A indústria de petróleo consome grandes quantidades de água nas operações industriais de refino, especialmente para resfriamento de equipamentos e produção de vapor de água. A utilização de água nas torres de resfriamento representa uma fonte considerável de problemas ambientais, devido ao grande volume de água captado, às perdas por evaporação e ao descarte de efluentes. Por outro lado, as aplicações dos processos de separação com membranas vêm aumentando na área de recuperação e reaproveitamento de águas e correntes de processo, bem como no tratamento de efluentes. No parque industrial brasileiro há várias indústrias do ramo de petróleo que utilizam a osmose inversa para desmineralizar a água, produzindo um volume de elementos de membranas muito grande que é simplesmente descartado. Membranas de osmose inversa possuem um tempo de vida útil que varia de três a cinco anos, após esse período essas membranas são descartadas e substituídas por novas, gerando volumes de resíduos sólidos estocados nos pátios das empresas, sem qualquer utilidade. Portanto, além da geração de efluentes nos processos produtivos, outro problema ambiental que surge com a utilização de processos de separação com membranas é a geração de resíduos. O presente trabalho faz parte de um projeto que tem como objetivo estudar, junto à unidade de Utilidades da empresa Braskem UNIB, em Triunfo, a viabilidade do reaproveitamento de membranas de osmose inversa descartadas do processo de desmineralização de águas com a finalidade de reúso destas para o tratamento da corrente de purga das torres de resfriamento. Para tanto, é necessário construir, junto à empresa, uma unidade piloto a fim de se testar a possibilidade de reúso dessa corrente de água e do reaproveitamento das membranas usadas. O objetivo específico deste trabalho é a construção da unidade piloto, que inclui as etapas de projeto, aquisição, montagem e pré-operação desta unidade, além de testes preliminares de caracterização das membranas com água filtrada e com a corrente de purga. Também foram realizados experimentos em escala de bancada com as membranas descartadas do processo. Os resultados obtidos em escala de bancada foram satisfatórios, comprovando a viabilidade da aplicação deste estudo em escala piloto. Embora os resultados encontrados em escala piloto não sejam conclusivos, os testes preliminares realizados, a metodologia aplicada e as modificações sugeridas mostraram ser adequados à continuidade do projeto. O presente trabalho demonstrou ser de grande relevância, podendo proporcionar benefícios de grande alcance, uma vez que ao aumentar o tempo de vida útil das membranas pela aplicação destas para outras finalidades, obter-se-á a redução tanto da geração de resíduo industrial e de efluentes, como do volume de água captada para o processo industrial. / The petroleum industry consumes great amounts of water in its industrial operations of refining, especially for cooling and water vapor production. The water used in the cooling towers represents a considerable source of environmental problems, due to the huge volume of collected water, to the losses by evaporation and to the effluents discharge. On the other hand, the applications of the membrane separation processes are increasing in areas like recovery and reuse of water, wastewater and other process streams. In Brazil, several chemical and petrochemical companies are using reverse osmosis (RO) in the water demineralization process; RO membranes have a life time that varies from three to five years; after this period these membranes are disposed of and replaced by new ones, resulting in an industrial solid waste problem. Therefore, besides the wastewater generation, another problem that arises is the disposal of reverse osmosis membranes that have lost their efficiency. The present work is part of a major project which has been developed between Braskem and the Chemical Engineering Department of UFRGS. The main purpose of this project is to study the reuse of old membranes, discarded from the demineralization process, for the treatment of wastewater of the purge of the cooling tower. The specific objective of this work is the construction of a pilot plant to test the possibility of reuse both the wastewater and the old reverse osmosis membranes. The construction of the unit includes design, acquisition, assembly and pre-operation; besides several tests were performed, such as membrane characterization related to saline retention and permeate flux, and preliminary tests with the purge stream. Also, experiments in bench scale have been carried out to establish the feasibility of reuse discarded reverse osmosis membranes. The results obtained in bench scale provided a good insight of the technical viability of reuse, encouraging the application of this study in a pilot scale. Although the results found in pilot plant are not conclusive, the preliminary tests carried out showed that the unit is versatile allowing several tests, in different operating conditions, with different chemical products, and even with membranes from different manufactures. The present work has shown that the construction of the pilot plant has a considerable relevance, being able to provide economical and environmental benefits of great extent, by increasing the life time of the membranes, by reducing the effluent generation and diminishing the fresh water collection.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-09-21T16:38:58Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 471066 bytes, checksum: a104b7ae2eb0492e9fb828d650c20c8c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T16:38:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 471066 bytes, checksum: a104b7ae2eb0492e9fb828d650c20c8c (MD5) Previous issue date: 1999-09-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este estudo é uma contribuição ao monitoramento da poluição de ecossistemas aquáticos de áreas industrializadas de Minas Gerais. O tipo de indústria examinada no presente trabalho foi a de beneficiamento de caulim, que pode empregar, para a purificação deste mineral, elevadas quantidades de zinco. A função deste elemento neste processamento industrial é a de remover os óxidos de ferro, compostos estes considerados como uma das principais impurezas encontradas no caulim. Os efluentes industriais podem conter, além do zinco, altas concentrações de ferro e alumínio (um dos componentes do caulim). Além da contaminação por compostos inorgânicos, visou-se também avaliar a contaminação aquática proveniente de lançamentos de dejetos orgânicos. As regiões selecionadas para este estudo foram as de Mar de Espanha, Muriaé, Ubá e Vermelho Novo, que abrigam indústrias de beneficiamento de caulim. Além destas localidades, também foram examinadas outras regiões, não-contaminadas ou industrializadas com outros tipos de indústrias. Foram examinadas, quanto à contaminação, amostras coletadas de compartimentos abióticos (água, material particulado em suspensão e sedimentos) e bióticos (peixes e vegetação ribeirinha). Em amostras de água de rios, foram efetuadas determinações de pH, temperatura, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, nitrito, nitrato, fosfato, cloreto, demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio e dureza e do teor dos metais alumínio, cálcio, cádmio, chumbo, cobre, crômio, ferro, magnésio, níquel e zinco. No material particulado em suspensão e sedimentos fluviais, foram determinadas somente as concentrações dos