A presente pesquisa teve por objetivo avaliar a produção biológica de hidrogênio em longo prazo, e os impactos da separação das principais etapas da digestão anaeróbia, acidogênese e metanogênese, sobre a eficiência do tratamento em reatores de leito fixo estruturado e sobre o desempenho da filtração em biorreatores com membrana. O efluente utilizado foi à base de sacarose e a temperatura foi mantida em 30ºC. Na primeira etapa experimental, avaliou-se a produção de H2 em três configurações de reatores: leito fixo estruturado (FB), UASB granular (UG) e UASB floculento (UF-1). Na segunda etapa experimental, um reator UASB acidogênico (UF-2) foi combinado a um reator metanogênico de leito fixo estruturado (RM). Um reator de estágio único de leito fixo estruturado (RU) foi operado em paralelo. Na última etapa experimental, foram avaliados dois biorreatores anaeróbios conjugados com módulos externos de membranas tubulares, nomeadamente 1-AnMBR, que foi alimentado com efluente bruto, e 2-AnMBR, que foi alimentado com efluente acidificado. Na primeira etapa, sob um TDH de 3,3 h (COV = 33 gDQO.L-1d-1), os reatores FB, UG e UF-1 apresentaram produção de H2 contínua, porém instável, com rendimentos de aprox. 1,5, 0,8 e 1,2 molH2.mol-1sacaroseconsumida, respectivamente. O reator UF-1 apresentou uma estabilidade relativamente melhor e, por isso, esta configuração foi utilizada nos experimentos seguintes. No reator UF-2, aumentou-se o TDH para 4,6 h (COV = 25 gDQO.L-1d-1), o que significativamente promoveu a melhoria do desempenho. Nenhum alcalinizante foi adicionado e o pH do efluente permaneceu em torno de apenas 2,7. Contudo, uma produção de H2 contínua, estável e por longa duração foi atingida, de 175 mLH2.L-1h-1 (= 4,2 LH2.L-1d-1), com rendimento de 3,4 molH2.mol-1sacaroseconsumida, concomitante com a produção de ácido acético e etanol. Nos reatores metanogênicos, o TDH aplicado foi gradativamente reduzido (53-18 h no RM e 56-23 h no RU). Após os sistemas atingirem estabilidade, os valores de DQO permaneceram inferiores no efluente do RM, sobretudo pela redução da concentração de SSV, equivalente a 92 mg.L-1, enquanto que no RU essa concentração foi de 244 mg.L-1. No final da operação, o rendimento energético do sistema de dois estágios foi de 20,69 kJ.g-1DQOadicionada, sendo 90% proveniente do CH4 e 10% do H2. Este rendimento foi 34% maior do que o obtido no reator de estágio único, que foi de 15,48 kJ.g-1DQOadicionada. Por fim, avaliando-se o desempenho da filtração nos biorreatores com membrana, verificou-se que a permeabilidade operacional foi, na maior parte do tempo, superior no 2-AnMBR. A pré-acidificação do efluente levou à redução de cerca de 56-59% na concentração de sólidos voláteis suspensos e totais no 2-AnMBR e à modificação no perfil do tamanho das partículas. No 1-AnMBR, porém, não havia partículas de pequenas dimensões, tais quais encontradas no reator acidogênico, indicando reduzido crescimento suspenso de bactérias acidogênicas. Embora os valores de fluxo crítico tenham sido muito semelhantes para ambos os AnMBR, testes de resistência específica da torta indicaram maior resistência do lodo do 1-AnMBR (1,02 x 1018 m-1), comparado ao lodo do 2-AnMBR (1,03 x 1012 m-1) e ao lodo acidogênico (7,44 x 1011 m-1). Portanto, essa pesquisa demonstrou, por meio da aplicação do tratamento anaeróbio em dois estágios, a viabilidade da produção contínua de hidrogênio em pH extremamente ácido e com mínimos requerimentos operacionais, a redução da concentração de sólidos suspensos no efluente de reatores de leito fixo estruturado, o potencial de aumento da recuperação de bioenergia e de redução da incrustação em membranas de ultrafiltração. / This study assessed long-term hydrogen production and the impacts of separating the main stages of anaerobic digestion (acidogenesis and methanogenesis) on treatment efficiency in structured fixed-bed reactors and on filtration performance in anaerobic membrane bioreactors. Sucrose based wastewater was used and the temperature was maintained at 30°C. In the first experimental phase, H2 production was evaluated in three different acidogenic reactors: structured fixed-bed (FB), granular UASB (UG) and flocculated UASB (UF-1). In the second experimental phase, an acidogenic UASB reactor (UF-2) was combined with a structured fixedbed methanogenic reactor (RM). A single-stage structured fixed-bed reactor (RU) was operated in parallel. In the last experimental phase, two sidestream anaerobic membrane bioreactors were evaluated: 1-AnMBR, which was fed with raw effluent; and, 2-AnMBR, which was fed with biologically acidified effluent. During the first operational phase, under an HRT of 3.3 h (OLR = 33 gCOD.L-1d-1), the FB, UG and UF-1 reactors showed continuous but unstable H2 production, with yields of approximately 1.5, 0.8 and 1.2 molH2.mol-1sucroseconsumed, respectively. The UF-1 reactor showed relatively better stability; therefore, this configuration was used in the next experiments. In the UF-2 reactor, the HRT was increased to 4.6 h (OLR = 25 gCOD.L-1d-1), which significantly improved the overall performance. No alkalizing agent was added, and effluent pH values remained around only 2.7. However, continuous, stable and long-term H2 production was achieved of 175 mLH2.L-1h-1 (= 4.2 LH2.L-1h-1), with yields of 3.4 