Made available in DSpace on 2015-09-25T12:18:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Celia Cavalcante de Paula e Silva.pdf: 1646404 bytes, checksum: 531c05f26494def9885f1aa26f617cd2 (MD5) Previous issue date: 2011-01-31 / The contamination of water bodies by domestic and industrial wastewaters is one of the principle causes of environmental pollution causing eutrophication and a reduction in the sanitary quality of water resources. During various decades immobilized algae have been used in the treatment of wastewaters. The technology of immobilizing microalgae in beads of calcium alginate increases the photosynthetic longevity, viability, durability and cellular activity, This study investigated at laboratory scale, the potential of the microalgae Chlorella sp. in removing phosphorus and thermo-tolerant coliform bacteria from secondary effluents. The strains of Chlorella sp. species were isolated from a series of four shallow waste stabilization ponds 1m in width, 5m in length and 0.5m deep that were treating sanitary landfill leachate with high concentrations of ammonia. The experimental system comprised 10 bioreactors (with volumes from 0.1 to 1L), filled with beads of microalgae immobilized in calcium alginate at concentrations of 2%, 4% and 6%. The bioreactors were fed with effluent from a septic tank (TS) and from an intermittent sand filter (receiving the septic tank effluent). The bioreactors were operated in batch mode with contact times of 3 and 5h for phosphorus removal and 6h for thermo-tolerant coliform removal. The experiments were performed at 27 0 C and with illumination provided by 4 fluorescent tubes of 40 watts. The principal mechanisms involved in the treatment of the effluents were the photosynthetic activity of the microalgae and the biochemical reactions between the constituents of the immobilizing matrix and the effluent. Significant removals of total phosphorus (80%) occurred with 3h of contact in the bioreactors of volumes of 0.1 and 1.0L and mean reductions of 99,9999% for thermo-tolerant coliforms with contact times of 6h with the influent (mean concentration of 10 6 CFU/100ml) using bioreactors of a volume of 0.1L. In the bioreactors of 1L volume with microalgae immobilized in 4 and 6% alginate, the large volume of algal beads and the elevated concentrations of alginate limited light penetration and compromised effluent quality. / A contaminação dos mananciais por esgotos domésticos e industriais é um dos principais causadores da poluição ambiental, gerando eutrofização e queda na qualidade sanitária dos recursos hídricos. Há algumas décadas, as algas imobilizadas têm sido usadas no tratamento de águas residuárias. A tecnologia de imobilização de microalgas em esferas de alginato de cálcio aumenta a longevidade fotossintética, viabilidade, durabilidade e atividade biocatalisadora celular. Esse estudo investigou em escala de laboratório, o potencial da microalga Chlorella sp. na remoção de fósforo e coliformes termotolerantes de efluente secundário. As cepas de Chlorella sp. foram isoladas de um sistema de 4 lagoas rasas com dimensões de 1m de largura, 5m de comprimento e 0,5m de profundidade que tratava lixiviado, com alta concentração de nitrogênio amoniacal. O sistema experimental constituiu-se por 10 bioreatores (volumes de 0,1L e 1,0L), preenchidos com algas imobilizadas em esferas de alginato de cálcio em concentrações de 2%, 4% e 6%. Os bioreatores foram alimentados por efluente do TS (tanque séptico) e do FI (filtro intermitente) em regime de batelada intermitente com tempo de contato de 3 e 5 h para fósforo, e 6 h para coliformes termotolerantes. O experimento foi realizado em temperatura controlada de 27 0 C e sob a iluminação de 4 lâmpadas fluorescentes de 40 Watts. Os principais mecanismos envolvidos no tratamento dos efluentes foram a atividade fotossintética das algas e as reações bioquímicas entre os constituintes da matriz imobilizante e o efluente. Remoções significativas de fósforo total (80%) ocorreram em 3 h de contato em bioreatores com 0,1L e 1,0L de volume e reduções médias de 99,9999% de coliformes termotolerantes em 6 horas de contato dos afluentes (concentração média de 10 6 UFC/100mL). Em bioreatores com 1L de volume com algas imobilizadas em alginato a 4% e 6%, o grande volume de esferas e elevada concentração de alginato, dificultaram a penetração da luz, comprometendo a qualidade do efluente final.