A tecnologia de reatores multifásicos é o coração das transformações químicas de todos os processos industriais, concretamente 99% dos reatores trabalham com a presença de uma ou mais fases. A tomografia é uma técnica poderosa capaz de determinar o efeito de parâmetros operacionais e de desenho na distribuição do holdup das fases, visualizando sistemas opacos de uma forma não invasiva. Um tomógrafo computadorizado de fonte única (SSCT) com capacidade de gerar imagens para as distribuições de holdup em sistemas com duas fases dinâmicas foi desenvolvido e validado com sucesso no CTR/IPEN. Algoritmos para reconstrução de imagens analíticos e discretos ou iterativos (estatísticos) foram desenvolvidos e implementados para tais aplicações e depois comparados. O SSCT foi utilizado para determinar as distribuições de porosidades e de holdup dos sólidos para uma coluna de recheio aleatório. Na Washington University em St. Louis, no Laboratório de Engenharia da Reação Química (CREL), um tomógrafo com duas fontes radioativas (DSCT) capaz de gerar imagens da distribuição do holdup das fases para sistemas dinâmicos com três fases móveis foi validado com êxito. Uma nova metodologia para reconstrução de imagens, que garantiu alta precisão na geração das distribuições do holdup em sistemas de grande porte, foi aplicada. O DSCT permitiu avaliar a influência de parâmetros de operação e do desenho de um aerador em um bioreator na escala piloto. O efeito do desenho de um distribuidor de gás líquido e do regime de escoamento foram determinados para um reator monolítico utilizando o DSCT. Os equipamentos e técnicas desenvolvidas neste trabalho podem ser considerados como uma ferramenta efetiva de pesquisa, intensificando estudos experimentais em uma grande gama de sistemas multifásicos através de geração de imagens. Para isto, foram superadas várias limitações comuns a outras técnicas tomográficas existentes utilizadas no estudo de sistemas com duas e três fases dinâmicas, onde os conhecimentos adquiridos nestes estudos poderão melhorar a compreensão básica dos efeitos de desenho e dinâmica em reatores multifásicos. / It is important to recognize that at the heart of chemical transformations in all process and energy industries is multiphase reator technology, as over 99% of reator systems require the presence of more than one phase for proper operation. Tomography is a powerful technique capable of determining the effect of operating and design parameters on the phase holdup distribution by visualization in opaque flow systems in a noninvasive manner. A single source computed tomography (SSCT) system capable of imaging phase holdup distribution in two phases flow was successfully developed and validated at CTR/IPEN. Analytical and discrete (statistical) image reconstruction algorithms were developed and compared between them. SSCT has been applied to characterize the gas holdup and porosity distributions in a random packed column. At the Chemical Reaction Engineering Laboratory (CREL) of Washington University in St Louis, a novel dual source computed tomography (DSCT) system capable of imaging phase holdup distribution in three phases flow was successfully developed and validated. A new image reconstruction methodology was applied for the image reconstruction of the DSCT which enables accurate imaging of the phase holdup distribution in large scale multiphase systems. DSCT has been applied to characterize the effect of operating parameters and sparger design on the liquid flow behavior of a pilot scale anaerobic bioreactor. Performance studies were carried to access the performance of a gas-liquid distributor and liquid flow in a monolithic reactor using the DSCT. The scanners and techniques developed as part of this work provides an effective research tool for expanding experimental research in a wide range of multiphase flow systems via imaging. It has overcome many limitations, common to the various tomography techniques that exist for imaging systems with two and three phase flow. The knowledge gained from these studies improves the fundamental understanding of the effects of design and dynamics of multiphase reactors.

Este trabalho de investigação refere-se ao uso do reator anaeróbio híbrido para tratamento de esgoto sanitário, com configuração baseada no reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) com inclusão de: meio suporte sobre as calhas de coleta de gás (denominado reator anaeróbio híbrido - UAHB) e, também, meio suporte na zona de reação (denominado reator anaeróbio híbrido modificado - UAHBmod). Para o desenvolvimento desta pesquisa, no Campus I da USP de São Carlos-SP foram construídos dois reatores experimentais de 18,8 m3 cada: um reator UASB, com função de controle, e um reator UAHB. Primeiramente os reatores foram operados por período de 200 dias, com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 6 h. Após serem inoculados, com 80 dias de operação, os reatores atingiram o estado de equilíbrio dinâmico aparente, com geração de alcalinidade, baixa concentração de ácidos voláteis e eficiência de remoção média de DQO, de 84% e 85% e de DBO de 87% e 91%, respectivamente para o UASB e o UAHB. Após esse período, os reatores foram submetidos a aumento da velocidade ascensional (Vasc) (mediante recirculação do efluente) de 0,78 m.h-1; 1,17 m.h-1; 1,56 m.h-1 e de 1,96 m.h-1. O UAHB mostrou ser menos susceptível ao aumento da Vasc do que o UASB. Além da análise da operação dos reatores, foram realizados os ensaios hidrodinâmicos e avaliada a estrutura da comunidade microbiana, por microscopia ótica, epifluorescência e pela técnica do DGGE. Após esse período preliminar, os reatores UAHB e UAHBmod, operados com TDH de 6h e Vasc de 0,78 m.h-1, atingiram o estado de equilíbrio dinâmico aparente, com geração de alcalinidade, baixa concentração de ácidos voláteis e eficiência de remoção média da matéria orgânica, de 71% e 76% em DQO, e de 72% e 87% em DBO, respectivamente para o UAHB e UAHBmod. Após este período, o reator UAHBmod, submetido a Vasc de 1,56 m.h-1, promoveu remoção de 74% de DQO, e de 87% de DBO. / This research refers to the use of a hybrid anaerobic reactor (UAHB) for domestic wastewater treatment. The configuration of this reactor is based on a sludge bed anaerobic reactor (UASB); in the first instance, a media support above the gas collection apparatus (also known as hybrid anaerobic reactor) was provided and later, a media support on the reaction zone (also known as hybrid modified anaerobic reactor - UAHBmod) was provided. Two reactors, with a volume of 18.8 m3, each, were built for this research at Campus I, USP in São Carlos - SP-Brazil. One UASB reactor acted as a control, and the other as a UAHB reactor. In the preliminary essays, the reactors were operated with 6h of hydraulic detention time (HDT) for 200 days. After inoculation, the reactors attained the apparent dynamic equilibrium state after 80 days of operation, with alkalinity generation, low volatile acids concentration and mean organic matter removal of 84% and 85% in terms of COD, and 87% and 91% in terms of BOD, for UASB and UAHB reactors, respectively. After this period, the reactors were submitted to an increasing in up velocity (Vup) of 0.78 m.h-1; 1.17 m.h-1; 1.56 m.h-1 and 1.96 m.h-1. The UAHB reactor showed lesser susceptibility for Vup increase than the UASB reactor. Hydrodynamic tests were also done on the reactors, in addition to routine operational analysis. The structure of the microbial community was evaluated by optical and epifluorescence microscopy, and the DGGE technique. After this step, the UAHB and the UAHBmod reactors were operated out 6h of HDT and Vup of 0.78 m.h-1. The reactors attained the apparent dynamic equilibrium state with alkalinity generation, low volatile acids concentration and mean organic matter removal of 71% and 76% in terms of COD, and 72% and 87% in terms of BOD for the UASB and UAHBmod reactors, respectively. After this period, the UAHBmod reactor was subjected to a Vup of 1.56 m.h-1 and achieved removal efficiencies of 74% COD and 87% BOD.