molH2.mol-1sucroseconsumed, concomitant with acetic acid and ethanol production. In the methanogenic reactors, the HRT was gradually reduced and, when the systems reached stability, COD values remained lower in the RM effluent. This was mainly due to the reduction of VSS concentrations, equivalent to 92 mg.L-1, while in the RU this value was 244 mg.L-1. At the end of the operation, the energy yield of the two-stage system was 20.69 kJ.g-1CODadded with 90% coming from CH4 and 10% from H2. This yield was 34% greater than that obtained in the single-stage system, which was 15.48 kJ.g-1CODadded. Finally, regarding the filtration performance in the membrane bioreactors, the operational permeability was higher in the 2- AnMBR most of the time. The pre-acidification of the effluent led to the 56-59% reduction in the volatile total and suspended solid concentrations, and to modification in the particle size profile in the 2-AnMBR. Nevertheless, in the 1-AnMBR, there were no small particles such as were found in the sludge of the acidogenic reactor, indicating less suspended growth of acidogenic biomass. Although the critical flux values were very similar for both AnMBRs, a higher specific cake resistance was verified in the 1-AnMBR sludge (1.02 x 1018 m-1), as compared to the 2-AnMBR sludge (1.03 x 1012 m-1) and to the acidogenic sludge (7.44 x 1011m-1</sup). Therefore, this study demonstrated, through the application of two-stage anaerobic treatment, the viability of continuous hydrogen production in extreme acid pH and with minimum operating requirements, the reduction of solid concentrations in the effluent of structured fixed bed reactors, as well as the potential for increased bioenergy recovery and for fouling reduction of ultrafiltration membranes.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiane.pdf: 2244710 bytes, checksum: 7f1fb544f09e13f94b271e1202243132 (MD5) Previous issue date: 2012-02-13 / In this study, it was evaluated the operational conditions, the organic matter, nitrogen and phosphorus removal efficiency and the hydrodynamic behavior of a continuously up-flow combined anaerobic-aerobic fixed bed reactor (RAALF), operated in bench-scale, filled with expanded clay and polyurethane foam cubic arrays as means of biomass immobilization support, in the treatment of raw effluent from a cattle slaughterhouse. Three different operational conditions were tested: Step I, characterized by the operation of RAALF in anaerobic condition; Step II, in combined condition (anaerobic-aerobic), and Step III, in combined condition with recirculation. In each operational step three different hydraulic retention times (14, 11 and 8 h) were tested. The hydrodynamics assays were determined using stimulus-response type pulse, with Eosina Y as a tracer to obtain the curves of residence time distribution (RTD). The results from the RAALF in the Step I, under anaerobic condition, indicated that operational conditions ensured the process of anaerobic digestion, with keeping of the pH and the RAALF s buffering, promoting a biochemical balance between acidogenic/acetogenic and methanogenic archaea. In this operational step, the HRT of 11 h showed better result, with removal efficiency of raw COD, filtered COD, TS, TSS and N-amon of 59, 60, 56, 76 and 16%, respectively. In Step II, the HRT of 14 h showed better results in terms of organic matter and solids removal efficiency, with 58, 66, 66 and 84% for raw COD, filtered COD, TS and TSS, respectively. The overall efficiency of nitrogen removal achieved in this study was 0, 17 and 7% at Step I; 37, 22 and 22% in Step II for the HRT 14, 11 and 8 h, respectively, and 50 and 29% for the HDT of 11 and 8 h in Step III. Therefore, there was an evolution in the overall nitrogen removal efficiency in Steps II and III when compared to Step I, due to the partial nitrification and denitrification. Denitrification has been compromised by factors such as liquid temperature, pH, and DQO/N-NO3- ratio. The efficiency of phosphorus removal was 0, 0 and 15% in Step I and 46, 0 and 0% in Step II for HRT 14, 11 and 8 h, respectively, and 10 and 0 % removal HRT to 11 and 8 h, respectively, in Step III. The ANOVA and Tukey tests indicated that the operational stages I, II and III were statistically different for all physical-chemical parameters evaluated, except for phosphorus, for which it can be stated that the efficiency of organic matter and nitrogen removal was affected by the operating condition. The hydrodynamic study conducted at RAALF indicated behavior tending to a complete mixing and deviations from ideality were found, such as dead zones, recirculation and long tail effect. The dispersion degrees were probably influenced by insertion of the aerobic phase, which improved the liquid mixture inside the reactor. The RAALF presented similar kinetic behavior in the operational steps I, II and III, represented by the first order model, with increase of k and vr parameters along the height of the anaerobic phase and decrease of the kinetic constant and degradation rate in the aerobic phase / Neste trabalho foram avaliadas as condições operacionais, a eficiência de remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo e o comportamento hidrodinâmico de um reator anaeróbio aeróbio de leito fixo (RAALF) e fluxo ascendente, vertical, operado