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:20:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sativa Barbosa de Brito Lelis Villar.pdf: 821851 bytes, checksum: b1c26304b9ae92f8fe9dbc59a9c0a15c (MD5) Previous issue date: 2012-12-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo deste estudo foi avaliar a remoção de microcistina-LR de água utilizando carvão ativado granular de casca de coco de dendê. A água de estudo utilizada foi preparada a partir da diluição, em água deionizada, de extrato proveniente do cultivo de Microcystis aeruginosa. Realizou-se um planejamento fatoral 23, no qual foram estudados os seguintes fatores e níveis: concentração inicial de microcistina-LR (14,56 e 29,26 µg.L-1), pH (6,4 e 8,3) e tempo de contato (60 e 90 s). Dessa forma, foram monitorados oito tratamentos em triplicata, totalizando 24 experimentos. Cada tratamento consistia na operação de três colunas, alimentadas com mesma água de estudo e com mesmo tempo de contato, sendo que os tratamentos com tempo de contato de 60 s eram compostos por colunas de 20 gramas de carvão ativado granular, enquanto os experimentos que foram realizados com tempo de contato de 90 s, eram compostos por colunas com 30 gramas do carvão. Cada coluna foi monitorada durante 15 horas e as amostras eram coletadas a cada hora. A concentração de microcistina-LR era determinada com o auxílio de kits ELISA. Concentrações efluentes de MC-LR acima do volume máximo permitido (VMP) de 1µg.L-1, determinado pela Portaria 2914/2011, foram detectadas em colunas operadas a partir dos tratamentos 3 e 7. Esses tratamentos apresentavam concentração afluente de MC-LR de 29,26 µg.L-1 e tempo de contato de 60 s. A capacidade adsortiva e a taxa de uso nessas condições foi de 21,2 µg.g-1 e 1,33g.L-1 respectivamente. O tempo de contato foi o fator que mais influenciou no processo de adsorção de microcistina-LR, este comportamento foi observado a partir de 6 horas de monitoramento e se manteve até o final do monitoramento. O pH foi o fator que menos exerceu influência significativa na adsorção de microcistina-LR.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:20:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silvania Nobrega Oliveira.pdf: 1403956 bytes, checksum: 0d02f35ffd2b6d222f655968bfdafe6e (MD5) Previous issue date: 2012-10-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The luxuriant proliferation of cyanobacteria in the water used as sources of drinking water is increasing around the world.The presence of these microorganisms in raw water can difficult the water treatment and make it more expensive. The main importance of health cyanobacterial bloom is the possible release of cyanotoxins in the water, which can cause serious risks to human health and unknown changes in aquatic biota. In the present study tests were carried out in a bench scale to evaluate the efficiency of removal of whole cells of Microcystis aeruginosa and the cyanotoxin microcystin-LR extracellular using coagulation, flocculation, sedimentation and filtration followed by a column of activated granular carbon produced in the northeast of Brazil. The water used was raw water from an eutrophic reservoir with addition of M. aeruginosa cells from a fresh culture maintained in laboratory conditions in order to obtain an initial concentration approximately with 105 cells.mL-1. The efficiency observed was up to 90% of cells removal using aluminum sulfate at the concentration of 45 mg.L-1 and a coagulation pH equal at 5.5 in the water decanted (with dosages of 40 and 60 mg.L-1 of the coagulant and pH equal at 7.5 the percentage of cells removal was 35%). The water effluent from the sand filter and the water effluent from the column of granular activated carbon had averages of M. aeruginosa cells equals to 3,8 and 3,6 log cel.mL-1 respectively. The average concentration of microcystin-LR in the water effluent from the GACC was 0,15 μg.L-1. Its value is below the limit of detection of the method (0,16 μg.L-1) and after 60 hours ranged from 0,18 to 0,28 μg.L-1. Both values were below the maximum allowed by ordinance 2914/11 Ministry of Health of 1 μg.L-1 microcystins in drinking water. / A proliferação luxuriante de cianobactérias na água dos mananciais usados como fontes de água potável é cada vez mais frequente. A presença desses microrganismos na água bruta pode dificultar e encarecer o tratamento, mas a principal importância sanitária do florescimento de cianobactérias é a possível liberação de cianotoxinas na água, que podem causar sérios agravos à saúde humana e alterações na biota aquática em geral. No presente trabalho foram realizados ensaios, em escala de bancada, de avaliação da eficiência de remoção de células inteiras de Microcystis aeruginosa e de uma de suas toxinas, microcistinaLR extracelular, por coagulação, floculação, sedimentação e filtração seguida de coluna de carvão ativado granular produzido na região nordeste utilizando-se água bruta de um manancial eutrofizado adicionada de células de M. aeruginosa cultivadas em laboratório para obter concentração inicial de aproximadamente 105 cel.mL-1. Observou-se eficiência de até 90% de remoção de células para dosagem superior a 45 mg.L-1 de sulfato de alumínio e pH de coagulação de 5,5 na água decantada (para dosagens de 40 e 60 mg.L-1 do coagulante e pH de 7,5 o percentual de remoção de células foi de 35%). Na água filtrada e na água efluente a coluna de carvão ativado granular, a concentração média de células de M. aeruginosa foi de 3,8 e 3,6 log cel.mL-1 respectivamente. A concentração media de MC-LR extracelular na água efluente da Coluna de Carvão Ativado Granular (CCAG) foi de 0,15 µg.L-1 abaixo do limite de detecção do método (0,16 µg.L-1) e após 60 horas variou de 0,18 a 0,28 µg.L-1 valores abaixo do valor máximo permitido pela portaria 2914/11 do Ministério da Saúde de 1 µg.L-1 de microcistinas na água de beber.