metais anteriormente citados. Nas amostras de peixe e vegetação ribeirinha, quantificaram-se os elementos alumínio, cádmio, chumbo, cobre, crômio, ferro, níquel e zinco. Os compartimentos abiótico e biótico das localidades estudadas apresentaram, em geral, altas concentrações de ferro e zinco, o que pode ser atribuído às atividades de beneficiamento de caulim. Isto justifica a implantação do sistema de tratamento de efluentes, também, por parte das indústrias de beneficiamento de caulim. As localidades de Muriaé e Ubá apresentaram maior carga de poluição orgânica, oriunda de esgotos domésticos e comerciais. Testes preliminares, em escala de laboratório, visando à implantação de sistema de purificação de efluentes industriais, contendo metais pesados, provindos de uma indústria de galvanoplastia, foram também desenvolvidos. Com esta finalidade, preencheu-se uma coluna de vidro com material rico em matéria orgânica (vermicomposto de esterco bovino), que foi eluída com os efluentes selecionados, contendo crômio, níquel e zinco. A passagem dos efluentes através da coluna permitiu a retenção destes metais no vermicomposto, de modo que as concentrações no eluato ficaram abaixo dos limites máximos permitidos pela legislação brasileira para descargas de efluentes industriais. A proposta de utilização do vermicomposto pela indústria de galvanoplastia apresenta-se economicamente viável e de baixo custo, quando comparada com os processos convencionais de purificação de efluentes. A aquisição de vermicomposto no mercado tem custo bem razoável e abre a possibilidade de emprego, na agricultura, de matéria orgânica enriquecida com micronutrientes. / This study is a contribution to the monitoring of pollution in aquatic ecosystems of industrialized areas, in Minas Gerais State, Brazil. In this work, the kind of industry examined was the industry of benefit of kaolin that usually uses high amounts of zinc for the purification of this mineral. The function of this element in this industrial processing is removing iron oxides, which are considered one of the most common impurities found in the kaolin. The industrial water flows may contain, besides zinc, high concentrations of iron and aluminum (kaolin components). More over the contamination by inorganic compost, this work had also the aim to evaluate the aquatic contamination caused by dropping of organic dust. The selected areas for this study were Mar de Espanha, Muriaé, Ubá and Vermelho Novo, as they have industries of kaolin benefit. Over these cities, other areas were also examined, no-polluted ones or areas industrialized by other kinds of industries. Collected samples of non-biotic (water, particles in suspension and sediments) and biotic (fish and riverbank vegetation) components were examined in relation to the contamination. In samples of river water, there were made determinations of pH, temperature, electric conductivity, dissolved oxygen, nitrite, nitrate, phosphate, chloride, chemical oxygen demands, biochemical oxygen demands, hardness and the content of aluminum, calcium, cadmium, lead, copper, chrome, iron, magnesium, nickel and zinc. In the particles in suspension and fluvial sediments, they were determined only the concentrations of the metals mentioned before. In the samples of fish and riverbank vegetation, they were quantified the contents of aluminum, cadmium, lead, copper, chrome, iron, nickel and zinc. The non-biotic and biotic compartments of the studied places presented, in general, high concentrations of iron and zinc, what can be attributed to the activities of kaolin benefit. That justifies the installation of the system for water flow treatment by the industries of kaolin benefit. Muriaé and Ubá cities presented larger amount of organic pollution, which came from domestic and commercial sewers. Preliminary tests were also developed, in laboratory scale, having the aim to install a system to purify industrial water flow presenting heavy metals from galvanizing industry. With this purpose, a glass column was filled with rich material in organic matter (humus of bovine manure), that it was watered with the water of selected flows having chrome, nickel and zinc. The flux of contaminated water through the column allowed the retention of these metals in the organic matter, so that the resultant concentrations rested under the maximum limits allowed by the brazilian legislation for industrial discharges. When compared with the conventional processes of water flow purification, the proposing plain of using vermicompost for the galvanizing industry is economically viable and of low cost. The vermicompost acquisition in the local commerce has a very accessible cost and it opens the possibility of using organic matter, enriched with micronutrients, in agriculture.

O couro é um produto que tem uma crescente demanda mundial. O Brasil possui o maior rebanho comercial bovino do mundo, sendo um dos principais produtores e exportadores de couro a nível mundial. Assim, esse setor é um dos motores da economia do país. No estado do Rio Grande do Sul, essa indústria tem particular importância no desenvolvimento socioeconômico da região. No processo produtivo, a etapa de tingimento é importante para o acabamento do produto, empregando-se uma variedade de corantes para conferir cor uniforme e tonalidade de interesse aos artigos. No entanto, apenas uma porcentagem do corante fixa-se no couro, e uma quantidade residual fica no efluente. Nos ecossistemas, os corantes podem virar uma ameaça para o meio ambiente e a saúde humana. Os tratamentos físicos e químicos usuais desses efluentes são muitas vezes caros e complexos e têm limitações para o tratamento de certos compostos que, algumas vezes, não são totalmente removidos. Isso pode gerar problemas ambientais posteriores. No presente estudo, foi avaliado o potencial de fungos de podridão branca coletados na cidade de Santa Cruz do Sul, RS, para descolorir corantes para couro. O isolado SC10, caracterizado morfologicamente dentro do gênero Trametes, demonstrou a sua capacidade para produzir enzimas ligninolíticas extracelulares e para descolorir quatro corantes em meio sólido. Numa avaliação secundária em meio de cultura líquido, o isolado removeu 96,07 ± 0,56%, 90,96 ± 0,49%, 83,90 ± 0,57% e 95,88 ± 0,61% dos corantes Azul 161, Marrom 414, Preto 210 e Vermelho 357, respectivamente. Ensaios adicionais com o corante Vermelho 357, realizados para elucidar os mecanismos de descoloração, mostraram níveis notáveis de lacase durante o tratamento (2327,4 ± 144,0 UL-1), o que sugere o envolvimento dessa enzima na remoção do corante. Contudo, o mecanismo de biossorção também esteve associado à descoloração. Avaliações do efeito das condições operacionais mediante métodos monovariáveis demonstraram que os melhores rendimentos de descoloração obtiveram-se com maior agitação, 150-200 rpm, menor concentração de corante, 100-300 mg L-1, e na faixa de temperatura entre 25 a 30 Cº. O pH ideal esteve na faixa de 4,5 a 5,5, entretanto, um pH alcalino não influenciou nos rendimentos de descoloração. O uso de um planejamento experimental Delineamento Composto Central Rotacional e a aplicação da Metodologia de Superfície de Resposta, confirmaram os efeitos significativos da temperatura, da agitação e da concentração inicial de corante. A aplicação do ponto ótimo (25 °C, 100 mgL-1 de corante, pH 4,5 e 200 rpm) permitiu atingir 96,58 ± 0,61% de descoloração e 2549,63 ± 61,49 UL-1 de atividade lacase. Finalmente, o isolado