de modo contínuo, em escala de bancada, preenchido com argila expandida e matrizes cúbicas de espuma de poliuretano como meio suporte para imobilização da biomassa, no tratamento de efluente bruto proveniente de um matadouro bovino. Foram testadas três condições operacionais distintas, sendo a Etapa I caracterizada pela operação do RAALF em condição anaeróbia, a Etapa II em condição combinada (anaeróbia-aeróbia) e a Etapa III em condição combinada com recirculação. Em cada etapa operacional foram testados três tempos de detenção hidráulicos diferentes (14, 11 e 8 h). O comportamento hidrodinâmico foi avaliado utilizando ensaios de estímulo-resposta, tipo pulso, com o uso de Eosina Y como traçador para obtenção das curvas de distribuição do tempo de residência (DTR). Os resultados da avaliação do RAALF na Etapa I, sob condição anaeróbia, indicaram que as condições operacionais garantiram o processo de digestão anaeróbia, com a manutenção do pH e tamponamento do sistema, promovendo um equilíbrio bioquímico entre microrganismos acidogênicos/acetogênicos e arqueas metanogênicas. Nesta etapa operacional, o TDH de 11 h apresentou melhores rendimentos, com eficiência de remoção de DQO bruta, DQO filtrada, ST, SST e N-amon de 59, 60, 56, 76 e 16%, respectivamente. Na Etapa II, o TDH de 14 horas apresentou melhores resultados em termos de eficiência de remoção de matéria orgânica e sólidos, com valores de 58, 66, 66 e 84% para DQO bruta, DQO filtrada, ST e SST, respectivamente. A eficiência global de remoção de nitrogênio alcançada neste estudo foi de 0, 17 e 7% na Etapa I, 37, 22 e 22% na Etapa II, para o TDH de 14, 11 e 8 h, respectivamente, e de 50 e 29% para o TDH de 11 e 8 h na Etapa III; portanto, verifica-se evolução da eficiência global na remoção de nitrogênio das Etapas II e III se comparada à Etapa I, decorrente do processo de nitrificação e desnitrificação parcial. A desnitrificação foi comprometida por fatores como temperatura do líquido, pH e relação DQO/N-NO3-. As eficiências de remoção de fósforo total foram de 0, 0 e 15% na Etapa I e de 46, 0 e 0% na Etapa II para os TDHs de 14, 11 e 8 h, respectivamente, e de 10 e 0% de remoção para o THD de 11 e 8 h, respectivamente, na Etapa III. O teste ANOVA e o teste Tukey indicaram que as etapas operacionais I, II e III foram estatisticamente diferentes entre si, para todos os parâmetros físico-químicos avaliados, com exceção do fósforo, podendo-se afirmar que a eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogenada foi afetada pela condição operacional. O estudo hidrodinâmico realizado no RAALF indicou comportamento tendendo ao de mistura completa e foram constatados desvios de idealidade, como zonas mortas, recirculações e efeito de cauda longa. Os graus de dispersão foram possivelmente influenciados pela inserção da fase aeróbia, que promoveu uma melhor mistura do líquido no interior do reator. O RAALF apresentou comportamento cinético similar nas etapas operacionais I, II e III, representado pelo modelo de primeira ordem, com aumento dos parâmetros k e vr ao longo da altura da fase anaeróbia, e diminuição da constante cinética e da velocidade de degradação na fase aeróbia

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiane.pdf: 2244710 bytes, checksum: 7f1fb544f09e13f94b271e1202243132 (MD5) Previous issue date: 2012-02-13 / In this study, it was evaluated the operational conditions, the organic matter, nitrogen and phosphorus removal efficiency and the hydrodynamic behavior of a continuously up-flow combined anaerobic-aerobic fixed bed reactor (RAALF), operated in bench-scale, filled with expanded clay and polyurethane foam cubic arrays as means of biomass immobilization support, in the treatment of raw effluent from a cattle slaughterhouse. Three different operational conditions were tested: Step I, characterized by the operation of RAALF in anaerobic condition; Step II, in combined condition (anaerobic-aerobic), and Step III, in combined condition with recirculation. In each operational step three different hydraulic retention times (14, 11 and 8 h) were tested. The hydrodynamics assays were determined using stimulus-response type pulse, with Eosina Y as a tracer to obtain the curves of residence time distribution (RTD). The results from the RAALF in the Step I, under anaerobic condition, indicated that operational conditions ensured the process of anaerobic digestion, with keeping of the pH and the RAALF s buffering, promoting a biochemical balance between acidogenic/acetogenic and methanogenic archaea. In this operational step, the HRT of 11 h showed better result, with removal efficiency of raw COD, filtered COD, TS, TSS and N-amon of 59, 60, 56, 76 and 16%, respectively. In Step II, the HRT of 14 h showed better results in terms of organic matter and solids removal efficiency, with 58, 66, 66 and 84% for raw COD, filtered COD, TS and TSS, respectively. The overall efficiency of nitrogen removal achieved in this study was 0, 17 and 7% at Step I; 37, 22 and 22% in Step II for the HRT 14, 11 and 8 h, respectively, and 50 and 29% for the HDT of 11 and 8 h in Step III. Therefore, there was an evolution in the overall nitrogen removal efficiency in Steps II and III when compared to Step I, due to the partial nitrification and denitrification. Denitrification has been