A tecnologia de reatores multifásicos é o coração das transformações químicas de todos os processos industriais, concretamente 99% dos reatores trabalham com a presença de uma ou mais fases. A tomografia é uma técnica poderosa capaz de determinar o efeito de parâmetros operacionais e de desenho na distribuição do holdup das fases, visualizando sistemas opacos de uma forma não invasiva. Um tomógrafo computadorizado de fonte única (SSCT) com capacidade de gerar imagens para as distribuições de holdup em sistemas com duas fases dinâmicas foi desenvolvido e validado com sucesso no CTR/IPEN. Algoritmos para reconstrução de imagens analíticos e discretos ou iterativos (estatísticos) foram desenvolvidos e implementados para tais aplicações e depois comparados. O SSCT foi utilizado para determinar as distribuições de porosidades e de holdup dos sólidos para uma coluna de recheio aleatório. Na Washington University em St. Louis, no Laboratório de Engenharia da Reação Química (CREL), um tomógrafo com duas fontes radioativas (DSCT) capaz de gerar imagens da distribuição do holdup das fases para sistemas dinâmicos com três fases móveis foi validado com êxito. Uma nova metodologia para reconstrução de imagens, que garantiu alta precisão na geração das distribuições do holdup em sistemas de grande porte, foi aplicada. O DSCT permitiu avaliar a influência de parâmetros de operação e do desenho de um aerador em um bioreator na escala piloto. O efeito do desenho de um distribuidor de gás líquido e do regime de escoamento foram determinados para um reator monolítico utilizando o DSCT. Os equipamentos e técnicas desenvolvidas neste trabalho podem ser considerados como uma ferramenta efetiva de pesquisa, intensificando estudos experimentais em uma grande gama de sistemas multifásicos através de geração de imagens. Para isto, foram superadas várias limitações comuns a outras técnicas tomográficas existentes utilizadas no estudo de sistemas com duas e três fases dinâmicas, onde os conhecimentos adquiridos nestes estudos poderão melhorar a compreensão básica dos efeitos de desenho e dinâmica em reatores multifásicos. / It is important to recognize that at the heart of chemical transformations in all process and energy industries is multiphase reator technology, as over 99% of reator systems require the presence of more than one phase for proper operation. Tomography is a powerful technique capable of determining the effect of operating and design parameters on the phase holdup distribution by visualization in opaque flow systems in a noninvasive manner. A single source computed tomography (SSCT) system capable of imaging phase holdup distribution in two phases flow was successfully developed and validated at CTR/IPEN. Analytical and discrete (statistical) image reconstruction algorithms were developed and compared between them. SSCT has been applied to characterize the gas holdup and porosity distributions in a random packed column. At the Chemical Reaction Engineering Laboratory (CREL) of Washington University in St Louis, a novel dual source computed tomography (DSCT) system capable of imaging phase holdup distribution in three phases flow was successfully developed and validated. A new image reconstruction methodology was applied for the image reconstruction of the DSCT which enables accurate imaging of the phase holdup distribution in large scale multiphase systems. DSCT has been applied to characterize the effect of operating parameters and sparger design on the liquid flow behavior of a pilot scale anaerobic bioreactor. Performance studies were carried to access the performance of a gas-liquid distributor and liquid flow in a monolithic reactor using the DSCT. The scanners and techniques developed as part of this work provides an effective research tool for expanding experimental research in a wide range of multiphase flow systems via imaging. It has overcome many limitations, common to the various tomography techniques that exist for imaging systems with two and three phase flow. The knowledge gained from these studies improves the fundamental understanding of the effects of design and dynamics of multiphase reactors.