SC10 foi identificado como Trametes villosa, mediante uma análise molecular da região ITS1-5.8S-ITS2. Esse fungo é considerado um bom candidato para o tratamento de águas residuais poluídas com corantes e banhos de tingimento da indústria coureira. / Leather is a product with growing global demand. Brazil has the largest herd in the world and is one of the leading manufacturers and exporters of leather in the world. So this sector is an economic engine for this country. In State of Rio Grande do Sul, this industry has particular importance in the socioeconomic development of the region. Dyeing is an important step in leather manufacture process, in which different classes of dyes are used to provide a uniform color and a variety of hues in the product. However, many dyes suffer from incomplete exhaustion and a portion does not get fixed to the leather and is discharged with the effluent, which can become a threat to the environment and human health. Dye-containing wastewater is regularly treated by chemical and physical-chemical treatment processes but, due to the low biodegradability of dyes, these systems are usually complex, increase costs and/or present limited applicability. Sometimes, the dyes are not totally removed or degraded, which can lead to further environmental problems. Hence in the present study, an attempt has been made to assess the potential of native white-rot fungi, collected in Santa Cruz do Sul – RS, to decolorize tannery dyes. An isolate, strain SC10, was identified as a member of genus Trametes based on the morphological characteristics. In a first screening, this strain showed their ability to produce extracellular ligninolytic enzymes and decolorize four leather dyes in solid medium. In a secondary screening in liquid culture, the isolated removed 96.07 ± 0.56%, 90.96 ± 0.49%, 83.90 ± 0.57% and 95.88 ± 0.61% of Acid Blue 161, Acid Brown 414, Acid Black 210 and Acid Red 357, respectively. Additional tests with Acid Red 357, conducted in order to elucidate the mechanism involved in the dye decolorization process, showed remarkable levels of laccase activity (2327.4 ± 144.0 UL-1), suggesting the involvement of this enzyme on dye removal. However, the mechanism of biosorption was also associated with the decolorization process. Assessments of the effects of operating conditions, by single-variable method, indicated that the higher decolorization was reached with initial dye concentration at 100-300 mgL-1, pH at 4.0-5.0, temperature at 25-30 °C and agitation speed at 150-200 rpm. These, except initial pH, were all found to be important from dye removal. Actually, alkaline pH values did not affect the decolorization. Additionally, these operational factors were studied and optimized by using a Central Composite Design (CCD) and Response Surface Methodology (RSM). The maximum decolorization of 96,58 ± 0,61% and laccase activity of 2549,63 ± 61,49 UL-1 were obtained at optimum conditions: concentrations initial of dye 100 mgL-1, pH 4,5, temperature 25 °C and agitation 200 rpm. Further, the SC10 strain was identified as Trametes villosa based on ITS2-ITS1-5.8S rDNA gene sequence analysis. This fungus is considered a good candidate for the treatment of dye polluted wastewater from leather industry.

O trabalho desenvolvido analisou a sorção de íons Cu++, Zn++ e Ni++ por um rejeito do beneficiamento do carvão (rejeito piritoso) do Rio Grande do Sul e sua separação da solução por flotação por ar dissolvido (FAD). Esta técnica, denominada flotação de partículas sorventes (FPS), foi estudada como alternativa para a remoção-separação desses metais pesados dissolvidos em soluções sintéticas diluídas e efluentes industriais, em nível de laboratório. A flotação de partículas sorventes envolve a remoção dos íons metálicos na forma sorvida em um sólido, que apresenta boas características sorventes (absorventes e adsorventes) e de flotação. As vantagens desta nova técnica são o baixo custo do material sorvente (basicamente manuseio e transporte) e a utilização do processo de separação com microbolhas, FAD, altamente consagrado. A alternativa em estudo visa à remoção de íons de metais pesados comumente encontrados em efluentes de galvanoplastias, em uma etapa de “polimento” anterior ao despejo final destes. Utilizando a técnica de projeto de experimentos (fatorial 23 (cubo), pontos externos (estrela) e quatro pontos centrais), foram estudados os parâmetros de processo pH, concentração de sólido sorvente e tempo de sorção. O ajuste ótimo para estes parâmetros foi identificado com o uso da função de perda quadrática multivariada. A eficiência do processo de remoção dos íons Cu++, Zn++ e Ni++ (2 mg/L cada) foi maior em pH 10,2, 500 mg/L de sólido sorvente e tempo de reação de 7 min e a separação do sistema particulado sorvente por FAD alcançou índices de remoção entre 90 e 100%. Os resultados obtidos permitiram diminuir os níveis iniciais dos íons dissolvidos em solução, normalmente a concentrações abaixo dos padrões de emissão controlados pela Fundação de Proteção Ambiental do Rio Grande do Sul (FEPAM). Foram estudados os parâmetros químicos (concentração de reagentes coletor e floculante) e operacionais (taxa de reciclo e pressão de saturação) da FAD, assim como o efeito dos íons cianeto como solutos interferentes no sistema e a recirculação do sorvente. Pressões de saturação acima de 3,5 atm e taxas de reciclo de 20% possibilitaram a remoção praticamente completa (>99%) dos íons metálicos, mostrando que a técnica de flotação de partículas sorventes atua de forma plenamente satisfatória como processo de polimento final de efluentes contendo metais pesados dissolvidos. / The removal of Cu, Zn and Ni ions from diluted solutions and industrial wastewaters, by the adsorptive particulate flotation process (APF), was studied at laboratory scale. This technique involves two stages: the sorption of ions onto a suitable sorbent material and flotation for the solid/liquid separation. The sorbent used in this work corresponded to a coal beneficiation tailing material (pyritic tailing) from coal industry of Rio Grande do Sul and the flotation process applied was dissolved air flotation (DAF). The advantages of the technique APF are the low cost of the sorbent (basically handling and transport) and the employment of DAF, method of separating particles with micro-bubbles that has been recognized since the early 1900s. The objective of this study was the removal of heavy metal ions commonly encountered in liquid effluents as a polishment stage treatment. The process efficiency was evaluated in terms of residual turbidity, separation rate and final ions concentrations after solution treatment. Using the technique of experimental design (23 factorial (cube), external points (star) and central points) , several process parameters such as pH, pyritic tailing concentration and reaction time were studied. The optimum set for these process parameters was identified using a multivariate loss function. The results showed that the best performance (maximum ions removal) was achieved when solution pH is greater that 10, with sorbent concentration of about 500 mg/L and a reaction time of 7 min. The study of process and operating parameters showed that the removal of heavy metals ions using 20 % of recycle ratio and saturator pressures above 3,5 atm was almost complete (> 99%). Finally, interference by cyanide ions in the metal sorption by the sorbent and the pyritic tailing recycle were studied in detail.