O presente trabalho descreve a preparação de catalisadores magnéticos para aplicação nos processos de fotocatálise heterogênea e ozonização catalítica heterogênea, visando a degradação de poluentes emergentes. Primeiramente buscou-se preparar nanopartículas magnéticas para posterior aplicação no preparo de catalisadores magnéticos de TiO2. Diversas variáveis experimentais foram avaliadas na preparação das nanopartículas magnéticas, tais como: temperatura de reação, tempo de agitação, tempo no ultrasom, velocidade de agitação, velocidade de agitação da base, tempo de agitação do estabilizante, concentração da base e do estabilizante. A influência destes parâmetros de preparação no diâmetro hidrodinâmico e distribuição de tamanho das partículas foi avaliada por meio de um planejamento estatístico. Dependendo das condições experimentais, obteve-se materiais com um tamanho médio variando entre 11 e 36 nm e entre 23% e 77% de distribuição de tamanho. Na condição otimizada, obteve-se partículas com um tamanho médio, obtido pela técnica de espalhamento de luz dinâmico, de 18 nm e 21% de distribuição. O nanomaterial magnético foi utilizado para preparar os catalisadores híbridos Fe3O2@TiO2 e Fe3O4@SiO2@TiO2. Os materiais foram caracterizados por difratoemtria de raios-X (XRD), microscopia de varredura (MEV) e transmissão (TEM), espectroscopia no infravermelho (FT-IR), análise térmica (TG e DTA), espectrometria de emissão óptica (ICP-OES), medidas de área superficial (BET) e espalhamento dinâmico de luz (DLS). Os catalisadores magnéticos foram empregados na degradação dos poluentes emergentes paracetamol; 4-metilaminoantipirina (4-MAA); ibuprofeno; 17 β-estradiol; 17 α-etinilestradiol, e do fenol. Nos processos de degradação também variou-se o efeito do pH nas respostas dos sistemas. De maneira geral, o material Fe3O4@TiO2 apresentou atividade catalítica nos processos de degradação fotoquímica e de ozonização, com desempenho similar ou, em alguns casos, superior ao TiO2. Em relação a 4-MAA, obteve-se, em 60 minutos de tratamento, 25% de mineralização para o processo de fotólise e 66% para o processo de fotocatálise empregando Fe3O4@TiO2. Para o processo de ozonização em pH 3, obteve-se, em 180 minutos de tratamento, 40 e 60% de mineralização para o processo não catalítico e o processo catalítico empregando Fe3O4@TiO2, respectivamente. Os resultados utilizando-se TiO2 foram semelhantes à ozonização não catalítica, o que demonstra o efeito positivo do núcleo magnético para a atividade do material. Assim, o material híbrido multifuncional Fe3O4@TiO2 mostrou-se eficiente para a degradação de poluentes emergentes empregando-se os processos de fotocatálise e de ozonização catalítica heterogênea, possibilitando uma adicional praticidade de separação do meio de tratamento. / The present work describes the preparation of magnetic catalysts for application in heterogeneous photocatalysis and heterogeneous catalytic ozonation processes, aiming the degradation of emerging pollutants. Magnetic nanoparticles were prepered as substratum of magnetic TiO2 catalysts. Several experimental variables were evaluated in the preparation of the magnetic nanoparticles, such as temperature, stirring time, sonication time, precipitation reaction stirring speed, base addition rate, dispersion stirring time, base concentration and stabilizer percentage. The influence of these parameters on particle hydrodynamic diameter and size distribution were measured by a statistical design. Depending on the experimental conditions, materials with an average size ranging between 11 nm and 35 nm and distribution between 23% and 77% were obtained. In the optimum preparation conditions, Fe3O4 magnetic particles with a hydrodynamic diameter of 18 nm and 21% distribution were obtained. The magnetic nanomaterial was used to prepare the hybrid catalysts Fe3O4@TiO2 and Fe3O4@SiO2@TiO2. The prepared materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), field-emiss ion scanning electron microscopy (FEG-SEM), transmission electron microscopy (TEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric (TG), differential thermal analysis (DTA), inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), BET specific surface area and dynamic light scattering (DLS). The magnetic catalysts were employed in the degradation of the emerging pollutants paracetamol; 4-methylaminoantipyrin (4-MAA); ibuprofen; 17 β-estradiol; 17 α-ethinyl estradiol, and phenol. In the treatment processes the effect pH on the systems was also varied. In general, the