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-20T13:34:38Z No. of bitstreams: 1 THALYS DE FREITAS FERNANDES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2378013 bytes, checksum: 834c6cbe7aab87e47cc89c33dfbb9e17 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-20T13:34:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 THALYS DE FREITAS FERNANDES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2378013 bytes, checksum: 834c6cbe7aab87e47cc89c33dfbb9e17 (MD5) Previous issue date: 2016-04-20 / A usina de produção de biodiesel se destaca não só pela síntese de um produto totalmente renovável, o biodiesel, mas, pelo grande volume de água que é utilizado no processo de purificação, que resulta na produção de grandes volumes de efluentes contaminados. Algumas alternativas para o tratamento desse efluente têm sido estudadas e aplicadas, a exemplo do processo eletroquímico denominado eletrofloculação. Porém, os trabalhos mencionados na literatura, até então, tem sido realizados em reatores batelada, o que pode ser desvantajoso em decorrência do grande volume de efluente gerado nesse processo. Dessa forma esse trabalho tem como objetivo estudar um reator eletroquímico de fluxo contínuo para eletrofloculação do efluente da purificação do biodiesel. Desenvolveu-se um reator com um volume total de 1,0340 L, onde foram inseridos quatro eletrodos de alumínio com dimensões (10 x 6,40 x 0,10 cm), interligados a uma fonte CC e, instalou-se o reator a uma planta de tratamento, em escala de bancada. Para a operação do sistema foi sintetizado um efluente artificial com uma concentração padrão de 7,380 g.L-1, contendo todos os contaminantes existentes no efluente real da purificação do biodiesel. Para este estudo foi elaborado um planejamento experimental com o propósito de se avaliar a influência do pH inicial, o tempo espacial e a diferença de potencial, sobre as variáveis que caracterizam a água tratada, o consumo da massa de eletrodo e o consumo energético do reator. Uma matriz com onze experimentos foi executada e coletada amostras de água no intervalo de 5,0 min, durante 40 min de experimento, para caracterização. Os resultados foram inicialmente avaliados quanto à dinâmica comportamental, sendo observado que as melhores taxas de remoção de turbidez, O&G e DQO, foram 94,21 %, 89,3 % e 51,2 %, respectivamente. Do tratamento estatístico, observouse que o pH inicial foi o fator mais atuante nas variáveis respostas e a análise de otimização mostrou que a máxima eficiência do reator é obtida quando o opera com um pH inicial 8,0, um tempo espacial de 29,43 minutos e uma diferença de potencial de 6,0 Volts, resultando num consumo energético de 4,8 kWh.m-3, que equivale a R$ 1,94 por m³ de efluente tratado. Diante dos resultados obtidos constatou-se que a aplicação do reator é viável para o tratamento do efluente da purificação do biodiesel, quanto à eficiência de remoção de contaminantes, ao consumo energético e ao volume de efluente tratado. / The biodiesel production plant stands out not only for the synthesis of a fully renewable product, the biodiesel itself, but the large amount of water used its the purification process, which results in production of large volumes of contaminated waste. Some alternatives for the treatment of such waste have been studied and applied, such as the electrochemical process called electroflocculation. However, the work reported in the literature so far has been carried out in batch reactors, which may be disadvantageous due to the large volume of wastewater produced in the process. Thus, the current analysis aims to study a continuous flow electrochemical reactor for electroflocculation of the waste from the biodiesel purification process. Then, it was developed a reactor with a total volume of 1.0340 L, in which four aluminum electrodes with dimensions of (10 x 6.40 x 0.10 cm) were inserted and connected to a CC power supply, and the reactor was settled in a treatment plant in bench scale. For operating the system, an artificial effluent with a standard concentration of 7,380 g.L-1, containing all the contaminants present in the actual effluent from biodiesel purification was synthesized. For this study it was developed an experimental design in order to assess the influence of the initial pH, space time and the potential difference over the variables that characterize the treated water, the consumption of the electrode mass and energy consumption of the reactor. An array of eleven experiments was performed and collected water samples in the range of 5.0 min for 40 min for characterization. The results were initially assessed for dynamic behavioral and it was observed that the best turbidity removal rates, COD and O&G were 94.21 %, 89.3 % and 51.2 %, respectively. From the statistical results, it was observed that the initial pH was the most active factor in the varying responses and the optimization analysis showed that the maximum reactor efficiency is achieved when operating with an initial pH of 8.0, a space time of 29.43 minutes and a potential difference of 6.0 Volts, resulting in an energy consumption of 4.8 kWh.m-3, which equals R$ 1.94 per cubic meter of treated effluent. Based on the results it was found that the application of the reactor is feasible to treat the waste from the biodiesel purification, regarding to the contaminant removal efficiency, energy consumption and the volume of treated effluent.