A geração de efluentes industriais contendo corantes consiste em um importante problema ambiental a ser resolvido. Neste contexto, o presente trabalho tem o objetivo de estudar a descoloração de soluções aquosas contento o corante Rodamina B em soluções aquosas através dos processos de fotólise direta (UV), degradação por peróxido de hidrogênio (H2O2), fotólise química (UV/H2O2), Fenton (Fe2+/H2O2) e foto-Fenton (Fe2+/H2O2/UV). Experimentalmente, soluções de concentração de 20 mg.L-1 de Rodamina B foram submetidas a diferentes condições oxidantes, sendo analisadas as descolorações após cada experimento através de espectroscopia UV-Vis no decorrer do tempo. Os processos de fotólise e degradação por peróxido de hidrogênio apresentaram descolorações muito baixas quando utilizados isoladamente. Quando combinados, o melhor resultado encontrado foi para 14,4 mmol.L-1 de peróxido de hidrogênio, que forneceu uma descoloração de 69,85% em 2 horas de reação. Foi alcançada descoloração completa nos processos Fenton e foto-Fenton. A melhor condição de reação encontrada para ambos os processos foi para concentração inicial de 0,53 mmol.L-1 de peróxido de hidrogênio. Para tal concentração inicial de peróxido, a melhor concentração inicial de Fe2+ encontrada foi de 0,11 mmol.L-1 (relação H2O2: Fe2+ de 5:1) para o processo Fenton e de 0,05 mmol.L-1 (relação H2O2: Fe2+ de 10:1) para o processo foto-Fenton. As análises de Carbono Orgânico Total (COT) apresentaram redução de 23,9% para o processo Fenton e 28,7% para o foto-Fenton. / This work aims to study the decolorization of the dye Rhodamine B in water solutions by Advanced Oxidation Processes like direct photolysis (UV), hydrogen peroxide degradation (H2O2), chemical photolysis (UV/H2O2), Fenton (Fe2+/H2O2) and photo-Fenton (Fe2+/H2O2/UV). Solutions with concentration of 20 mg.L-1 of Rhodamine B were treated in different conditions, and the decolorizations of each experiment were analyzed by spectroscopy UV-Vis during the time. Photolysis processes and hydrogen peroxide degradation showed insignificant when used singly. When combined, the best result found was for hidrogen peroxide initial concentration of 14.4 mmol.L-1, which decolorization was 69.85% in 2 hours reaction. Total decolorization was observed for Fenton e photo-Fenton processes. The best reaction condition found for boths processes was in initial hydrogen peroxide of 0.53 mmol.L-1. With this hydrogen peroxide initial concentration, the best Fe2+ initial concentration was 0.106 mmol.L-1 (H2O2:Fe2+ ratio of 5:1) for Fenton and 0.053 mmol.L-1 (H2O2:Fe2+ ratio of 10:1) for photo-Fenton process. The TOC analysis present reduction of 23.9 % for Fenton reaction and 28.7% for photo-Fenton reaction.

O soro de leite é produzido indiretamente na produção de laticínios em grandes volumes, e na maioria das indústrias brasileiras é encarado como um efluente, que quando não tratado gera um sério problema ambiental. A identificação de alternativas para um adequado aproveitamento do soro de leite é de fundamental importância em função de sua qualidade, do seu volume e de seu poder poluente. Ao mesmo tempo, o processamento do soro em produtos diversos contribui para a melhoria do meio ambiente e proporciona ganhos às indústrias. O objetivo geral deste trabalho é a melhoria na utilização do soro de leite pelas indústrias de laticínios, desta forma, diminuir a poluição gerada por este setor e agregar valor ao subproduto da produção de queijo. Para alcançar esta meta, foram testados diferentes processos de separação com membranas (PSM) que podem ser utilizados isoladamente ou de modo combinado, para separar os diversos componentes do soro de leite, e, assim realçar as suas propriedades específicas. A partir de uma solução de soro de leite, tratada por ultrafiltração (UF) associada à diafiltração (DF) obteve-se duas correntes: o concentrado, com alto teor proteico, e o permeado, composto de lactose e sais. O permeado obtido na primeira etapa (UF/DF) foi tratado com sistemas de membranas (eletrodiálise - ED) para obter uma fração rica em lactose, com baixa concentrações de sais. O objetivo é gerar um produto com elevada concentração e pureza de lactose, para ser utilizado em indústrias de alimentos, biotecnológica e farmacêutica. Diferentes soluções de eletrodos foram testadas para melhorar a eficiência do processo de ED. O efluente final, água e sais – oriundos da ED, foi tratado com osmose inversa (OI) visando a recuperação de água livre de sais e da corrente rica em sais no processo resultando desta forma em um descarte mínimo de efluentes. Ainda, foram realizados experimentos de fracionamento das proteínas de soluções de soro de leite reconstituído, in natura e concentrados proteicos. Esta etapa é conveniente, pois propriedades específicas das proteínas muitas vezes não são percebidas no soro e em concentrados proteicos, devido as interações de proteínas específicas com outros componentes. Paralelamente, estudos de simulação numérica do fracionamento das proteínas do soro do leite foram realizados com o intuito de verificar características do escoamento. Adicionalmente, foi necessária a caracterização das membranas por medidas de retenção, para compreensão de características das membranas de UF. Os resultados mostram que os processos de separação por membranas são adequados para o fracionamento dos componentes do soro de leite: cerca de 70% da proteína, 90% da lactose e 50% da água foram recuperados. / Whey is indirectly produced in the manufacture of dairy products in large volumes, and most of the brazilians industries still considers as an effluent, when untreated causes a serious environmental problem. The identification of alternatives for a suitable use of whey has a fundamental importance because its quality, volume and high organic load. At the same time, the processing of various whey products contributes to the improvement of the environment and provides gains to industries. The overall objective in this work is to improve the use of whey by the dairy industry, and this way, reduce pollution generated by this sector and add value to byproduct of cheese production. To achieve this objective different processes of separation with membranes were testing, that can be used isolate or in combination, to separate the various components of whey in order to improve their specific properties. Since a solution of whey treated by ultrafiltration (UF) associated with diafiltration (DF) was obtain two streams: the concentrate: with high protein concentration and the permeate: consisting of lactose and salts. The permeate of the first stage (UF/DF) was treated with membrane systems (electrodialysis - ED) to obtain a fraction rich in lactose and lower salt concentrations. The objective is to generate a product with high purity and concentration of lactose, to be used in food, biotechnology and pharmaceutical industries. Different electrodes solutions were test to improve the efficiency of ED. The final effluent, water and salt (from the ED), was treated with reverse osmosis (RO) to recovery free water of salts and a rich salts stream, and, consequently, minimize the generation of effluents. In addition, experiments were performed for the fractionation of whey proteins. For these were use solutions: reconstituted whey, fresh whey and whey protein concentrate. This step is necessary because the specific properties of proteins are not often perceived whey and protein concentrates, due to interactions of proteins with other components. In parallel, numerical simulation studies of the whey proteins fractionation were performed in order to determine flow characteristics. Additionally, it was necessary to characterize UF membranes by retention measures for understanding its characteristics. The results shows that membrane separation processes are appropriate for the fractionation of whey components: about 70% protein, 90% lactose and 50% of water were recovered.