compromised by factors such as liquid temperature, pH, and DQO/N-NO3- ratio. The efficiency of phosphorus removal was 0, 0 and 15% in Step I and 46, 0 and 0% in Step II for HRT 14, 11 and 8 h, respectively, and 10 and 0 % removal HRT to 11 and 8 h, respectively, in Step III. The ANOVA and Tukey tests indicated that the operational stages I, II and III were statistically different for all physical-chemical parameters evaluated, except for phosphorus, for which it can be stated that the efficiency of organic matter and nitrogen removal was affected by the operating condition. The hydrodynamic study conducted at RAALF indicated behavior tending to a complete mixing and deviations from ideality were found, such as dead zones, recirculation and long tail effect. The dispersion degrees were probably influenced by insertion of the aerobic phase, which improved the liquid mixture inside the reactor. The RAALF presented similar kinetic behavior in the operational steps I, II and III, represented by the first order model, with increase of k and vr parameters along the height of the anaerobic phase and decrease of the kinetic constant and degradation rate in the aerobic phase / Neste trabalho foram avaliadas as condições operacionais, a eficiência de remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo e o comportamento hidrodinâmico de um reator anaeróbio aeróbio de leito fixo (RAALF) e fluxo ascendente, vertical, operado de modo contínuo, em escala de bancada, preenchido com argila expandida e matrizes cúbicas de espuma de poliuretano como meio suporte para imobilização da biomassa, no tratamento de efluente bruto proveniente de um matadouro bovino. Foram testadas três condições operacionais distintas, sendo a Etapa I caracterizada pela operação do RAALF em condição anaeróbia, a Etapa II em condição combinada (anaeróbia-aeróbia) e a Etapa III em condição combinada com recirculação. Em cada etapa operacional foram testados três tempos de detenção hidráulicos diferentes (14, 11 e 8 h). O comportamento hidrodinâmico foi avaliado utilizando ensaios de estímulo-resposta, tipo pulso, com o uso de Eosina Y como traçador para obtenção das curvas de distribuição do tempo de residência (DTR). Os resultados da avaliação do RAALF na Etapa I, sob condição anaeróbia, indicaram que as condições operacionais garantiram o processo de digestão anaeróbia, com a manutenção do pH e tamponamento do sistema, promovendo um equilíbrio bioquímico entre microrganismos acidogênicos/acetogênicos e arqueas metanogênicas. Nesta etapa operacional, o TDH de 11 h apresentou melhores rendimentos, com eficiência de remoção de DQO bruta, DQO filtrada, ST, SST e N-amon de 59, 60, 56, 76 e 16%, respectivamente. Na Etapa II, o TDH de 14 horas apresentou melhores resultados em termos de eficiência de remoção de matéria orgânica e sólidos, com valores de 58, 66, 66 e 84% para DQO bruta, DQO filtrada, ST e SST, respectivamente. A eficiência global de remoção de nitrogênio alcançada neste estudo foi de 0, 17 e 7% na Etapa I, 37, 22 e 22% na Etapa II, para o TDH de 14, 11 e 8 h, respectivamente, e de 50 e 29% para o TDH de 11 e 8 h na Etapa III; portanto, verifica-se evolução da eficiência global na remoção de nitrogênio das Etapas II e III se comparada à Etapa I, decorrente do processo de nitrificação e desnitrificação parcial. A desnitrificação foi comprometida por fatores como temperatura do líquido, pH e relação DQO/N-NO3-. As eficiências de remoção de fósforo total foram de 0, 0 e 15% na Etapa I e de 46, 0 e 0% na Etapa II para os TDHs de 14, 11 e 8 h, respectivamente, e de 10 e 0% de remoção para o THD de 11 e 8 h, respectivamente, na Etapa III. O teste ANOVA e o teste Tukey indicaram que as etapas operacionais I, II e III foram estatisticamente diferentes entre si, para todos os parâmetros físico-químicos avaliados, com exceção do fósforo, podendo-se afirmar que a eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogenada foi afetada pela condição operacional. O estudo hidrodinâmico realizado no RAALF indicou comportamento tendendo ao de mistura completa e foram constatados desvios de idealidade, como zonas mortas, recirculações e efeito de cauda longa. Os graus de dispersão foram possivelmente influenciados pela inserção da fase aeróbia, que promoveu uma melhor mistura do líquido no interior do reator. O RAALF apresentou comportamento cinético similar nas etapas operacionais I, II e III, representado pelo modelo de primeira ordem, com aumento dos parâmetros k e vr ao longo da altura da fase anaeróbia, e diminuição da constante cinética e da velocidade de degradação na fase aeróbia