material Fe3O4@TiO2 showed catalytic activity in the processes of photochemical degradation and ozonation, with performance similar or, in some cases, superior to TiO2. For example, the 4-MAA mineralization, after 60 minutes of treatment, by the photolysis process reached a m aximum value of 25%. In the same treatment time by the photocatalytic process using Fe3O4@TiO2 it was obtained 66% of 4-MAA mineralization. For the ozonation process, in pH 3, after 180 minutes of treatment, 40% of 4-MAA mineralization was achieved by non-catalytic method. On the other hand, in the same treatment time employing Fe3O4@TiO2, 60% of 4-MAA mineralization was obtained. In addition, for the ozonation process using TiO2 similar results to non-catalytic ozonation were observed, which demonstrates the positive effect of the magnetic core for the activity of the catalyst. Thus, the hybrid material Fe3O4@TiO2 was efficient for the degradation of emerging pollutants employing the photocatalysis and heterogeneous catalytic ozonation processes, allowing an additional practicality for separating the catalyst from the treatment medium.

O carbono, em suas muitas formas distintas, tem sido largamente empregado como material adsorvente, do tratamento de água à tecnologia industrial em virtude de sua boa performance, baixo custo e compatibilidades biológica e ambiental. Nesta tese foi verificada a associação sinérgica entre carvão ativo e nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro ensejando a exploração entre a capacidade adsortiva e o magnetismo para o desenvolvimento de processos de remoção de contaminantes de meios aquosos e melhorando sua análise por meio de concentração magnética. Para este propósito, nanopartículas magnéticas recobertas com ácidos oleico ou esteárico foram especialmente preparadas e combinadas com carvão ativo em proporções variadas (1, 5, 10, 20, 25, 50 % m/m), seguindo rigoroso controle químico. Os materiais de carbono magnetizáveis mantém suas afinidades química e característica porosa do material precursor com alguma diminuição de sua área superficial, embora exibindo uma forte atração por campos magnéticos externos, permitindo sua fácil concentração e remoção. Estes materiais foram extensivamente caracterizados por técnicas como BET, FTIR, XRD, DLS, SEM, TG/DTA, VSM e SQUID. Por conveniência, o compósito a 10 % de nanopartículas de magnetita foi escolhido como o principal a ser utilizado na maioria das aplicações exibindo ampla área superficial (700 m2.g-1), volume e diâmetro médio de poro (0,487 cc.g-1 e 8,5 nm, respectivamente) e uma magnetização de saturação de 5 emu.g-1, com histerese desprezível à temperatura ambiente. Suas características adsorventes foram exploradas com sucesso na captura de corantes orgânicos (pararosanilina e azul de metileno), nitrobenzeno, bisfenol-A e BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e o,m,p-xilenos), bem como para íons de metais pesados como Hg(II), Pb(II) e Ag(I) em solução aquosa. Estudos eletroanalíticos foram feitos explorando o efeito de pré-concentração magnética na superfície do eletrodo após realizar estudos de adsorção envolvendo o levantamento de isotermas afim de investigar parâmetros como capacidade adsortiva e constantes de adsorção. Em todos os casos, um elevado aumento de aumento na sensibilidade foi obtido através do confinamento magnético em relação aos métodos convencionais. Desta forma, o emprego do compósito de carbono com nanopartículas de óxido de ferro superparamagnéticas demonstrou ser uma ferramenta poderosa a ser explorada em Química Analítica e Ambiental. / Carbon in many distinct forms has been widely employed as absorbing material in industrial and water technology because of its good performance, low cost and bio/environmental compatibility. In this doctoral thesis, a synergistic association of activated carbon with superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles was carried out, aiming the exploitation of their combined absorption capability and magnetism, for developing new processes of removing contaminants from water and improving their analysis by means of magnetic concentration effect. For this purpose, magnetite nanoparticles coated with stearic or oleic acids were specially prepared and combined with activated carbon, at several proportions (1, 5, 10, 20, 25, 50 % m/m), following a rigorous chemical and analytical control. The magnetized carbon materials kept the original porous characteristics and molecular affinity of the original absorber, with some decrease of the active