As microalgas são uma alternativa ecológica e economicamente viável para o tratamento de efluentes industriais, já que são capazes de assimilar compostos como nitrogênio, fósforo e carbono. Em consequência ao potencial para o tratamento de efluentes há a geração de biomassa que pode ser utilizada para a fabricação de produtos com valor agregado, como os biocombustíveis. Assim, neste trabalho, avaliou-se a viabilidade de crescimento e produção de biomassa microalgal em águas residuais de curtume, sem tratamento prévio e sem adição de nutrientes. Objetiva-se, com tais experimentos, verificar a capacidade de remoção de contaminantes deste efluente, bem como composição microalgal em proteínas, lipídios e carboidratos para subsequente utilização. Inicialmente, verificou-se a influência da intensidade luminosa e da concentração do efluente de curtume na produção da biomassa da Scenedesmus sp., e na remoção de poluentes tais como nitrogênio amoniacal, fósforo e demanda química de oxigênio pela microalga. A microalga foi cultivada em efluente bruto de curtume sem tratamento prévio, coletado diretamente da etapa de ribeira, sob diferentes concentrações (entre 20% e 100%) e intensidade luminosa (entre 80 e 200 μmol photons.m−2.s−1) com temperatura de 25 °C e aeração constante. Este estudo demonstrou que a concentração de efluente e a intensidade luminosa influenciaram positivamente na quantidade de biomassa produzida, bem como na remoção de nitrogênio amoniacal e fósforo e DQO. Em um segundo passo, cultivaram-se as microalgas Scenedesmus sp. e Chlorella sp. em fotobiorreatores airlift de 3 L, contendo diferentes concentrações de efluente bruto de ribeira de curtume (25%, 50% e 100%), sob intensidade luminosa de 200 μmol photons.m−2.s−1, à temperatura ambiente (25 °C), durante 20 dias. Nos cultivos com a microalga Scenedesmus sp. foi observada máxima concentração de biomassa de 1,75 g.L-1 e elevadas remoções de nitrogênio total - NT (91,68%), nitrogênio amoniacal - NH3-N (94,36%), fósforo - PO4-P (97,33%), carbono inorgânico - CI (93,56%) e demanda química de oxigênio - DQO (66,64%). Elevados teores de lipídios (27,14%) e carboidratos (34,17%) também foram verificados. Os resultados obtidos a partir dos cultivos com a Chlorella sp. apresentaram máxima concentração de 1,64 g.L-1. Além disso, foram observadas remoções de NT (91,59%), NH3-N (93,57%), PO4-P (98,10%), CI (89,46%), DQO (71,20%) e DBO (37,87%). Na composição da biomassa observou-se elevados teores de lipídios (25,46%) e carboidratos (36,36%). Na análise do perfil dos ácidos graxos, os biodieseis etílicos produzidos a partir dos lipídios das microalgas Scenedesmus sp. e Chlorella sp. apresentaram estabilidade oxidativa, devido ao grau de saturação. Assim estes estudos demonstraram que o processo combinado de tratamento de efluentes na conversão de biomassa de microalgas oferece muitos méritos ambientais com a produção de produtos de valor agregado, como o biodiesel. Neste estudo também investigou-se a recuperação da biomassa utilizando agentes coagulantes/floculantes inorgânicos (cloreto férrico e sulfato de alumínio) e taninos vegetais orgânicos (Tanfloc SL, Tanfloc SG e Tanfloc SH). Além disso, também foram analisados os efeitos das condições operacionais sobre o teor de lipídios nas microalgas e na composição de ácidos graxos do biodiesel produzido a partir dos lipídios. Verificou-se elevada eficiência de recuperação de biomassa de aproximadamente 98% para as microalgas Scenedesmus sp. e Chlorella sp. utilizando o tanino vegetal Tanfloc SH e ainda não foi observado alteração no conteúdo de ácidos graxos em FAEE com o uso do tanino floculante. A fim de maximizar a produção de energia obtida através das microalgas e reduzir os custos totais dos processos e do tratamento de resíduos, a biomassa residual gerada a partir da síntese do biodiesel foi utilizada como um adosorvente alternativo do corante Acid Blue 161 (AB-161) utilizado amplamente na indústria coureira. A biomassa foi caracterizada por técnicas analíticas de FTIR, MEV, BET, BJH e potencial zeta. As quantidades máximas de corante AB-161 adsorvido foram de 75,78 mg.g-1 a 25 °C e de 83,2 mg.g-1 a 40 °C. No tratamento de águas residuais de curtumes reais, os resultados mostram que a utilização da biomassa residual (após extração dos lipídios) como adsorvente, reduziu significativamente a concentração de corante (76,65%), carbono orgânico total - COT (50,78%) e nitrogênio total - TN (19,80%). / Microalgae are an ecologically and economically viable alternative for the industrial wastewater treatment, since they are able to assimilate compounds such as nitrogen, phosphorus and carbon. As a consequence of the potential for the treatment of wastewater, there is the generation of biomass that can be used for the production of value-added products, such as biofuels. Thus, in this work, it was evaluated the viability of growth and production of microalgal biomass in tannery wastewater, without previous treatment and without addition of nutrients. The objective of these experiments was to verify the bioremediation capacity to remove contaminants from this effluent, as well as microalgal composition for subsequent use. The influence of light intensity and concentration of tannery effluent on Scenedesmus sp. biomass production, as well as the removal of pollutants such as ammoniacal nitrogen, phosphorus and chemical oxygen demand from the microalga were verified. The microalga was cultivated in raw wastewater from untreated tannery collected directly from the beamhouse stage under different concentrations (between 20% and 100%) and light intensity (between 80 and 200 μmol photons.m−2.s−1) with a temperature of 25°C and constant aeration. In a second step, the microalgae Scenedesmus sp. and Chlorella sp. were grown in 3 L airlift photobiororators, containing different concentrations of raw tannery wastewater (25%, 50% and 100%), under light intensity of 200 μmol photons.m−2.s−1, at temperature (25°C) for 20 days. In the cultures with the Scenedesmus sp. microalgae, a