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-13T15:14:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoReciclagemCinza.pdf: 3021321 bytes, checksum: 6ca30fadb5fe5a22d29a501cc9234e97 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-16T12:22:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoReciclagemCinza.pdf: 3021321 bytes, checksum: 6ca30fadb5fe5a22d29a501cc9234e97 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-16T12:22:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoReciclagemCinza.pdf: 3021321 bytes, checksum: 6ca30fadb5fe5a22d29a501cc9234e97 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A utilização de resíduos industriais a exemplo de cinza volante para reciclagem e reaproveitamento, tem sido intensificada nos últimos anos muito por suas características físico-químicas que podem resultar, após processamento, em um material com boa resistência mecânica podendo ser destinado a aplicação em diversas áreas como a construção civil. Este trabalho objetiva a obtenção de agregados sintéticos, após processo de sinterização em reator de leito fixo. Para a produção dos agregados confeccionaram-se pelotas em betoneira a partir de uma mistura de cinza volante, argila e carvão vegetal. Após o processo de sinterização foram medidas as propriedades cerâmicas do material tais quais: porosidade, densidade e absorção de água. Para a caracterização de fases e estruturas mineralógicas do material sinterizado, utilizou-se as técnicas de difração de raios-X e Microscopia eletrônica de varredura. Desta forma a contribuição desse trabalho está direcionada a redução de impactos ambientais, em razão da possibilidade que o material produzido tem em substituir agregados naturais. / The use of such industrial waste boiler fly ash for recycling and reuse, has intensified in recent years much for its physico-chemical characteristics that may result after the processing, in a material with good mechanical strength and can be designed for use in several areas such as construction. In this paper we obtain synthetic aggregates, after sintering process in a fixed bed reactor. For the production of aggregates pellet sewed up mixer from a mixing wheel boiler ash, clay and charcoal. After the process of ceramic sintering were measured material properties such that: porosity, density and water absorption. For the characterization of phases and mineralogical structures of the sintered material, we used the techniques of X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Thus the contribution of this work is aimed at reducing environmental impacts, due to the possibility that the material produced has to replace natural aggregates.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3506.pdf: 2271432 bytes, checksum: fc1d05123fb3be32395a9e84b2da5ad8 (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / This work investigated numerical methods in the solution of mathematical models of fixed-bed reactors. For the reactors modeling and simulation, two numerical methods were used: sequencing method (SM) and finite volume method (FVM). There were also proposed two mathematical models: the pseudo-homogeneous model and the dimensionless one, which is based on the Peclet (Pe) and Biot (Bi) numbers. A horizontal-flow anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactor developed in bench scale and after a scale-up, reducing the COD in the wastewater treatment was simulated by sequencing method, varying the numbers of mesh; a tubular fixed-bed reactor with biomass immobilized for the startup period of lactic acid fermentation, also simulated by sequencing method and compared with experimental data; and was also evaluated the precision of sequencing and finite volume methods over the reactor s profile, varying the Peclet e Biot numbers. The models development was based on studies about hydrodynamics and biochemistry kinetics. Both methods described satisfactorily the behavior of the reactors in the performed simulations, but in high values of Peclet, the finite volume method generated inadequacies such as oscillatory responses and over the limit. This paper is an elucidation to sequencing method, which besides its huge range and simplicity, still is not so studied neither known, because it s a recent method. / Este trabalho investigou metodos numericos na solucao de modelos matematicos para reatores de leito fixo. Para a modelagem e simulacao dos reatores, foram utilizados dois metodos numericos: metodo da sequencia (SM) e metodo dos volumes finitos (FVM). Foram propostos dois modelos matematicos: o pseudo-homogeneo e o adimensional, sendo este ultimo baseado nos numeros de Peclet (Pe) e Biot (Bi). Um reator anaerobio horizontal de leito fixo (RAHLF) desenvolvido inicialmente em escala de bancada e posterior aumento de escala na reducao da DQO de aguas residuarias foi simulado pelo metodo da sequencia, variando-se o numero de malhas; um reator tubular de leito fixo com biomassa anaerobia imobilizada no periodo da partida da fermentacao de acido latico, tambem simulado pelo metodo da sequencia e comparado com dados experimentais; e avaliou-se a precisao dos metodos da sequencia e dos volumes finitos sobre o perfil da concentracao de um reator, variando-se os valores de Peclet e Biot. O desenvolvimento dos modelos foi baseado em estudos sobre caracteristicas hidrodinamicas do sistema e de cinetica bioquimica. Ambos os metodos descreveram satisfatoriamente o comportamento dos reatores nas simulacoes realizadas, porem em valores elevados de Peclet, o metodo dos volumes finitos gerou inadequacoes como respostas oscilatorias e superiores ao limite. Este trabalho foi uma elucidacao ao metodo da sequencia, que apesar da sua grande abrangencia e simplicidade, por ser um metodo recente, ainda e pouco estudado e conhecido.