surface area, but exhibiting a strong attraction by the magnetic field, allowing their easy concentration and removal. Such materials were extensively characterized by BET, FTIR, XRD, DLS, SEM, TG/DTA, VSM and SQUID techniques. For convenience, the carbon material containing 10 % of magnetite was elected as principal, exhibiting a surface area of 700 m2 g-1, average volume and porous diameter of 0,487 cm3 g-1 and 8,5 nm, respectively, and a saturation magnetization of 5 emu g-1, with null hysteresis at room temperature. Its absorbing characteristics were successfully explored for the capture of organic dyes (pararosaniline, and methylene blue), bisphenol-A, and BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, and o,m,p-xilene), as well as hazardous, heavy metal ions, such as Hg(II), Pb(II) and Ag(I) in aqueous solution. Electroanalytical studies were carried out by exploring the magnetic pre-concentration effect on the electrodes, after performing a detailed adsorption study involving the construction of isotherms, in order to evaluate the equilibrium and mass capacity parameters. In all the cases, a great increase of sensitivity was attained by the magnetic confined method, in relation to the conventional methods. In this way, the use of carbon with superparamagnetic nanoparticles demonstrated a powerful strategy to be explored in environmental and analytical chemistry.

A crescente preocupação dos órgãos de vigilância ambiental e sanitária sobre a segurança e a qualidade dos recursos hídricos tem orientado o desenvolvimento de diversas pesquisas voltadas para uma revisão do padrão tecnológico atual, quanto à gestão de resíduos gerados em estações de tratamento de água. Neste trabalho, foram avaliadas as principais características dos resíduos gerados em um sistema de tratamento de água de ciclo completo na cidade de Registro (SP) e sua correlação com a qualidade do meio hídrico, pelo estudo dos efeitos físico-químicos de seu descarte na qualidade da água e do sedimento da Bacia Hidrográfica do rio Ribeira de Iguape. Um programa de monitoramento da microbacia foi estabelecido, verificando-se o atendimento dos elementos analisados ás exigências de legislações federais, como a Resolução CONAMA 357/2005 e a Portaria 518. Foram constatadas alterações na qualidade da água superficial do corpo d\'água receptor em períodos de até 4 horas, após o despejo, e para uma distância de até 50 m a jusante do descarte do lodo da ETA. A análise descritiva mostrou ser predominante a concentração de alguns metais durante o descarte, como o manganês. A análise dos organismos bentônicos apresentou uma indicação de que os grupos observados não foram diretamente afetados pelo despejo do lodo da ETA. O presente trabalho não detectou indícios de que a contaminação constatada no local de despejo atingisse o rio Ribeira de Iguape, porém, a presença de alumínio em amostras de sedimento próximo ao local de descarte mostrou que o descarte sistemático do lodo pode comprometer em longo prazo a qualidade da água do corpo d\'água receptor. / The growing concern of environmental and sanitary surveillance about the safety and the quality in the hydric resources, guides the development of many researches to a revision of the current technological pattern, related to the administration of residues generated in the water treatment plants. This work evaluated main characteristics of the residues generated in water treatment plant with complete cycle in the Registro town (SP) and the correlation with quality of the environment, by studying physical-chemical effects of its discharge in the quality of water and sediment of Ribeira de Iguape River Basin. A monitoring program was established, verifying the attendance of the elements analyzed to the demands of federal legislations, such as Resolução CONAMA 357/2005 and Portaria 518. Some alterations were verified in the quality of superficial water of the receiving watercourse, in periods up to 4 hours after the discharge and for a distance of 50 m to the place of the discard of sludge. The descriptive analysis showed to be predominant the concentration of some metals during the discharge, as manganese. The analysis of the benthonic organisms pointed out that the groups observed as typical of the area were not directly affected by sludge discharge. The present study did not detect indications that the contamination verified reached Ribeira de Iguape River. However, the systematic discharging of the sludge may commit at long date the water quality of the receiving watercourse.