maximum biomass concentration of 1.75 g.L-1 and high removals of total nitrogen (NT) (91.68%), NH3-N (94.36%), phosphorus - PO4-P (97,33%), inorganic carbon - CI (93,56%) and chemical oxygen demand - COD (66,64%). High levels of lipids (27.14%) and carbohydrates (34.17%) were also observed. The results obtained from the cultures with Chlorella sp. presented a maximum concentration of 1.64 g L-1. In addition, NT (91.59%), NH3-N (93.57%), PO4-P (98.10%), CI (89.46%), COD (71.20%), and BOD (37.87%) removals were observed. The composition of the biomass showed high levels of lipids (25.46%) and carbohydrates (36.36%). In the analysis of the fatty acid profile, the ethylic biodiesel produced from the lipids of the microalgae Scenedesmus sp. and Chlorella sp. presented oxidative stability due to the degree of saturation. Thus these studies have shown that the combined process of effluent treatment in the conversion of microalgae biomass offers many environmental merits with the production of value-added products, such as biodiesel. This study also investigated biomass recovery using inorganic coagulants / flocculants (ferric chloride and aluminum sulfate) and organic vegetable tannins (Tanfloc SL, Tanfloc SG and Tanfloc SH). In addition, the effects of operating conditions on lipid content in microalgae and on the fatty acid composition of biodiesel produced from lipids were also analyzed. There was a high biomass recovery efficiency of approximately 98% for the microalgae Scenedesmus sp. and Chlorella sp. using Tanfloc SH and it was not observed any alteration in fatty acid content in FAEE with the use of flocculent tannin. In order to maximize energy production through microalgae and reduce the total costs of waste treatment processes and treatment, the residual biomass generated from the biodiesel synthesis was used as an alternative adder of the Acid Blue 161 dye (AB-161) widely used in the hull industry. Biomass was characterized by analytical techniques of FTIR, MEV, BET, BJH and zeta potential. The maximum amounts of adsorbed AB-161 dye were 75.78 mg.g -1 at 25 °C and 83.2 mg.g -1 at 40 °C. The results showed that the use of residual biomass (after lipid extraction) as adsorbent significantly reduced the concentration of dye (76.65%), total organic carbon (TOC) (50.78%) and total nitrogen - TN (19.80%).

A galvanoplastia está entre os processos industriais que mais descartam contaminantes no meio ambiente. Os efluentes gerados contêm elevada carga de metais e sais que necessitam ser tratados, para a recuperação da água e a concentração dos produtos químicos, possibilitando suas reutilizações no processo. Novas tecnologias para o tratamento de efluentes contaminados com metais estão sendo pesquisadas e a eletrodiálise (ED) tem se mostrado eficiente para a recuperação da água e a concentração de eletrólitos. Neste método eletroquímico de separação por membranas, as espécies iônicas em solução são transportadas através de membranas íon-seletivas pela aplicação de um campo elétrico, o que possibilita a separação de cátions e ânions, com a vantagem de remover os metais contaminantes e, simultaneamente, recuperar a água. Um parâmetro importante a ser avaliado é o transporte dos íons através das membranas, o qual foi analisado no presente trabalho por meio da utilização da técnica de caracterização eletroquímica denominada cronopotenciometria, onde um pulso de corrente é aplicado entre dois eletrodos dispostos nas extremidades de uma célula eletroquímica e a queda do potencial através da membrana é medida.O foco deste estudo foi a aplicação de correntes abaixo e acima da corrente limite, obtidas por meio das curvas corrente-potencial (CVC), com a utilização de sistemas em bancada e piloto, para o tratamento de águas de lavagem dos processos de zincagem eletrolítica ácida e soluções sintéticas com e sem a presença de aditivos. Foram empregadas membranas comerciais fornecidas pela Hidrodex® (catiônica - HDX 100 e aniônica - HDX 200). Os resultados obtidos mostraram que a ED mostrou-se eficaz para a remoção dos íons metálicos e para a recuperação da água, removendo no mínimo 98% dos contaminantes nos ensaios realizados com diferentes densidades de corrente. / The metalfinishing process is one of the industrial processes with the highest disposal of contaminants in the environment. The produced waste contains a high level of metals and salts and requires treatment, in order to reuse chemicals and water in the process. New technologies for the treatment of waste contaminated by metals are being researched and the electrodialysis (ED) has been found effective to water recovery and electrolyte concentration. In this electrochemical membrane separation process, the ionic species in solution are transported through ion-exchange membranes by applying an electric field, which allows the separation of cations and anions. This process has the advantage of removing metals, recovering, at the same time, water. One important parameter to be assessed is the transport through the membranes, which has been analyzed in this study by using the electrochemical characterization technique called chronopotentiometry. In this process, a current pulse is applied between two electrodes positioned on the extremities of an electrochemical cell and the potential drop through the membrane is measured. The study focus was the use of currents below and above the limit current, which were obtained through the current-potential curves (CVC). Bench and pilot systems were used for the treatment of the washing waters used in the processes of acid zinc electroplating and synthetic solutions with and without the presence of additives. Commercial membranes provided by Hidrodex™ (cation membrane - HDX 100 and anion membrane - HDX 200) were used. The results have shown that the electrodialysis is efficient for the removal of metallic ions and for the recovery of water. The trials performed with different current densities showed that the electrodialysis removed at least 98% of the contaminants.

