Tese de Doutoramento. Ciências de Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

Estágio realizado no IDIT - Instituto de Desenvolvimento e Inovação Tecnológica e orientado pelo Eng.º Hélder Durão / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005

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Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Química, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Joaquim Luís Bernardes Martins de Faria

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-04-02T18:51:54Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1732183 bytes, checksum: 120110f031230a816000d2afca741023 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-02T18:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1732183 bytes, checksum: 120110f031230a816000d2afca741023 (MD5) Previous issue date: 2017-08-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / É frequente a utilização de agrotóxicos na agricultura para controlar as pragas e manter a qualidade dos produtos. Entretanto, o uso abusivo destes compostos pode trazer problemas para a população e o meio ambiente. Por consequência, técnicas baseadas na geração de radicais hidroxila ( • OH) (Processos Oxidativos Avançados - POA’s), pelo sistema Al(vz)/H + /ar, vêm sendo investigada nos últimos anos com o objetivo de degradar compostos orgânicos responsáveis pela contaminação da água. Diante disso, neste trabalho, buscou-se avaliar a capacidade de uma placa de alumínio (Al(vz)) para a degradação de agrotóxicos em água. O estudo dos parâmetros que influenciam no mecanismo de degradação foi realizado utilizando-se como composto modelo o agrotóxico parationa metílica. Foram avaliados os efeitos dos seguintes parâmetros: tempo de ativação da placa de Al(vz) por lavagem ácida, pH e temperatura, oxigenação/desoxigenação da solução, adição de H 2 O 2 e de catalisadores Fe 2+ e Fe 3+ no sistema reacional. Os resultados obtidos mostraram que em valores baixos de pH (pH 1,5), 97% da parationa metílica foi degradada após 3 horas de reação. Já em meio fortemente alcalino (pH 12,0), com apenas 60 min de reação, 100% de degradação foi alcançada a 25 oC. A temperatura da solução também influenciou diretamente na cinética de degradação da parationa metílica, uma vez que temperaturas elevadas (55 oC) necessitaram de menores tempos para a completa degradação da parationa metílica. A oxigenação/desoxigenação da solução não teve influência na degradação do agrotóxico, uma vez que as constantes cinéticas de degradação foram próximas em todos os sistemas estudados. Entretanto, a adição do agente oxidante H 2 O 2 no meio reacional nas concentrações de 10 e 20 mmol/L influenciaram de forma negativa a cinética de degradação, indicando que possivelmente não houve a formação de radicais • OH in situ. Já a adição de Fe 2+ e Fe 3+ nas concentrações de 100 μmol/L catalisaram a degradação da parationa metílica, sendo o Fe 2+ mais eficiente do que o Fe 3+ (constante de velocidade k= 0,0377 e 0,0275 min -1 , respectivamente). As cinéticas de degradação foram estudadas seguindo o modelo de pseudo 1a ordem. O processo de degradação otimizado foi aplicado para outros agrotóxicos de diferentes classes (atrazina, parationa metílica, flutriafol e azoxistrobina). Todos os agrotóxicos tiveram porcentagens de degradação entre 88% e 100% após 300 min de reação. Durante os ensaios de degradação, observou-se que a placa de Al(vz) sofria o processo de corrosão em meio ácido e básico. As concentrações encontradas de Al 3+ em pH 1,5 e 12 foram de aproximadamente 10 mg/L e 1,6 g/L, respectivamente. Portanto, diante do exposto, o sistema Al(vz)/H + /ar mostrou-se prático e eficiente para a degradação de agrotóxicos em água. / Agrochemicals are often used in agriculture to control pests and to maintain the products qualities. However, abuse of these compounds can cause problems for the population and environment. Therefore, techniques based on generation of hydroxyl radicals ( • OH) (Advanced Oxidative Processes - AOPs) by Al(zv)/ H + / air system have been investigated in recent years objectifying degrading organic compounds, which are responsible for water contamination. The aim of this work was to evaluate the capacity of an aluminum plate (Al(zv)) for the pesticides degradation in water. The study of the parameters that influence the mechanism of degradation was carried out using the agrochemical methyl parathion as model. The following parameters effects was evaluated: Al(zv) plate activation time by acid washing, pH and temperature, oxygenation/deoxygenation of the solution, addition of H 2 O 2 , Fe 2+ and Fe 3+ catalysts in the reaction system. The results showed that at low pH values (pH 1.5), 97% of the methyl parathion was degraded after 3 hours of reaction. At strongly alkaline medium (pH 12.0), with only 60 min of reaction, 100% of degradation was reached at 25 °C. The temperature of the solution also directly influenced the degradation kinetics of methyl parathion, since high temperatures (55 °C) required shorter times for the complete degradation of the agrochemical. The oxygenation/deoxygenation of the solution had no influence on the degradation of the pesticide, since the degradation kinetics constants were close in all systems studied. However, the addition of the H 2 O 2 oxidizing agent in the reaction medium at concentrations of 10 and 20 mmol/L had a negative influence on degradation kinetics, indicating that maybe no • OH in situ was generated. On the other hand, 100 μmol/L Fe 2+ and Fe 3+ catalyzed the degradation of methyl parathion, with Fe 2+ being more efficient than Fe 3+ (constant velocity k = 0.0377 and 0.0275 min -1 , respectively). The kinetics of degradation were studied following the pseudo first order model. The optimized degradation process was applied to other agrochemicals of different classes (atrazine, methyl parathion, flutriafol and azoxystrobin). All agrochemicals had percentages of degradation between 88% and 100% after 300 min of reaction. During the degradation tests, the Al(zv) plate was observed to undergo acid and basic corrosion. The concentrations found of Al 3+ at pH 1.5 and 12 were approximately 10 mg/L and 1.6 g/L, respectively. Therefore, in view of the above, the Al (zv)/H + /air system proved to be practical and efficient for the degradation of pesticides in water.