O segmento industrial é um grande usuário de água e, na maior parte das situações, está localizado junto a aglomerações urbanas, caracterizando situação de dificuldade na obtenção deste recurso para as suas operações. As fontes de água estão cada vez mais saturadas e os processos de tratamento mais sofisticados. O objetivo deste estudo foi avaliar a viabilidade técnico-econômica da implantação do tratamento eletromagnético para água de resfriamento em indústrias químicas, substituindo ou complementando o tratamento químico convencional. O texto descreve inicialmente os fundamentos do tratamento de água baseado na aplicação de campo eletromagnético e, em seguida, os efeitos do uso dessa tecnologia sobre custos anuais de resfriamento em um caso típico da indústria química. Neste estudo foi dada ênfase ao efeito sobre os custos anuais da menor adição de produtos químicos, redução na vazão de purga e de reposição de água, além da redução na frequência de limpeza dos equipamentos e redução da carga poluente nos efluentes líquidos. O estudo foi aplicado a uma torre de resfriamento industrial, para a qual foi elaborado um modelo matemático considerando as taxas de consumo e especificações de água de resfriamento, além de parâmetros do processo de tratamento de água convencional e eletromagnético. São apresentados resultados de um estudo de sensibilidade para diferentes cenários, em que são identificados os fatores com maior efeito sobre os custos. Além disso, na aplicação ao sistema proposto, são estimadas condições ótimas de operação, considerando os ciclos de concentração para os quais pode haver maior redução de custos. Utilizando-se o tratamento eletromagnético para a água de resfriamento, há uma economia significativa, pois o número de paradas para a manutenção dos equipamentos pode ser reduzido. Dessa forma, o produto final do trabalho constitui-se em uma estrutura de cálculo voltada à estimação de custo do tratamento físico de água de resfriamento, o qual pode ser aplicado a diferentes cenários e condições de operação industrial. / The industrial sector is a major water user and in most situations is located next to urban areas, in a situation of increasing difficulty in collecting and treating water resources for its operations. The water sources are becoming more saturated and thus demanding more sophisticated treatment processes. The aim of this study was to evaluate the technical and economic feasibility of the implementation of electromagnetic treatment of cooling water in chemical industries, thus replacing or complementing the conventional chemical treatment. The text initially describes the principles of the physical process for water treatment based on the application of an electromagnetic field, and then focuses on the effects of the use of this technology on the annual costs of cooling in a typical case of the chemical industry. The study is focused on the effects of the electromagnetic treatment on the annual cost of cooling in view of the reduced consumption of chemicals, as well as reduction in purge flow and water replacement, reduced frequency of equipment cleaning, and reduction of pollution load caused by wastewater. The study results were applied to an industrial cooling tower for which a mathematical model was developed by considering consumption rates and cooling water specifications, as well as parameters of the electromagnetic and conventional water treatment processes. A sensitivity study was carried out for different scenarios, in which the most important factors affecting the annual cost are identified, and optimal process conditions are estimated for maximum concentration cycles. The study shows that the use of electromagnetic treatment for cooling water results in significant savings due to the reduced number of maintenance periods. The final product of this study is a calculation structure for cost estimation related to the physical treatment of cooling water, which can be applied to different scenarios and industrial operation conditions.