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KalyanneKPG_ate o resumo.pdf: 69797 bytes, checksum: 49f1d53a5fe82cc0c03f9f579c34a190 (MD5) Previous issue date: 2006-09-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The nanostructures materials are characterized to have particle size smaller than 100 nm and could reach 1 nm. Due to the extremely reduced dimensions of the grains, the properties of these materials are significantly modified relatively when compared with the conventional materials. In the present work was accomplished a study and characterization of the molybdenum carbide, seeking obtain it with particles size in the nanometers order and evaluate its potential as catalyst in the reaction of partial methane oxidation. The method used for obtaining the molybdenum carbide was starting from the precursor ammonium heptamolybdate of that was developed in split into two oven, in reactor of fixed bed, with at a heating rate of 5?C/min, in a flow of methane and hydrogen whose flow was of 15L/h with 5% of methane for all of the samples. The studied temperatures were 350, 500, 600, 650, 660, 675 and 700?C and were conducted for 0, 60, 120 and 180 minutes, and the percent amount and the crystallite size of the intermediate phases were determined by the Rietveld refinement method. The carbide obtained at 660?C for 3 hours of reaction showed the best results, 24 nm. Certain the best synthesis condition, a passivating study was accomplished, in these conditions, to verify the stability of the carbide when exposed to the air. The molybdenum carbide was characterized by SEM, TEM, elemental analysis, ICP-AES, TG in atmosphere of hydrogen and TPR. Through the elemental analysis and ICP-AES the presence carbon load was verified. TG in atmosphere of hydrogen proved that is necessary the passivating of the molybdenum carbide, because occur oxidation in room temperature. The catalytic test was accomplished in the plant of Fischer-Tropsch of CTGAS, that is composed of a reactor of fixed bed. Already the catalytic test showed that the carbide presents activity for partial oxidation, but the operational conditions should be adjusted to improve the conversion / Os materiais nanoestruturados s?o caracterizados por terem um tamanho de cristalito inferior a 100 nm podendo atingir 1 nm. Devido ?s dimens?es extremamente reduzidas dos cristalitos, as propriedades destes materiais s?o significativamente modificadas relativamente ?s dos materiais convencionais. No presente trabalho foi realizado um estudo de s?ntese e caracteriza??o do carbeto de molibd?nio, visando obt?-lo com tamanho de part?culas na ordem de nan?metros e avaliar seu potencial como catalisador na rea??o de oxida??o parcial do metano. O m?todo utilizado para obten??o do carbeto de molibd?nio foi a partir do precursor heptamolibdato de am?nio que foi desenvolvida em forno bipartido, em reator de leito fixo, com uma taxa de aquecimento de 5?C/min, em um fluxo de metano e hidrog?nio cuja vaz?o foi de 15L/h com 5% de metano para todos os ensaios. As temperaturas estudadas foram 350, 500, 600, 650, 660, 675 e 700?C e nos tempos de isoterma de 0, 60, 120 e 180 minutos, sendo que a determina??o das fases presentes, estrutura cristalina e tamanho de cristalitos foram obtidos por refinamento de estrutura pelo m?todo de Rietveld. O carbeto obtido a 660?C e 3 horas de rea??o foi o que apresentou menor tamanho de cristalito 24 nm. Determinada a melhor condi??o de s?ntese foi realizado um estudo de passivac?o, nestas condi??es, para verificar a estabilidade do carbeto ao ser exposto ao ar. O carbeto de molibd?nio foi caracterizado por MEV, MET, an?lise elementar, ICP-AES, TG em atmosfera de hidrog?nio e RTP. Atrav?s da an?lise elementar e ICP-AES foi verificada a presen?a de carbono livre. A TG em atmosfera de hidrog?nio comprovou que ? necess?ria a passivac?o do carbeto de molibd?nio, pois ele ? oxidado em temperatura ambiente. O teste catal?tico foi realizado na planta semipiloto de Fischer-Tropsch do CTGAS, que ? composta de um reator de leito fixo. O teste catal?tico mostrou que o carbeto apresenta atividade para oxida??o parcial, mas as condi??es operacionais devem ser ajustadas para melhorar a convers?o

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-10-13T19:12:36Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado PPEQ - Alexsandro Fausto de Araújo.pdf: 3235090 bytes, checksum: e4c74119c72ea3471a47fb36a515e632 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-13T19:12:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado PPEQ - Alexsandro Fausto de Araújo.pdf: 3235090 bytes, checksum: e4c74119c72ea3471a47fb36a515e632 (MD5) Previous issue date: 1998-11-13 / Com a crescente exigência dos mercados e da sociedade por produtos derivados do petróleo cada vez mais livres de contaminantes que prejudicam o meio ambiente e a qualidade dos mesmos, os parques de refino de petróleo vêm investindo cada vez mais em tecnologias que permitam uma produção mais limpa, rentável e econômica. Desse modo, O hidrotratamento tem assumido um papel cada vez mais importante dentro das refinarias, sendo aplicado em diversos cortes do petróleo, desde os mais leves até os mais pesados. O hidrotratamento consiste na adição de hidrogênio na carga a ser hidrotratada com o propósito de, através de reações de hidrogenação, reduzir ou eliminar os componentes contaminantes presentes na carga, como o enxofre, nitrogênio, oxigênio, olefinas, diolefinas e metais. A adição de hidrogênio é feita em cocorrente descendente, onde a carga e o hidrogênio