A presente dissertação de mestrado apresenta estudos teórico-experimentais das propriedades e características interfaciais de nanobolhas, investigando os mecanismos de geração e suas aplicações em flotação de quartzo e precipitados coloidais de amina, como modelos de partícula mineral e soluto aquo poluente. A geração das nanobolhas foi realizada por despressurização de ar dissolvido em água, possibilitando a descoberta de uma fração de nanobolhas (120 - 720 nm), além de microbolhas (40 - 100 m) na antiga técnica, que deu origem à flotação por ar dissolvido (FAD). O estudo das propriedades interfaciais (potencial zeta) e tamanho das nanobolhas foi realizado em função do pH do meio, utilizando NaCl como eletrólito suporte, na presença dos surfactantes aniônico (Dodecil Sulfato de Sódio - SDS) e catiônico (alquil metil éter monoamina - Flotigam EDA 3B). Os resultados de caracterização mostraram que tanto o tamanho quanto o potencial zeta dependem do pH do meio. Os maiores tamanhos de nanobolhas (720 nm) foram encontrados próximos ao ponto isoelétrico (pie = 4,5), onde essas bolhas encontram-se praticamente neutras (+ 5 mV). Por outro lado, quanto maior a densidade de carga das nanobolhas (+ 22 mV) menores são os tamanhos resultantes, principalmente em pH´s baixos (pH = 2,0; tamanho = 120 nm). Da mesma forma, em meio alcalino (pH 10), foi observado um aumento significativo da carga negativa das bolhas (-59 mV). A capacidade de flotação das nanobolhas (120 – 720 nm) isoladas ou misturadas com macrobolhas (0,4 – 0,8 mm) foi avaliada para partículas de quartzo em diferentes faixas granulométricas. Para estes estudos, foram empregados diferentes sistemas de flotação, utilizando um tubo de Hallimond modificado para geração das macrobolhas, na presença e na ausência de nanobolhas. Os resultados mostraram que as nanobolhas isoladas não são capazes de flotar as partículas de quartzo, devido à baixa capacidade de carregamento dessas bolhas pequenas. Entretanto, em conjunto com as macrobolhas, foram responsáveis por aumentar significativamente a flotação de partículas finas (<37 m) em cerca de 20% quando comparado às macrobolhas isoladas. Porém, essa mesma eficiência não foi obtida na recuperação das partículas grossas (> 212 m). Os precipitados coloidais de amina foram caracterizados por medidas de turbidez nefelométrica, com o objetivo de investigar a formação dessas espécies em função da concentração de amina utilizada. Com isso, verificou-se que os colóides de amina são formados em meio alcalino (insolubilização) a partir de concentração 10-3 mol. L-1, pH >10,5 e após 30 min. As medidas de tamanho e potencial zeta, em função do pH do meio, mostraram que os colóides formados apresentaram tamanhos na ordem de nanômetros (120 – 350 nm), sendo que o máximo crescimento foi obtido próximo ao ponto isoelétrico (pH 11). Foram realizados estudos de flotação dessas espécies coloidais de amina em diferentes sistemas e, além disso, foi avaliado o efeito da floculação desses colóides previamente à flotação. Os resultados da remoção dos precipitados coloidais de amina revelaram que as nanobolhas isoladas foram altamente eficientes, atingindo valores de remoção em torno de 80%. Por sua vez, as microbolhas em mistura com as nanobolhas não apresentaram valores significativos de remoção das espécies coloidais. Ainda, a floculação dessas espécies realizada previamente à flotação revelou que, para concentrações menores de amina, a formação de flocos foi eficiente aumentando a remoção das espécies coloidais. Por outro lado, para maiores concentrações, a eficiência da remoção foi diminuída quando comparada à flotação realizada sem floculação. Embora não exista uma legislação específica para o controle desses poluentes de aminas, os resultados de remoção obtidos (concentração residual final de 10 ppm) mostram-se eficientes quando comparados às concentrações comumente encontradas em efluentes de mineração (22 - 30 ppm). A partir dos resultados obtidos na presente dissertação, as propriedades interfaciais das nanobolhas, bem como a sua aplicação para flotação de partículas minerais e poluentes foram melhor elucidadas. Em função do potencial observado, acredita-se que essas informações possam ser empregadas para o desenvolvimento de pesquisas avançadas com nanobolhas. Finalmente, o estudo aponta sobre a necessidade da implantação de um padrão de emissão das aminas empregadas na flotação de minério de ferro, a fim de minimizar os impactos ambientais relacionados a esta atividade. / The present dissertation deals with a theoretical/experimental study including nanobubbles properties and interface characteristics, researching the generation mechanisms and its applications in flotation of quartz particles and colloidal precipitates, as mineral particles and aquo pollutants model. The nanobubbles generation was conducted by depressurization of dissolved air in water, proving a finding of the nanobubbles fraction (120 - 720 nm), aside from microbubbles (40 - 100 m) in this technique that gave rise to dissolved air flotation (DAF). The nanobubbles interfacial properties study (zeta potential and size) were carried as a function of medium pH, using NaCl as a support eletrolyte, and in the presence of the anionic surfactant (sodium dodecyl sulphate – SDS) and cationic (Alquil methyl ether monoamine - Flotigam EDA 3B). The characterization results showed that both size and zeta potential depends of the medium pH. The bigger size of the nanobubbles was found next to the isoelectric point (iep = 4.5), where its practically neutral (+ 5 mV). In opposite, for higher density nanobubbles charge, smaller will be the sizes, mostly in acid pH´s (pH = 2.0; size = 120 nm). Similarly, in alkaline medium (pH 10), it was observed a significant increase of the negative charge of nanobubbles (-59 mV). The flotation capacity of the nanobubbles (120 – 720 nm) isolated or mixed with coarse bubbles (0.4 – 0.8 mm) was evaluated for quartz particles in different size fractions. For these studies were employed different conditions and cells (setups), applied a modified Hallimond tube to coarse bubbles generation in the presence and the absence of nanobubbles. The results showed that flotation with single nanobubbles was not effective due to their very low lifting power. However, flotation recoveries with coarser and nanobubbles when compared to isolated coarse bubbles were 20-30 % higher only for the very fine quartz fractions (<37 μm) and did not affect the coarse particles (> 212 μm). The amine colloidal precipitates species were characterized by nephelometer turbidity, with the aim of investigating, the formation of these species as a function of amine concentration used. Hence, it was found that the amine colloids were formed in the alkaline medium (insolubilization) only from 10-3 