O crescente aumento no uso de metais e outros produtos químicos nos processos industriais tem resultado na geração de grandes quantidades de efluentes aquosos que contém altos níveis de metais tóxicos, o que gera sérios problemas ambientais associados ao descarte destes efluentes. O objetivo deste trabalho foi realizar uma investigação da biossorção do íon manganês II de uma solução aquosa utilizando a biomassa seca Sargassum filipendula. O processo foi conduzido em batelada com um posterior estudo dinâmico do processo em regime contínuo em um reator de leito fixo. No processo em batelada, a influência de diferentes parâmetros experimentais foram avaliados: pH inicial, tempo de biossorção, temperatura e concentração inicial do íon manganês II no equilíbrio de biossorção do sistema. No processo em regime contínuo, foi utilizada uma coluna de leito fixo, sendo avaliados os seguintes parâmetros: vazão de alimentação e concentração inicial de manganês II em solução. Os resultados obtidos indicam que a capacidade de biossorção não foi afetada pelo pH na faixa de 3,0 a 7,0, mas diminuiu de modo significativo para pH inferior a 3,0. A isoterma de Langmuir foi a que melhor descreveu o equilíbrio de biossorção, que foi pouco afetado pela temperatura. O processo de biossorção obedeceu a uma cinética de pseudo segunda-ordem, cuja taxa também não sofreu efeito significativo da temperatura. Os resultados obtidos nos estudos em batelada indicam que a Sargassum filipendula possui potencial para a remoção de íons manganês, apresentando capacidade de adsorção igual a 0,80 mmol/g, valor comparável àqueles observados para outros íons tóxicos. Os valores para capacidade de biossorção calculados no sistema contínuo foram superiores aos encontrados para o estudo em batelada, o que foi associado às diferentes condições de equilíbrio existentes nos dois sistemas. O processo de biossorção do manganês em leito fixo, mostrou-se eficiente para concentrações iniciais do efluente menores que 500 mg/L. Para uma concentração inicial de 60 mg/L, com 9 horas de processo o ponto de ruptura foi alcançado, 26 L de solução foram tratados de acordo com a concentração exigida pelo CONAMA para o despejo em um corpo receptor. / The increasing use of metals and other chemicals in industrial processes has resulted in the generation of large quantities of aqueous effluents containing high levels of toxic metals, which cause serious environmental problems associated with the disposal of effluents. This work was doing a research on removing manganese II ions of an aqueous solution using the dry biomass Sargassum filipendula. A basic investigation on the removal of manganese II ions from aqueous solutions by dead Sargassum filipendula was conducted in batch and in a fixed- bed column. The influence of different experimental parameters was evaluated in batch conditions: initial pH, sorption time, temperature, and initial concentrations of manganese II ions on metal uptake. Continuous-flow sorption experiments were conducted in a fixed-bed column. The parameters evaluated were: effluent flow rate and initial concentration of manganese II solution. The results indicate that the metal uptake capacity was not affected by pH in the range of 3.0 to 7.0, but decreased significantly to less than pH 3.0. The equilibrium biosorption was better described by Langmuir isotherm, which was little affected by temperature. The process of biosorption followed the kinetics of a pseudo-second order, whose rate also has not suffered significant effect of temperature. The results obtained in a batch studies indicate that the Sargassum filipendula has potential for the removal of manganese ions, its maximum uptake capacity equal 0.80 mmol/g, a result comparable to those observed for other toxic ions. The results for capacity of biosorption calculated in continuous system were higher than those found in batch for the study, which was associated with the different conditions of balance in the two existing systems. The process of biosorption of manganese in fixed-bed reactor, has proved effective for initial concentrations lower than 500 mg/L. For an initial concentration of 60 mg/L, with nine hours to process the breaking point was reached, 26 L of solution were treated in accordance with the concentration required by CONAMA for emptying into a body receiver.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-08-16Bitstream added on 2014-06-13T20:16:37Z : No. of bitstreams: 1 cangani_mt_me_jabo_parcial.pdf: 133174 bytes, checksum: 83fdce5233c859451850c9463579de75 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-10-03T16:24:40Z: cangani_mt_me_jabo_parcial.pdf,Bitstream added on 2014-10-03T16:27:37Z : No. of bitstreams: 2 cangani_mt_me_jabo_parcial.pdf.txt: 17021 bytes, checksum: 1f48b80f9f09d5f8fc41694b0c3c56ea (MD5) 000681838.pdf: 3677573 bytes, checksum: 863c1c839ba825e42ba039dd26564761 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-10-03T16:33:15Z: 000681838.pdf,Bitstream added on 2014-10-03T16:43:28Z : No. of bitstreams: 2 cangani_mt_me_jabo_parcial.pdf.txt: 17021 bytes, checksum: 1f48b80f9f09d5f8fc41694b0c3c56ea (MD5) 000681838.pdf: 3677573 bytes, checksum: 863c1c839ba825e42ba039dd26564761 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-10-03T16:48:55Z: 000681838.pdf,Bitstream added on 2014-10-03T16:49:46Z : No. of bitstreams: 1 000681838.pdf: 3677573 bytes, checksum: 863c1c839ba825e42ba039dd26564761 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-10-27T11:47:08Z: 000681838.pdf,Bitstream added on 2014-10-27T11:48:04Z : No. of bitstreams: 1 000681838.pdf: 3677573 bytes, checksum: 863c1c839ba825e42ba039dd26564761 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho, avaliou-se o desempenho de dois conjuntos de reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) instalados em série. Os conjuntos I e II foram compostos por dois reatores UASB em série com volumes de 908 e 350 L e de 908 e 188 L, respectivamente. No conjunto II, foi realizado pós tratamento do efluente em um reator operado em batelada sequencial (RBS) com alimentação contínua, com volume de 3000 L. As cargas orgânicas volumétricas (COV) aplicadas no primeiro reator dos conjuntos I e II variaram de 8,36 a 9,95 g DQO total (L d)-1 e de 7,83 a 11,6 g DQO