SOUZA, N. C. de. Avaliação de micropoluentes emergentes em esgotos e águas superficiais. 2011. 166 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil - Saneamento Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-02-28T19:43:37Z No. of bitstreams: 1 2011_tese_ncsouza.pdf: 3004356 bytes, checksum: 1fb2dc46b73bd3f09a8920c22635e2a8 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-02-28T19:44:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_tese_ncsouza.pdf: 3004356 bytes, checksum: 1fb2dc46b73bd3f09a8920c22635e2a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-02-28T19:44:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_tese_ncsouza.pdf: 3004356 bytes, checksum: 1fb2dc46b73bd3f09a8920c22635e2a8 (MD5) Previous issue date: 2011-11 / In Brazil, studies evaluating emerging micropollutants in environmental matrices such as sewage and hospital wastewater, as well as surface waters, are still quite incipient as well as the removal of these compounds in low cost Wastewater Treatment Plants (WWTPs) such as stabilization ponds, as well as in activated sludge systems or anaerobic/aerobic compact systems. This work aimed to investigate the presence of micropollutants in environmental matrices such as sewage and hospital wastewaters, and in surface waters. Additionally, this study evaluated the removal of these compounds in low-cost WWTPs and studied the advanced oxidation process (AOP) – UV/H2O2 – as a post-treatment option. The main emerging micropollutants studied were: 2,4,6-trichlorophenol, pentachlorophenol, caffeine (CAF), dipyrone (DIP), sodium diclofenac (DCF), bis (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP), estrone (E1), 17β-estradiol (E2), estradiol acetate (EA2), 17α-ethinyl estradiol (EE2) and cholesterol (CHO). The samples were collected from WWTPs located in Fortaleza and its metropolitan region. The receiving surface waters investigated were: Maranguapinho River and Paupina Creek. For the pre-concentration studies of micropollutants, solid phase extraction (SPE) with C-18 cartridges was used, as well as the liquid-liquid extraction (LLE) method. The SPE technique was the most efficient method in concentrating the majority of emerging micropollutants, and the LLE proved to be the best technique for organochlorine compounds. Optimization studies were performed to detect the ideal conditions to determine the compounds by using gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) techniques. In all wastewater samples pharmaceuticals and endocrine disrupting compounds were identified, and the range of effluent concentrations were: CAF (3.0-15.8 μg/L), DIP (0.3 μg/L), DCF (1.9 μg/L), DEHP (0.01-8.5μg/L), E1 (0.04-1.7 μg/L), E2 (0.03-4.0 μg/L), EA2 (0.14-9.3 μg/L), EE2 (1.0 μg/L) and CHO (0.01-6.2 μg/L). Endocrine disrupting compounds were identified in the Maranguapinho River and Paupina Creek. The wastewater treatment in the WWTPs was not enough for the complete removal of all micropollutants studied; however, the efficiency level for most of compounds was above 50%. Regarding the evaluation in stabilization ponds systems, the study revealed good removal of micropollutants in systems composed of anaerobic pond followed by facultative and maturation ponds, in which the lowest efficiency levels were verified when a single facultative pond was present. The evaluation of the AOP as a post-treatment option by multivariate factorial design showed that the optimal conditions for the removal of emerging micropollutants were acidic pH (pH 3), hydrogen peroxide concentration above 400 mg/L and hydraulic retention times in the reactor above 50 minutes. / No Brasil, estudos de avaliação de micropoluentes emergentes em matrizes ambientais como esgotos sanitários e hospitalares, e corpos de água, ainda são bastante incipientes, assim como a remoção desses compostos em Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) de baixo custo como lagoas de estabilização, assim como em sistemas de lodos ativados e sistemas anaeróbio-aeróbio compactos. O presente trabalho teve como objetivo geral investigar a presença de micropoluentes em matrizes ambientais como esgotos sanitários e hospitalares, e água superficial, avaliar a remoção destes compostos em ETEs de baixo custo e aplicar o processo de oxidação avançada (POA) UV/H2O2 como opção de pós-tratamento. Os principais micropoluentes emergentes estudados foram: 2,4,6-triclorofenol, pentaclorofenol, cafeína (CAF), dipirona (DIP), diclofenaco de sódio (DCF), bis (2-etil-hexil) ftalato (DEHP), estrona (E1), 17β-estradiol (E2), β-estradiol 17-acetato (EA2), 17α-etinilestradiol (EE2) e colesterol (COL). As amostras foram coletadas em ETEs localizadas em Fortaleza e em sua região metropolitana. Os corpos receptores investigados foram o Rio Maranguapinho e o Riacho Paupina. Para a pré-concentração dos micropoluentes utilizou-se extração em fase sólida (SPE) com cartuchos C-18 e extração líquido-líquido (ELL). A SPE foi a técnica mais eficiente na concentração da maioria dos micropoluentes emergentes, e a ELL se mostrou a melhor técnica para compostos organoclorados. Foram realizados estudos de otimização das condições de detecção dos compostos pelo uso de técnicas de cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC/MS). Foram identificados compostos farmacêuticos e desreguladores endócrinos em todas as amostras de esgotos com as seguintes faixas de concentrações efluentes: CAF (3,0-15,8 μg/L), DIP (0,3 μg/L), DCF (1,9 μg/L), DEHP (0,01-8,5μg/L), E1 (0,04-1,7 μg/L), E2 (0,03-4,0 μg/L), EA2 (0,14-9,3 μg/L), EE2 (1,0 μg/L) e COL (0,01-6,2 μg/L). Nos dois corpos receptores estudados (Rio Maranguapinho e Riacho Paupina) foram identificados desreguladores endócrinos. Os tratamentos realizados pelas ETEs não foram suficientes para remoção total de todos os micropoluentes estudados, no entanto, a eficiência para a maioria dos compostos foi acima de 50%. Em se tratando da avaliação em sistemas de lagoas de estabilização, o estudo revelou boas eficiências de remoção em sistemas constituídos de lagoa anaeróbia seguida de facultativa e de maturação, sendo os menores valores de remoção alcançados quando uma única lagoa facultativa primária estava presente. A avaliação do uso do POA por meio do planejamento fatorial multivariado revelou que as melhores condições para remoção de micropoluentes emergentes foram pH ácido (pH 3), concentração de peróxido de hidrogênio acima de 400 mg/L e tempos de detenção hidráulica no reator acima de 50min.

A distribuição espacial e o histórico deposicional de poluentes orgânicos persistentes (POPs) em sedimentos foram avaliados no ecossistema marino-estuarino da Ilha do Marajó, Pará. Os pesticidas predominantes nos sedimentos da camada superficial foram os HCHs (<0,04 e 0,90 ng g-1) e DDTs (<0,02 - 2,72 ng g-1), em peso seco. PCBs e PBDEs não foram detectados. HCHs predominaram no Estuário do Rio Paracauari indicando uso recente provavelmente relacionado à atividade madeireira. DDTs foram detectados na Praia do Pesqueiro e nos testemunhos sedimentares (<0,02 - 12,31 ng g-1 peso seco) do Mercado, Fazenda e Paracauari. Os valores máximos de DDT ocorreram entre 1982 e 2008 e são associados com campanhas de saúde púbica. Há uma redução gradativa até o presente que coincide com a substituição do DDT por piretróides. A razão &#931;DDDs / &#931;DDEs, predominantemente < 1, indicou a ocorrência de processos decomposicionais aeróbicos. No geral, as condições ambientais não favorecem o acúmulo de pesticidas nos sedimentos, sendo que os valores estão abaixo do limite provável para causar efeitos adversos exceto para HCHs no Estuário do Rio Paracauari. O presente trabalho estabeleceu a distribuição de POPs na Ilha do Marajó e poderá contribuir para o processo de gestão costeira e ambiental da região. / The spatial distribution and depositional history of persistent organic pollutants (POPs) in sediments were evaluated in marino-estuarine ecosystem of Marajó Island, Pará. The predominant pesticides in sediments of the surface layer were HCHs (<0.04 and 0, 90 ng g-1) and DDTS (<0.02 to 2.72 ng g-1) by dry weight. PCBs and PBDEs weren\'t detected. HCHs predominated in Paracauari Estuary indicating recent use probably related to logging. DDTs were detected in Praia do Pesqueiro and sediment cores (<0.02 to 12.31 ng g-1 dry weight) Mercado, Fazenda and Paracauari. Maximum levels of DDT residues occurred between 1982 and 2008 and are associated with pubic health campaigns. There is a gradual reduction up to the present which coincides with the substitution of the DDTs by pyrethroids. The ratio &#931;DDDs / &#931;DDEs predominantly < 1 indicated the occurrence of decomposicional processes under aerobic conditions. Overall, the environmental conditions do not favor the accumulation of pesticides in sediments, and the values are below the threshold likely to cause adverse effects except for HCHs in Paracauari Estuary. This work established the distribution of POPs in Marajó Island and could contribute to the process of coastal and environmental management in the region.