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:40:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel_Schwantes.pdf: 5686979 bytes, checksum: e1296696716d8829be7043393332c024 (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This research relates the development and use of modified adsorbents from agroindustrial residues. The following solid agroindustrial residues were obtained: pine bark (Pinus elliottii), solid residue from the manufacture of wood; Crambe cake (Crambe abyssinica Hochst), solid residue from oil extraction (biodiesel agroindustry); and cassava peels (Manihot esculenta Crantz), a byproduct of cassava industrialization. Biosorbents P. in natura, C. in natura and M. in natura (natural adsorbents or biosorbents) were produced from these agroindustrial residues, which had no or low market value, from which were produced the modified adsorbents, by washing the biomass with solutions of H2O2, H2SO4 and NaOH 0.1 mol L-1, resulting the modified adsorbents of pinus P. H2O2, P. H2SO4 and P. NaOH; crambe C. H2O2, C. H2SO4 and C. NaOH, and cassava M. H2O2, M. H2SO4, M. NaOH. In the first step of the study of these adsorbents (in natura and modified) the adsorbent materials were characterized, namely: chemical composition of the adsorbents, pHPCZ, infrared spectra (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry (TG and DTG), BET and BJH isotherms (porosity and surface area). After the characterization of the adsorbent materials, adsorption studies were carried out for the evalution of Cd(II), Pb(II) and Cr(III) removal, which aimed to evaluate the performance of the materials on the influence of the pH of contaminant solution (ideal adsorption conditions), ie, the adsorption of metal ions as a function of increasing masses and the pH of the medium; the influence of adsorption time (adsorption kinetics), the influence of increasing concentrations of metal ions and isotherm linearization (adsorption equilibrium studies), the effect of temperature on the sorption process (adsorption studies) as well as the reuse of these adsorbent materials by acid elution (desorption studies). The scanning electron microscopes indicated changes in the adsorbents surface; the pHPZC of the modified adsorbents was distinct from the biosorbents. In addition, changes were also observed in the bands of the functional groups in the infrared spectrum, with new functional groups observed, such data indicate that modifications occurred to the adsorbents as a function of the chemical treatment applied. The results showed that, in general, the modified adsorbents present higher adsorption capacity of Cd(II), Pb(II) and Cr(III) metal ions than in natura materials. The modified adsorbents based on pinus, crambe and cassava did not show significant variation in relation to the studied pH range, which is a great advantage, because the adsorbents developed adapt to a wide pH range of contaminated water. An average time of 40 minutes was found for adsorption equilibrium, indicating that the sorption process is fast and occurs in the first few moments. The adsorption of the toxic ions occurs in mono and multilayer, in agreement with the good adjustments observed for Langmuir and Freundlich. In general, the adsorbents presented good reuse capacities, except when used for Cr(III) adsorption, because in this case it is difficult to reuse the adsorbents due to the low desorption rates of this metal, possibly due to chemisorption. Based on the results obtained, it can be concluded that the adsorbents of pinus, crambe and cassava present themselves as excellent, renewable, high availability and low cost, being an attractive alternative for the industry, through its use in advanced treatment systems, for the removal of metals such as Cd(II), Pb(II) and Cr(III) / Esta pesquisa relaciona o desenvolvimento e uso de adsorventes modificados a partir de resíduos agroindustriais. Para tal, foram obtidos os seguintes resíduos sólidos agroindustriais: cascas de pinus (Pinus elliottii), resíduo sólido da fabricação de madeira; torta de crambe (Crambe abyssinica Hochst), resíduo sólido da extração do óleo (agroindústria do biodiesel); e cascas de mandioca (Manihot esculenta Crantz), subproduto da industrialização da mandioca. A partir destes resíduos agroindustriais, que apresentam nenhum ou baixo valor de mercado, foram produzidos os biossorventes P. in natura, C. in natura e M. in natura e (adsorventes naturais ou biossorventes), dos quais foram produzidos os adsorventes modificados, por meio da lavagem com soluções de H2O2, H2SO4 e NaOH 0,1 mol L-1, dando origem aos adsorventes modificados de pinus P. H2O2, P. H2SO4 e P. NaOH; de crambe C. H2O2, C. H2SO4 e C. NaOH, e de mandioca M. H2O2, M. H2SO4, M. NaOH. Na primeira etapa do estudo destes adsorventes (in natura e modificados), realizou-se a caracterização dos materiais, a citar: composição química dos adsorventes, pHPCZ, espectros de infravermelho (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria (TG e DTG) e isotermas de BET e BJH (porosidade e área superficial). Após a caracterização dos materiais adsorventes, foram conduzidos estudos de adsorção para os metais Cd(II), Pb(II) e Cr(III), que visavam avaliar a performance dos materiais quanto a influência do pH da solução contaminante (condições ideais de adsorção), ou seja, a adsorção de íons metálicos em função de massas crescentes e do pH do