total (L d)-1, respectivamente. As eficiências médias de remoção de DQO total, nitrogênio Kjeldahl (NK), fósforo total (P-total) foram elevadas e variaram de 95 a 97% e de 97 a 99%, de 64 a 67% e de 53 a 69%, e de 80 a 87% e de 71 a 89%, nos conjuntos I e II, respectivamente. As eficiências também foram elevadas para os metais Cu, Fe, Mn e Zn nos conjuntos I e II e variaram de 80 a 91% e de 63 a 80%, de 59 a 80% e de 51 a 72%, de 89 a 97% e de 81 a 98%, de 87 a 98% e de 91 a 99%, respectivamente. A semeadura do milho, foi realizado na safrinha 2009 e na safra 2009/2010, ambos em sistema de plantio direto e convencional, para a confecção de silagem. Os valores do pH observados na silagem não diferiram entre os tratamentos nas duas épocas de semeadura e nos sitemas de plantio direto e convencional. A adubação do milho para confecção de silagem, com dejeto bruto de suíno, com dejetos tratados em sistema anaeróbio e com os dejetos do pós-tratamento, quando comparada com a adubação mineral, não apresentou resultados com diferenças significativas na silagem na maioria dos atributos avaliados. O reúso dos efluentes tratados e do dejeto bruto, não promoveu alterações na nutrição da planta, porém os efluentes... / This study evaluated the performance of two sets of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) installed in series. The sets I and II were composed of two UASB reactors in series with volumes of 908 and 350 L and 908 L and 188, respectively. In set II was conducted after the treatment of the effluent in a sequencing batch reactor (SBR) with continuous flux, with a volume of 3000 L. The volumetric organic loads (VOC) applied to the first reactor of the sets I and II ranged from 8.36 to 9.95 g total COD (L d) -1 and 7.83 to 11.6 g total COD (L d) -1, respectively. The average removal efficiencies of total COD, Kjeldahl nitrogen (NK), total phosphorus (total P) were high and ranged from 95 to 97% and 97 to 99%, 64 to 67% and 53 to 69% and 80 to 87% and 71 to 89% in clusters I and II, respectively. The efficiencies were also high for Cu, Fe, Mn and Zn in clusters I and II, and ranged from 80 to 91% and 63 to 80%, 59 to 80% and 51 to 72% from 89 to 97 and 81% to 98%, 87 to 98% and 91 to 99%, respectively. We carried out the swing of maize in the 2009 off-season and 2009/2010 season, both in no-tillage and conventional sistems for making silage. The pH values observed in the silage did not differ significantly between treatments in both seasons of swing and in the sistems of tillage and no-tillage. The fertilization of corn for silage making, with raw pig manure with waste treated in anaerobic system and the waste from the post-treatment compared to mineral fertilization, results showed no significant difference in silage in most parameters. The reuse of treated effluent and raw manure, did not promote changes in the nutrition of corn but the application of treated effluent increased concentrations of N readily available for plants in soil. Even in much larger doses applied compared to the raw waste, the treated effluent, promoted soil contamination by total coliforms and thermotolerant lower

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-01-05T11:02:03Z No. of bitstreams: 1 TeseGMG.pdf: 4914831 bytes, checksum: 1d048739debba70d1c2f92d0a969f785 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2017-01-16T13:42:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseGMG.pdf: 4914831 bytes, checksum: 1d048739debba70d1c2f92d0a969f785 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2017-01-16T13:43:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseGMG.pdf: 4914831 bytes, checksum: 1d048739debba70d1c2f92d0a969f785 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-16T13:43:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseGMG.pdf: 4914831 bytes, checksum: 1d048739debba70d1c2f92d0a969f785 (MD5) Previous issue date: 2016-11-21 / Outra / The wastewater treatment plant (WWTPs) play an important role to ensuring the health and preservation of aquatic ecosystems through biological removal (mainly) of pollutants and microorganisms in the sanitary and industrial sewage, avoiding the disposal "in natura" of sewage on water and soil. Among these organic contaminants stand out Emerging Contaminants (EC), like pharmaceuticals, personal care products and endocrine disruptors, drug abuse, etc.In this study, it was investigated the occurrence and evaluated the removal of 12 EC: naproxen (NPX), diclofenac (DCF), ibuprofen (IBU), caffeine (CAF), carbamazepine (CBZ), propranolol (PRP), atenolol (ATL ), 1-hydroxyibuprofen (IBU-1OH), 2-hydroxy-ibuprofen (IBU-2OH), 10,11-dihydro-10,11-dihydroxy-carbamazepine (CBZ-DIOH), 2-hydroxy-carbamazepine (CBZ-2OH) at two wastewater treatment plants operating with biologic system, one aerobic and another one anaerobic. The first one is located in Jundiaí / SP city and the second one in São Carlos / SP. The target compounds were extracted from the aqueous phase by solid phase extraction (SPE). The analytical determinations were done through liquid chromatography coupled to mass spectrometry with triple quadrupole analyzer (UPLC-MS / MS).Pharmaceuticals, metabolites and personal care product triclosan were detected in all samples. The WWTP CSJJundiaí, which operates in aerobic system showed high removal values (R>70%), in all samples, for the CAF, NPX, ATL, IBU-1OH and TCS, moderate removal (70%>R> 20%) for the IBU and IBU-2 OH, low removal (R <20%) and production (R <0%) for CBZ and PRP.On the other hand ETE-Monjolinho, which operates in an anaerobic system presented a less removal of contaminants, where only caffeine had R> 70%.Thecompounds TCS IBU-2OH, IBU-1OH and ATL was moderate removal, CBZ-DIOH, CBZ and IBU was poorly removal, while it was observed production of DCF, PRP and CBZ-2OH (R < 0%). The metabolite CBZ-DIOH was recalcitrant to degradation in both WWTP. Moreover, it was noticed that WWTP can not only promote the degradation of some contaminants but also the production of the same, as is the case of DCF, CBZ, CBZ-2OH, CBZ-DIOH and PRP in both WWTP, and Moreover, it is possible to observe that STPs can promote not only the degradation of some contaminants but also the production of the same, as is the case of DCF, CBZ, CBZ-2 