrana. Assim, foi realizado um estudo da fluidodinâmica de uma mistura água/óleo utilizando membrana cerâmica, com auxílio do software ANSYS CFX® Release 15.0. Foi desenvolvido um modelo matemático com um fluido incompressível escoando em regime turbulento. As equações de momento linear, conservação e transporte de massa foram resolvidas com o auxílio de uma malha estruturada. Os resultados da simulação apresentaram os seguintes resultados: a modelagem matemática previu numericamente o processo de filtração tangencial via membrana cerâmica no tratamento de água produzida; observou-se que em vazões muito baixas há uma maior concentração de óleo próximo a membrana enquanto em vazões elevadas, o óleo fica disperso na mistura, onde há a quebra da camada limite; os efeitos viscosos não apresentam diferenças significativas nos perfis de concentração e velocidade. / Several technologies have been used to treat the water produced (water / oil mixture). Membrane separation processes (PSM) have advantages over other traditional methods of separation, however, some operational problems related to PSM, such as polarization by concentration, fouling and formation of the gel layer, cause a decrease in permeate flow over time. Under conditions where the effects of concentration polarization are minimal, the flow will be affected by transmembrane pressure. Thus, a study of the fluid dynamics of a water / oil mixture using ceramic membrane was carried out with the help of ANSYS CFX® Release 15.0 software. A mathematical model was developed with an incompressible fluid flowing in a turbulent regime. The equations of linear momentum, conservation and mass transport were solved with the aid of a structured mesh. The results of the simulation presented the following results: mathematical modeling numerically predicted the process of tangential filtration via the ceramic membrane in the treatment of produced water; it was observed that in very low flows there is a higher concentration of oil near the membrane while at high flow rates the oil is dispersed in the mixture, where the boundary layer is broken; the viscous effects do not present significant differences in the concentration and velocity profiles.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-24T16:20:01Z No. of bitstreams: 1 ACTO DE LIMA CUNHA - TESE PPGEP 2014..pdf: 13133358 bytes, checksum: 662ccf308cc930cbcbc2dd5fe13cc5d6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T16:20:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ACTO DE LIMA CUNHA - TESE PPGEP 2014..pdf: 13133358 bytes, checksum: 662ccf308cc930cbcbc2dd5fe13cc5d6 (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / Um dos principais problemas associados aos processos de separação por membranas é a queda de fluxo de permeado, o que limita a aplicação do processo nos setores alimentícios, farmacêuticos, biotecnológicos, tratamento de águas industriais e abastecimento, devido ao aumento da concentração de componentes na membrana, denominado polarização por concentração. Uma quantificação da polarização por concentração em função das condições do processo e a quantidade de água de alimentação do sistema é necessário para estimar o desempenho do sistema de forma satisfatória. A busca por novas alternativas visando manter o fluxo de permeado constante foi à principal motivação deste trabalho, sendo avaliada a forma geométrica do módulo de separação, a distribuição das membranas no interior do módulo e parâmetros operacionais como a vazão de alimentação, viscosidade dinâmica da mistura e permeabilidade do meio poroso. Neste sentido, o estudo numérico do processo de separação água/óleo via membranas porosas foi realizado com auxílio do software comercial ANSYS CFX® Release 12.0. Um modelo matemático em regime permanente, aplicado a um fluido incompressível, escoando em regime laminar e/ou turbulento no interior de módulos de filtração foi proposto. Os resultados numéricos mostraram que o modelo matemático utilizado foi capaz de prevê a formação e crescimento da camada limite de concentração (polarização por concentração) ao longo do comprimento das membranas cerâmicas tubulares. A formação da polarização por concentração mostrou-se influenciada pelo comportamento hidrodinâmico do escoamento, forma geométrica do módulo de separação e propriedades da mistura e do meio poroso, como a viscosidade e permeabilidade, respectivamente. O modelo verificou em regime de escoamento turbulento um favorecimento da transferência de massa e uma dispersão da camada limite de concentração. / One of the main problems associated with membrane separation process is the permeate flux decline, which limits the application of the process in the food sector, pharmaceuticals, biotechnology, industrial water treatment and supply due to the increase in the concentration of components in the membrane thus calling for a polarization concentration. A quantification of the concentration polarization as a function of the process conditions and the amount of feed water system is required to estimate the performance of the system satisfactorily. The search for new alternatives to maintain of constant permeate flow was the main motivation of this work will be evaluated the geometric shape of the separation module, the distribution of membranes inside the module and operating parameters such as feed flow rate, viscosity dynamic mixing and permeability of the porous medium. In this sense, the numerical study of the process of separating oil/water through porous membranes was performed with the aid of the commercial software ANSYS CFX® Release 12.0. A mathematical model in steady state, applied to an incompressible fluid flowing in laminar and/or turbulent inside filtration modules scheme is proposed. Numerical results show that the mathematical model used was capable of providing for the formation and growth of the boundary layer concentration (concentration polarization) along the length of tubular ceramic membranes. The formation of concentration polarization was influenced by the hydrodynamic behavior of flow, geometry of the separation and mixing and porous properties, such as viscosity and permeability, respectively module. The model found in turbulent flow regime of a favoring mass transfer and dispersion of the boundary layer concentration.