entram misturados e pré aquecidos no topo do reator a uma razão pré-definida (Razão H2/Carga), sendo esta forma a mais utilizada em escala industrial devido aos seus inúmeros benefícios. O foco da unidade de HDT é o reator, pois é nele que os contaminantes são removidos da carga. O tipo de reator mais utilizado é o de leito fixo (Trickle Bed Reactor - TBR). A nafta é a principal matéria prima do setor petroquímico nacional, de modo que todas as unidades instaladas são baseadas nela. A partir dela são produzidos os componentes da primeira geração do setor petroquímico. O HDT de nafta ainda é um tema pouco explorado mas que vem recebendo maior importância nos últimos anos. Por isso, este trabalho foi desenvolvido sobre esse tema, construindo e simulando modelos dinâmicos de reatores de leito fixo, com alimentação em cocorrente de uma unidade reacional de HDT de nafta, composta por um reator trifásico de conversão de diolefinas, utilizado para o pré-tratamento da nafta de coqueamento retardado e dois reatores bifásicos (G-S) de HDT de nafta, dispostos em série com resfriamento por quenchs independentes entre os leitos dos reatores e entre os reatores, para a redução de teores de enxofre, nitrogênio e olefinas presentes na nafta através das reações de hidrodessulfurização, hidrodesnitrogenação e saturação de olefinas. Foram construídos dois programas em ambiente MATLAB®, um para simular o reator trifásico de conversão diolefinas e outro para os reatores bifásicos de HDT de nafta, ambos simularam correntes de alimentação de nafta com diferentes níveis de contaminação, para que fossem avaliados os efeitos. Os programas simularam os perfis dinâmicos das temperaturas das fases envolvidas e das concentrações dos contaminantes e hidrogênio. Os resultados obtidos para o reator de conversão de diolefinas e os reatores de HDT de nafta se mostraram bem coerentes com relação aos fenômenos envolvidos. O reator de conversão de diolefinas atingiu o estado estacionário aos 80 minutos e os reatores de HDT de nafta aos 2 minutos, com os teores de contaminantes próximos de zero na saída do reator. Os resultados das simulações realizadas para os dois tipos de nafta apresentaram perfis dinâmicos semelhantes diferindo apenas quanto à temperatura mais elevada atingida no início do primeiro reator de HDT de nafta no caso da nafta com maior teor de contaminação. / With the growing demand of markets and society by oil products increasingly free of contaminants that harm the environment and their quality, oil refining plants have been increasingly investing in technologies to cleaner production, profitable and economical. Thus, the hydrotreating has assumed an increasingly important role in the refinery and is used in many petroleum cuts, from the lightest to the heaviest. The hydrotreating is the addition of hydrogen in the load to be hydrotreated in order to, via hydrogenation reactions, reduce or eliminate the contaminating components present in the load, such as sulfur, nitrogen, oxygen, olefins, diolefins and metals. The addition of hydrogen is done in descending current, where load and hydrogen enter mixed and pre heated at the top of the reactor to a pre-defined (ratio H2/Oil), and this way the most used at industrial scale due to its numerous benefits. The focus of the HDT unit is the reactor, because that is where the contaminants are removed from the load. The most used type of reactor is the fixed bed (Trickle Bed Reactor - TBR). Naphtha is the main raw material of the national petrochemical industry, so that all installed units are based on it. From there, the components of the first generation of the petrochemical industry are produced. The naphtha HDT is still a subject little explored but it's getting more important in recent years. Therefore, this study was conducted on this issue, building and simulating dynamic models of fixed bed reactors with feed in cocurrente of a reactional unit of HDT naphtha, consisting of a three-phase reactor diolefins conversion, used for pretreatment naphtha delayed coking and two dual-phase reactors (G-S) naphtha HDT arranged in series with cooling by independent quenchs between beds of the reactor and between the reactors to reduce contents of sulfur, nitrogen and olefins present in the naphtha through reactions of hydrodesulfurization, hidrodesnitrogenação and saturation of olefins. Were built two programs in MATLAB®, one to simulate the three-phase reactor diolefins conversion and one for the dual-phase reactors naphtha HDT, both simulated currents naphtha feed with different levels of contamination, so that the effects are assessed. The simulated programs dynamic profiles of the temperatures of the phases involved and the concentrations of contaminants and hydrogen. The results obtained for diolefins conversion reactor and the reactors of naphtha HDT were well consistent with relation to the phenomena involved. The diolefins conversion reactor reached steady state at 80 minutes and the HDT reactors naphtha after 2 minutes, with near zero contaminant levels in the reactor output. The results of simulation performed for the two types of naphtha showed similar dynamic profiles differing only as to the highest temperature reached at the beginning of the first naphtha HDT reactor in the case of naphtha higher contamination level.