OH, CBZ-DIOH and PRP in both STPs, and ATL, IBU, and IBU-1OH only in ETE-Monjolinho. Despite both WWTP not completely remove the organic contaminants, it was found that WWTP with aerobic biodegradation has proved more effective in removing the EC than anaerobic biodegradation.The currently WWTP technologies are not able to eliminated most of EC, providing this contaminants into water bodies. This work aim to contributes to the understanding the EC in WWTP, in order to support better operating parameters of WWTP or the requirement of new technologies which allowed the removal of these contaminants providing treated wastewater that could helping for the global water scarcity problem. / As Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs) desempenham papel importante na garantia da saúde pública e preservação dos ecossistemas aquáticos por meio da remoção biológica (majoritariamente) de poluentes e microorganismos presentes no esgoto sanitário e industrial, evitando o aporte“in natura”do esgoto nos corpos hídricos e solos. Dentre estes contaminantes orgânicos destacam-se os Contaminantes Emergentes (CE), uma categoria composta por fármacos, produtos de higiene pessoal e desreguladores endócrinos, drogas de abuso, entre outros. Neste trabalho foi investigada a ocorrência e avaliada a remoção de 12 CE, sendo eles: naproxeno (NPX), diclofenaco (DCF), ibuprofeno (IBU), cafeína (CAF), carbamazepina (CBZ), propranolol (PRP), atenolol (ATL), 1- hidroxi-ibuprofeno (IBU-1OH), 2-hidroxi-ibuprofeno (IBU-2OH), 10,11-dihidro-10,11-dihidroxi-carbamazepina (CBZ-DIOH), 2-hidroxi-carbamazepina (CBZ-2OH) em duas estações de tratamento de esgoto que operam sistemas biológicos, sendo uma aeróbia e outra anaeróbia. A primeira fica na cidade de Jundiaí/SP e a segunda opera na cidade de São Carlos/SP. Os compostos alvos foram extraídos da fase aquosa por extração em fase sólida (SPE). As determinações analíticas foram feitas por cromatografia líquida de ultra eficiência acoplada àespectrometria de massas com analisador triplo quadrupolo (UPLC-MS/MS). Os fármacos, metabólitos e o produto de higiene pessoal triclosan foram detectados em todas as amostras analisadas. A CSJ-Jundiaí, que opera em regime aeróbio, apresentou ao longo das campanhas amostrais, altos valores de remoção (R>70%) para a CAF, NPX, ATL, IBU-1OH e TCS, remoção moderada (70%> R > 20%) para o IBU e IBU-2OH, baixa remoção (R<20%) e formação/produção (R<0%) para a CBZ e PRP. Já a ETEMonjolinho, que opera em regime anaeróbio, apresentou um panorama menos favorável na remoção dos contaminantes alvos obtendo R>70% apenas para a cafeína. Os compostos TCS, IBU-2OH, IBU-1OH e ATL tiveram remoção moderada, ao passo que CBZ-DiOH, CBZ e IBU apresentaram baixa remoção e formação/produção do DCF, PRP e CBZ-2OH. O metabólito CBZ-DiOH mostrou-se recalcitrante a degradação em ambas ETEs. Além do mais, é possível observar que as ETE podem promover não somente a degradação de alguns contaminantes mas também a formação/produção dos mesmos, como é o caso do DCF, CBZ, CBZ-2OH, CBZ-DiOH e PRP em ambas ETEs, havendo ainda na ETE-Monjolinho a formação de ATL, IBU, e IBU-1OH. Apesar de ambas ETEs não removerem completamente os compostos avaliados, observouse que o tratamento de esgoto empregando a biodegradação aeróbia tem se mostrado mais eficaz na remoção dos CEs frente à biodegradação anaeróbia. Os sistemas atualmente empregados na maioria das ETEs, não livram os corpos aquáticos da presença de CE. Este trabalho contribui para o conhecimento do comportamento de alguns CE em modelos de ETE comumente empregadose pode amparar estratégias de ajustes de condições operacionais ou o uso de tecnologias que possibilitem a remoção destes contaminantes, contribuindo para que os efluentes das ETEspossam ser transformados em água de reuso de boa qualidade, atualmente uma das alternativas para o gerenciamento do problema global da escassez hídrica.

O crescente aumento no uso de metais e outros produtos químicos nos processos industriais tem resultado na geração de grandes quantidades de efluentes aquosos que contém altos níveis de metais tóxicos, o que gera sérios problemas ambientais associados ao descarte destes efluentes. O objetivo deste trabalho foi realizar uma investigação da biossorção do íon manganês II de uma solução aquosa utilizando a biomassa seca Sargassum filipendula. O processo foi conduzido em batelada com um posterior estudo dinâmico do processo em regime contínuo em um reator de leito fixo. No processo em batelada, a influência de diferentes parâmetros experimentais foram avaliados: pH inicial, tempo de biossorção, temperatura e concentração inicial do íon manganês II no equilíbrio de biossorção do sistema. No processo em regime contínuo, foi utilizada uma coluna de leito fixo, sendo avaliados os seguintes parâmetros: vazão de alimentação e concentração inicial de manganês II em solução. Os resultados obtidos indicam que a capacidade de biossorção não foi afetada pelo pH na faixa de 3,0 a 7,0, mas diminuiu de modo significativo para pH inferior a 3,0. A isoterma de Langmuir foi a que melhor descreveu o equilíbrio de biossorção, que foi pouco afetado pela temperatura. O processo de biossorção obedeceu a uma cinética de pseudo segunda-ordem, cuja taxa também não sofreu efeito significativo da temperatura. Os resultados obtidos nos estudos em batelada indicam que a Sargassum filipendula possui potencial para a remoção de íons manganês, apresentando capacidade de adsorção igual a 0,80 mmol/g, valor comparável àqueles observados para outros íons tóxicos. Os valores para capacidade de biossorção calculados no sistema contínuo foram superiores aos encontrados para o estudo em batelada, o que foi associado às diferentes condições de equilíbrio existentes nos dois sistemas. O processo de biossorção do manganês em leito fixo, mostrou-se eficiente para concentrações iniciais do efluente menores que 500 mg/L. Para uma concentração inicial de 60 mg/L, com 9 horas de processo o ponto de ruptura foi alcançado, 26 L de solução foram tratados de acordo com a concentração exigida pelo CONAMA para o despejo em um corpo receptor. / The increasing use of metals and other chemicals in industrial processes has resulted in the generation of large quantities of aqueous