Apesar de os defensivos agrícolas atualmente classificados como Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs) terem sua produção e uso banidos na maior parte do mundo desde a década de 1980, o gerenciamento de estoques remanescentes permanece um desafio até a atualidade. Com estimativas que variam entre 500 mil (FAO, 2015) e 2 milhões de toneladas (VIJGEN et al., 2011), poucas informações sobre seu efetivo gerenciamento e destruição são encontradas nas principais bases de dados acadêmicas sobre o tema e nos documentos oficiais da Convenção de Estocolmo sobre Poluentes Orgânicos Persistentes. O Brasil integra a lista de signatários da Convenção, mas a fabricação, o armazenamento e o uso dos agrotóxicos POPs foram proibidos em 1985, por meio da Portaria do Ministério da Agricultura nº 329. Este abrupto banimento do armazenamento colocou o agricultor brasileiro imediatamente fora da lei, uma vez que não foram planejadas medidas e procedimentos legais para dar destino adequado aos produtos que ainda estivessem em estoque nas propriedades rurais. De forma independente da Convenção de Estocolmo e das ações nacionais relacionadas a este tratado, dois estados brasileiros elaboraram programas para o levantamento de estoque dos defensivos agrícolas banidos e planejamento de sua destinação. Finalizado em 2013, o Paraná incinerou cerca de 1.200 toneladas que estavam estocadas em mais de 2.000 propriedades rurais do estado. São Paulo finalizou o inventário em 2012, resultando em 420 toneladas estocadas em aproximadamente 330 propriedades rurais. O grupo de trabalho paulista planejou as etapas seguintes e em abril de 2016, o projeto se encontrava em fase de alocação de recursos para execução das fases finais de acondicionamento, transporte e destinação. A proposta deste projeto de pesquisa é apresentar como Paraná e São Paulo gerenciaram os estoques remanescentes de agrotóxicos banidos há décadas, avaliando como os grupos de trabalho foram formados, as normativas de apoio utilizadas, como foram realizadas as etapas de levantamento de inventário e de que forma foram planejadas, financiadas, comunicadas e executadas as etapas de coleta, acondicionamento, transporte e destinação. Dessa forma, busca-se contribuir para um aumento de conhecimento prático sobre o tema e para a construção de uma política pública para gerenciamento de agrotóxicos banidos em outros estados brasileiros. / Although the pesticides currently classified as Persistent Organic Pollutants (POPs) have had their production and use banned in most of the world since the 1980s, the management of remaining stocks remains a challenge to the present. With estimates ranging from 500,000 (FAO, 2015) and 2 million tons (Vijgen et al., 2011), little information about its effective management and destruction are found in major academic databases on the subject and official documents of the Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants. Brazil is one of the signatories but the manufacture, storage and use of pesticides POPs were banned in 1985 by the Ministry of Agriculture Decree No. 329. However, this abrupt ban put the Brazilian farmers immediately outside the law since the government did not plan measures and legal procedures to give proper destination to the products that were still in stock on farms. Independently of the Stockholm Convention and the National Plans related to this treaty, two Brazilian states have developed programs to inventory banned pesticides and plan their destination. Finished in 2013, Paraná State incinerated about 1,200 tons that had been stored in more than 2,000 rural properties. Sao Paulo finished its inventory in 2012 resulting in 420 tons stored in about 330 rural properties. The São Paulo working group has planned the next steps and, in April 2016, the project was waiting for resource in order to implement the final stages of packaging, transport and disposal. The purpose of this research is to present as Parana and Sao Paulo managed the remaining stocks of banned pesticides evaluating how the working groups were formed, the support normative used, how the inventory has been planned and carried out and how the projects have financed, communicated and executed the steps of collection, packaging, transportation and disposal. Thus, it is expected to contribute to increase the practical knowledge on the topic and to construct a public policy for pesticide management banned in other Brazilian states.