Esta pesquisa objetivou enriquecer biomassa capaz de realizar a oxidação anaeróbia do amônio (anammox) utilizando inóculo proveniente de reator nitrificante-desnitrificante, com a finalidade de estabelecer biofilme nitrificante-anammox em reator de leito fixo. O enriquecimento foi realizado em reator operado em bateladas sequenciais (RBS), com volume útil de 5 L e tempo de ciclo, inicialmente, de 56 h, e depois, sem tempo predeterminado (estratégias I e II). Após 89 dias de operação, 27,2 mg de \'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\'/L e 32,1 mg de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L foram consumidos concomitantemente. A estratégia III consistiu de batelada alimentada com ciclos de sete dias com afluente contendo 210 mg de cada composto nitrogenado. Na última estratégia (IV) a operação foi com ciclos de 24 h. Nessa etapa, a carga nitrogenada aplicada (CNA) foi aumentada de 155 g de \'N\' (\'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\' \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\')/\'M POT.3\' dia para 1.405,7 g de \'N\'/\'M POT.3\' dia com eficiências de conversão de nitrogênio de 91,7% e 98,0%, respectivamente. Essa biomassa foi inoculada em reator de leito fixo ascendente (RLF) visando estabelecimento da biomassa anammox em meio suporte (PEBD). Sob tais condições foi obtido eficiência de conversão de nitrogênio de 97,6% e carga nitrogenada removida média de 598,5 \'+ OU -\' 22,5 g \'N\'/\'M POT.3\' dia. Após estabelecimento de biomassa anammox, foi adicionado lodo ativado da indústria Volkswagen (São Carlos-SP) para formação de biofilme nitrificante-anammox. Nessa fase, a remoção de nitrogênio foi de 19,2% para CNA de 112,2 g \'N\'/\'M POT.3\' dia. A atividade anammox específica máxima foi 33,5 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/g SSV h com a biomassa submetida à 50 rpm. Paralelamente ao processo de enriquecimento, foi verificada a influência de micronutrientes em condições nitrificantes em três quimiostatos, nas seguintes condições: Q1 alimentado com meio contendo solução de micronutrientes completa, Q2 alimentado sem solução de micronutrientes e Q3 alimentado com solução de micronutrientes sem o elemento Boro (quimiostato experimental). Nas três condições a estabilidade foi atingida com 11 dias de operação com conversão média de nitrogênio amoniacal de 99 \'+ OU -\' 1,5%, 94,6\'+ OU -\' 6,3% e 93,3\'+ OU -\' 7,3%, para Q1, Q2 e Q3, respectivamente, para 79 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L afluente. Após 450 dias de operação do RBS foi constatado semelhança do clones com Brocadia anammoxidans, Planctomycetes, Proteobacteria, Chlorobi, Nitrospira, filo Chloroflexi e ao filo candidato OP 11. A composição microbiana encontrada no RLF com 139 dias de operação (final da fase anammox) foi de 48% dos clones relacionados à B. anammoxidans, 4% relacionados à Planctomycetes não cultivados, 12% relacionados à Proteobacteria, 8% relacionados à Chlorobi, 24% relacionados à Nitrospira, 4% relacionados ao filo Chloroflexi. Pode-se concluir que a biomassa aderida em PEBD selecionou positivamente microrganismos anammox e Nitrospira e negativamente aos filamentos relacionados ao filo Chloroflexi. / This research aimed to enhance biomass capable of performing anaerobic ammonia oxidation (anammox) using inoculum from nitrifying-denitrifying reactor, with the goal of establishing nitrifying-anammox biofilm in fixed bed reactor. The enrichment was performed in sequencing batch reactor (SBR), with a volume of 5 L and cycle time, initially, 56 h, and then, without pre-set time (strategies I and II). After 89 operation days, 27.2 mg \'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\'/L and 32.1 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L were consumed concomitantly. The strategy consisted of fed batch III with seven days cycles with influent containing 210 mg of each nitrogen compound. The last strategy (IV) was with 24 h/cycle. At this strategy, the nitrogen applied load (NAL) was increased from 155 \'N\' (\'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\' + \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\')/\'M POT.3\' to 1405.7 g \'N\'/\'M POT.3\' day with conversion efficiencies of 91.7% nitrogen and 98.0%, respectively. This biomass was inoculated into fixed bed reactor up (FBR) in order to establish the anammox biomass in support medium (LDPE). Under such conditions was obtained nitrogen conversion efficiency of 97.6% and nitrogen load removed an average of 598.5 \'+ OU -\' 22.5 g \'N\'/\'M POT.3\' day. After establishment of anammox biomass it was added activated sludge - Volkswagen industry (São Carlos-SP) - for nitrifying-anammox biofilm. At that stage the removaI of nitrogen was 19.2% to 112.2 g CNA \'N\'/\'M POT.3\' day. Simultaneously to enrichment process, was verified the influence of micronutrients in nitrifying conditions in three chemostats, as follows: Q1 fed with medium containing micronutrients solution complete feeds without Q2 and Q3 micronutrients solution fed micronutrients solution without the element Boron (chemostat experiment). In the three conditions stability was achieved with 11 days of operation with average conversion of ammonia nitrogen of 99 \'+ OU -\' 1.5%, 94.6 \'+ OU -\' 6.3% and 93.3 \'+ OU -\' 7.3% for Q1, Q2 and Q3 respectively for 79 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L. After 450 days of operation of the RBS was found similarity of clones with Brocadia anammoxidans, Planctomycetes, Proteobacteria, Chlorobi, Nitrospira, Chloroflexi phyla and candidate phylum OP 11. The microbial composition found in the FBR with 139 days of operation (end of anammox phase) was 48% of clones related to B. anammoxidans, 4% related to uncultured Planctomycetes, Proteobacteria related to 12%, 8% related to Chlorobi, 24% related to Nitrospira, 4% related to the phylum Chloroflexi. It can be concluded that biomass adhered to LDPE selected anammox microorganisms and Nitrospira positively, and negatively to the filaments related to the Chloroflexi phylum.