effluents containing high levels of toxic metals, which cause serious environmental problems associated with the disposal of effluents. This work was doing a research on removing manganese II ions of an aqueous solution using the dry biomass Sargassum filipendula. A basic investigation on the removal of manganese II ions from aqueous solutions by dead Sargassum filipendula was conducted in batch and in a fixed- bed column. The influence of different experimental parameters was evaluated in batch conditions: initial pH, sorption time, temperature, and initial concentrations of manganese II ions on metal uptake. Continuous-flow sorption experiments were conducted in a fixed-bed column. The parameters evaluated were: effluent flow rate and initial concentration of manganese II solution. The results indicate that the metal uptake capacity was not affected by pH in the range of 3.0 to 7.0, but decreased significantly to less than pH 3.0. The equilibrium biosorption was better described by Langmuir isotherm, which was little affected by temperature. The process of biosorption followed the kinetics of a pseudo-second order, whose rate also has not suffered significant effect of temperature. The results obtained in a batch studies indicate that the Sargassum filipendula has potential for the removal of manganese ions, its maximum uptake capacity equal 0.80 mmol/g, a result comparable to those observed for other toxic ions. The results for capacity of biosorption calculated in continuous system were higher than those found in batch for the study, which was associated with the different conditions of balance in the two existing systems. The process of biosorption of manganese in fixed-bed reactor, has proved effective for initial concentrations lower than 500 mg/L. For an initial concentration of 60 mg/L, with nine hours to process the breaking point was reached, 26 L of solution were treated in accordance with the concentration required by CONAMA for emptying into a body receiver.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Os sistemas de lagoas de estabilizaÃÃo, bastante presentes em aterros sanitÃrios normalmente nÃo sÃo suficientes para o atendimento aos padrÃes ambientais de descarte de lixiviado tratado em Ãguas superficiais. Este trabalho avaliou o emprego das tecnologias aerÃbias do tipo reator aerado submerso (RAS) e reator em batelada seqÃencial (RBS) como opÃÃes de pÃs-tratamento para lixiviado antigo prÃ-tratado em lagoas de estabilizaÃÃo. A coleta do lixiviado se deu na saÃda da Ãltima lagoa de estabilizaÃÃo do sistema de tratamento de lixiviado (duas anaerÃbias em sÃrie, seguidas de uma facultativa) localizadas no Aterro SanitÃrio Metropolitano Oeste (ASMOC), municÃpio de Caucaia, RegiÃo Metropolitana de Fortaleza, estado do CearÃ. Inicialmente foi realizada uma caracterizaÃÃo fÃsico-quÃmica do lixiviado efluente e verificaÃÃo do atendimento aos padrÃes de descarte. O RAS foi operado em cinco fases, sendo divididas entre esgoto sintÃtico e lixiviado, este Ãltimo testado com e sem diluiÃÃo. Avaliou-se o efeito da adiÃÃo de fonte externa de carbono, etanol, para a fase em que o reator era alimentado com lixiviado sem diluiÃÃo. O RBS foi confeccionado em acrÃlico, em formato cilÃndrico, com um volume Ãtil de 5,0L, sendo inicialmente estudado o tempo de operaÃÃo de cada ciclo de 24 horas. Posteriormente, foram avaliados no RBS os tempos totais de ciclo de 12 e 48 horas, alÃm do efeito da adiÃÃo de etanol no desempenho do reator. Os reatores foram instalados no LaboratÃrio de Saneamento (Labosan) do Departamento de Engenharia HidrÃulica e Ambiental (DEHA) da Universidade Federal do Cearà (UFC). Eles foram operados na faixa mesofÃlica, com temperatura ambiente prÃxima de 27ÂC. Em relaÃÃo ao lixiviado tratado, os valores encontrados na caracterizaÃÃo fÃsico-quÃmica confirmam a recalcitrÃncia e complexidade do lixiviado, indicando que apenas as lagoas de estabilizaÃÃo, nÃo atendem plenamente os padrÃes de descarte. A presenÃa de compostos recalcitrantes e tÃxicos no lixiviado afluente ao RAS durante um dos perÃodos de investigaÃÃo causou diminuiÃÃo na remoÃÃo de DQO, mostrando efeito inibitÃrio nos microrganismos presentes no inÃculo. Entretanto, em outra fase de investigaÃÃo, tanto o RAS quanto o RBS se mostraram eficientes e estÃveis na remoÃÃo de DQO e nitrogÃnio amoniacal, mesmo tratando lixiviado sem diluiÃÃo. A adiÃÃo de etanol como fonte externa de carbono foi benÃfica para suprir as necessidades metabÃlicas microbianas, fazendo aumentar tanto a eficiÃncia global do RAS e RBS em termos de remoÃÃo de matÃria orgÃnica (DQO), assim como na estabilidade operacional dos mesmos. O RAS e o RBS foram tambÃm bastante eficientes no processo de nitrificaÃÃo. O estudo no RBS com os tempos de ciclo de 12, 24 e 48 h revelaram que nÃo houve diferenÃa entre os tempos em relaÃÃo à remoÃÃo dos constituintes analisados, fazendo com que se considerasse 12 h como tempo Ãtimo de ciclo, de forma a minimizar os custos com volume do reator e tempo de aeraÃÃo. Como conclusÃo geral do experimento pode-se dizer que o tratamento biolÃgico aerÃbio, tanto utilizando reatores aerados submerso (RAS) quanto reatores em batelada seqÃencial (RBS), pode ser considerado uma boa alternativa para o pÃs-tratamento de lixiviado antigos provenientes de sistemas de lagoas de estabilizaÃÃo, mas ainda requer adequaÃÃes operacionais ou associaÃÃes com processos fÃsico-quÃmicos ou de oxidaÃÃo avanÃados para o enquadramento de todos os constituintes. / The system of stabilization ponds, which is often present in landfills, is usually not efficient to meet environmental standards for disposal of treated leachate on surface waters. This study evaluated the use of submerged aerated reactor (SAR) and sequencing batch reactor (SBR) as post-treatment options for old leachate pre-treated in waste stabilization ponds. The leachate collection took place at the outflow of the last stabilization pond of the treatment system (two anaerobic em series, followed by a facultative pond) located in West Metropolitan Landfill (ASMOC), Caucaia municipality, metropolitan region of Fortaleza, Cearà state. A physical-chemical characterization of the leachate effluent was performed to verify the compliance to reach disposal standards. The SAR