mol. L-1, pH >10.5 and after 30 min. The size and zeta potential measured as a function of the medium pH showed that formed colloids had nanometrics sizes (120 – 350 nm), whereby these species grow to a maximum at the isolectric point (pH 11). Flotation studies of these colloids species was carried out in differents flotation systems and, in addition it was evaluated its flocculation effect before the flotation. The removal results of the precipitates species revealed that the isolated nanobubbles were highly efficient, reaching removal values close to 80%. In its turn, the microbubbles mixed with nanobubbles not showed significant values to the colloidal species removal. In addition, its flocculation before the flotation demonstrated that for lowest concentration of amine the flocks formation was efficient, increasing the removal of the colloidal species. On the other hand, for higher concentrations of amine the removal efficiency was decreased when compaired with the flotation without flocculation. Although, there is not specific legislation to control these amines pollutants, the removal results obtained (final residual concentrations of 10 ppm) showed efficient when compaired with the common concentrations found in mineral effluents (22 - 30 ppm). and zeta potential measured as a function of the medium pH showed that formed colloids had nanometrics sizes (120 – 350 nm), whereby these species grow to a maximum at the isolectric point (pH 11). Flotation studies of these colloids species was carried out in differents flotation systems and, in addition it was evaluated its flocculation effect before the flotation. The removal results of the precipitates species revealed that the isolated nanobubbles were highly efficient, reaching removal values close to 80%. In its turn, the microbubbles mixed with nanobubbles not showed significant values to the colloidal species removal. In addition, its flocculation before the flotation demonstrated that for lowest concentration of amine the flocks formation was efficient, increasing the removal of the colloidal species. On the other hand, for higher concentrations of amine the removal efficiency was decreased when compaired with the flotation without flocculation. Although, there is not specific legislation to control these amines pollutants, the removal results obtained (final residual concentrations of 10 ppm) showed efficient when compaired with the common concentrations found in mineral effluents (22 - 30 ppm). Based on the results reported in the present work, the interfacial properties of the nanobubbles, as well the applications for mineral flotation of the particles and pollutants were better understood.

Nas últimas décadas, todos os países começaram a se preocupar com as questões ambientais e com a proteção ao meio ambiente. Esta preocupação é decorrente, principalmente, das normas e legislações ambientais que estão cada vez mais rígidas. A indústria galvânica é uma das principais atividades que sofreram, e ainda estão sofrendo, modificações para se adequar ao “ambientalmente correto”. A indústria de tratamento de superfícies é uma das grandes geradoras de resíduos perigosos pelo fato de apresentar em sua constituição componentes potencialmente tóxicos como cádmio e cromo. Com o objetivo de minimizar esta toxicidade novas linhas de revestimentos livres destes componentes estão sendo utilizadas, como os nanocerâmicos. Estas linhas já são empregadas mundialmente e vêm ganhando cada vez mais mercado, no entanto é um processo aplicado há menos de quinze anos, não possuindo ainda um estudo sistemático do tratamento dos efluentes gerados, visando reúso de água e de produtos químicos. Assim, este trabalho foi realizado tendo em vista desenvolver uma alternativa de tratamento apropriada para o efluente de revestimento nanocerâmico. Foi avaliada a utilização de processos de separação por membrana (PSM) para o tratamento de um efluente sintético a partir de linha de revestimentos nanocerâmico à base do ácido hexafluorzicônico. Três PSM foram testados: eletrodiálise (ED), microfiltração (MF) e nanofiltração (NF). Os resultados obtidos indicaram que três parâmetros foram os fatores determinantes do desempenho positivo ou negativo de cada um dos processos: tipo de membrana, complexação do elemento zircônio e pH da solução. Variações de pH de soluções contendo zircônio produzem diferentes complexos, que dependendo das características das membranas filtrantes (tamanho de poro e carga superficial) podem ser transportados, retidos e/ou rejeitados; determinando, assim, se ao final do PSM serão obtidas uma solução concentrada em Zr e F e outra sem a presença destes. Os melhores resultados obtidos para a NF, tornam este processo uma opção aplicável no tratamento de efluentes de linhas de revestimentos nanocerâmicos à base do ácido hexafluorzircônico. / In recent decades, all countries began to worry about environmental issues and the environmental protection. This concern is mainly due to the environmental rules and laws that are increasingly strict. The galvanic processes is one of the main activities that have suffered, and are still suffering, modifications to suit the "environmentally friendly". The surface treatment industry is a considerable generator of hazardous wastes because they had potentially toxic components in its constitution, as cadmium and chromium. In order to minimize this toxicity new coatings lines, free of these components, are being used, as nanoceramics. These lines are already used worldwide and are gaining more market, however it is a process applied for less than fifteen years, not having a systematic study of the treatment of effluents, aiming reuse of water and chemicals. This study was conducted in order to develop an appropriate alternative treatment for the effluent of nanoceramic coating process. The use of membrane separation processes (MSP) to treat a synthetic wastewater from a nanoceramic process based on hexafluorozirconic acid was evaluated. Three MSP were tested: electrodialysis (ED), microfiltration (MF) and nanofiltration (NF). The results indicated that three parameters were the determinants of positive or negative performance of each process: type of membrane, complexation of zirconium and pH of solution. The pH variations of solutions containing zirconium produce different complexes, and depending on the characteristics of membrane filters (pore size and surface charge), theses complexes can be transported, retained and/or rejected. This fact is crucial to know if at the end of the MSP a concentrated solution with Zr and F and other without the presence of this ions will be produced. The best results were obtained for the NF, which makes this process an option in the treatment of effluents from nanoceramic coatings lines base on hexafluorozirconic acid.