was operated in five phases, being divided between synthetic wastewater and leachate, the latter tested with and without dilution. We evaluated the effect of adding an external carbon source, ethanol, for the phase in which the reactor was fed with leachate without dilution. SBR was made of acrylic, in a cylindrical shape with a working volume of 5.0 L and the total time cycle of 24 hours was initially studied. The total time cycles of 12 and 48 hours were also evaluated in the SBR performance, as well as the effect of adding ethanol as carbon source. The reactors were installed at the Laboratory of Sanitation (Labosan) of the Department of Hydraulic and Environmental Engineering (DEHA), Federal University of Cearà (UFC). They were operated in the mesophilic range, with temperature near 27  C. Regarding the treated leachate, the physical-chemical characterization confirmed its recalcitrance and complexity, indicating that only the stabilization ponds did not fully meet the standards of disposal. The presence of recalcitrant and toxic compounds in the leachate influent to the SAR during the investigation period decreased COD removal, showing an inhibitory effect on the microorganisms present in the inoculum. However, in another research phase, both the SAR and SBR were stable and efficient on COD and ammonia removals, even when undiluted leachate was used. The addition of ethanol as external carbon source was beneficial to meet the microbial metabolic needs, increasing both the overall efficiency of SAR and SBR in terms of organic matter removal (COD) and operational stability. The SAR and SBR were also quite efficient in the nitrification process. The study with SBR with cycle times of 12, 24 and 48 h showed no considerable difference amongst the constituent removals, so that 12 h was considered as optimal time cycle in order to minimize the costs with reactor volume and aeration time. As a general conclusion of the experiment we can say that the aerobic biological treatment, using either submerged aerated reactor (SAR) or sequencing batch reactors (SBR), can be considered a good alternative for post-treatment of old leachate pre-treated in stabilization ponds, but still requires operational adjustments and associations with physical-chemical or advanced oxidation processes for accomplish all discharge standards.

Este trabalho de investigação refere-se ao uso do reator anaeróbio híbrido para tratamento de esgoto sanitário, com configuração baseada no reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) com inclusão de: meio suporte sobre as calhas de coleta de gás (denominado reator anaeróbio híbrido - UAHB) e, também, meio suporte na zona de reação (denominado reator anaeróbio híbrido modificado - UAHBmod). Para o desenvolvimento desta pesquisa, no Campus I da USP de São Carlos-SP foram construídos dois reatores experimentais de 18,8 m3 cada: um reator UASB, com função de controle, e um reator UAHB. Primeiramente os reatores foram operados por período de 200 dias, com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 6 h. Após serem inoculados, com 80 dias de operação, os reatores atingiram o estado de equilíbrio dinâmico aparente, com geração de alcalinidade, baixa concentração de ácidos voláteis e eficiência de remoção média de DQO, de 84% e 85% e de DBO de 87% e 91%, respectivamente para o UASB e o UAHB. Após esse período, os reatores foram submetidos a aumento da velocidade ascensional (Vasc) (mediante recirculação do efluente) de 0,78 m.h-1; 1,17 m.h-1; 1,56 m.h-1 e de 1,96 m.h-1. O UAHB mostrou ser menos susceptível ao aumento da Vasc do que o UASB. Além da análise da operação dos reatores, foram realizados os ensaios hidrodinâmicos e avaliada a estrutura da comunidade microbiana, por microscopia ótica, epifluorescência e pela técnica do DGGE. Após esse período preliminar, os reatores UAHB e UAHBmod, operados com TDH de 6h e Vasc de 0,78 m.h-1, atingiram o estado de equilíbrio dinâmico aparente, com geração de alcalinidade, baixa concentração de ácidos voláteis e eficiência de remoção média da matéria orgânica, de 71% e 76% em DQO, e de 72% e 87% em DBO, respectivamente para o UAHB e UAHBmod. Após este período, o reator UAHBmod, submetido a Vasc de 1,56 m.h-1, promoveu remoção de 74% de DQO, e de 87% de DBO. / This research refers to the use of a hybrid anaerobic reactor (UAHB) for domestic wastewater treatment. The configuration of this reactor is based on a sludge bed anaerobic reactor (UASB); in the first instance, a media support above the gas collection apparatus (also known as hybrid anaerobic reactor) was provided and later, a media support on the reaction zone (also known as hybrid modified anaerobic reactor - UAHBmod) was provided. Two reactors, with a volume of 18.8 m3, each, were built for this research at Campus I, USP in São Carlos - SP-Brazil. One UASB reactor acted as a control, and the other as a UAHB reactor. In the preliminary essays, the reactors were operated with 6h of hydraulic detention time (HDT) for 200 days. After inoculation, the reactors attained the apparent dynamic equilibrium state after 80 days of operation, with alkalinity generation, low volatile acids concentration and mean organic matter removal of 84% and 85% in terms of COD, and 87% and 91% in terms of BOD, for UASB and UAHB reactors, respectively. After this period, the reactors were submitted to an increasing in up velocity (Vup) of 0.78 m.h-1; 1.17 m.h-1; 1.56 m.h-1 and 1.96 m.h-1. The UAHB reactor showed lesser susceptibility for Vup increase than the UASB reactor. Hydrodynamic tests were also done on the reactors, in addition to routine operational analysis. The structure of the microbial community was evaluated by optical and epifluorescence microscopy, and the DGGE technique. After this step, the UAHB and the UAHBmod reactors were operated out 6h of HDT and Vup of 0.78 m.h-1. The reactors attained the apparent dynamic equilibrium state with alkalinity generation, low volatile acids concentration and mean organic matter removal of 71% and 76% in terms of COD, and 72% and 87% in terms of BOD for the UASB and UAHBmod reactors, respectively. After this period, the UAHBmod reactor was subjected to a Vup of 1.56 m.h-1 and achieved removal efficiencies of 74% COD and 87% BOD.