meio; o efeito do tempo no processo de adsorção (cinética de adsorção), a influência de concentrações crescentes de íons metálicos e linearização das isotermas (estudos de equilíbrio de adsorção), o efeito da temperatura no processo sortivo (estudos de termodinâmica de adsorção), bem como o reuso destes materiais adsorventes por meio de eluição ácida (estudos de dessorção). As microscopias eletrônicas de varredura indicaram a ocorrência de mudanças na superfície dos adsorventes, o pHPCZ dos adsorventes modificados foi distinto dos biossorventes, além disso, também foram observadas alterações quanto a amplitude das bandas dos grupos funcionais no espectro de infravermelho, com novos grupos funcionais observados, tais dados sugerem a ocorrência de modificações aos adsorventes. Os resultados obtidos demonstram que, no geral, os adsorventes modificados apresentam maior capacidade de adsorção de íons metálicos Cd(II), Pb(II) e Cr(III) que os materiais in natura. Os adsorventes a base de pinus, crambe e mandioca não apresentaram variação significativa com relação à faixa de pH estudada, sendo esta uma grande vantagem, pois os adsorventes desenvolvidos se adaptam a uma ampla faixa de pH de águas contaminadas. Foi encontrado um tempo médio de 40 minutos para ocorrência do equilíbrio de adsorção, indicando que o processo sortivo é rápido e ocorre nos primeiros instantes. A adsorção dos íons ocorre em mono e multicamadas, em concordância com os bons ajustes observados para Langmuir e Freundlich. Em geral, os adsorventes apresentaram boa capacidade de reuso, exceto quando utilizados para adsorção de Cr(III), pois neste caso ocorre dificuldade de reuso dos adsorventes pela baixa taxa de dessorção deste metal, indicando possível quimissorção. Pelos resultados obtidos conclui-se que os adsorventes modificados de pinus, crambe e mandioca apresentam-se como excelentes, renováveis, de alta disponibilidade e baixo custo, sendo uma alternativa atraente para a indústria, mediante sua utilização em sistemas de tratamento avançados, para a remoção de metais como Cd(II), Pb(II) e Cr(III)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O abastecimento público de água em termos de qualidade e quantidade é uma preocupação crescente da humanidade, em função da escassez de recurso hídrico e da deterioração da qualidade dos mananciais. A desinfecção é o objetivo principal e mais comum da cloração, porem aparecem os subprodutos como os THMs (trihalometanos), como produtos resultantes da reação entre substâncias químicas que se utilizam no tratamento oxidativo e matérias orgânicas naturalmente presentes na água. A doença renal crônica constitui, atualmente, importante problema de saúde pública. No Brasil, a prevalência de pacientes mantidos em programas ssistenciais destinados ao controle e tratamento de Insuficiência Renal Crônica (IRC) dobrou nos últimos anos. Em Boa Vista, Roraima não foi realizado nenhum estudo com relação a níveis de THM na água potável distribuída pela Estação de Tratamento. Portanto, houve necessidade de identificar os níveis de clorofórmio na água potável distribuída e verificar possível relação com incidência de insuficiência renal crônica na população atendida pela Estação de Tratamento de Água (ETA). Utilizamos amostras de água da ETA de Boa Vista, Roraima, e estas foram analisadas através da Extração em Fase Sólida (SPE) e posteriormente pela espectrofotometria. Nossas amostras foram coletadas nos meses de janeiro a julho de 2011 na saída da Estação de Tratamento de Água de Boa. Também verificamos a incidência de Insuficiência Renal Crônica em Boa Vista, RR nos anos de 2008 e 2009 no serviço de faturamento do Hospital Geral de Roraima. Realizamos um bioensaio com Ratos Wistar Rattus norvegicusm, fornecido pelo Biotério da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. Os ratos ao término de 80 dias foram sacrificados, retirados os rins e enviados ao Laboratório Central de Roraima para confecção das lâminas histológicas e análise da lesão renal. Obtivemos concentrações de clorofórmio em todos os meses analisados. Durante o bioensaio recriamos as condições onde os ratos ingeriram dosagens diferentes de clorofórmio na água potável (100 e 300 mg/kg). Em nosso estudo elaboramos um método novo para confecção da curva analítica de calibração para o clorofórmio, sendo este um método de baixo custo de mercado e de fácil aplicação. O método proposto apresentou boa precisão e linearidade atendendo o interesse aos limites máximos estabelecidos pela Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde, garantindo a aplicabilidade do mesmo para a análise simultânea de clorofórmio em água destinada ao consumo humano. / The public water supply in terms of quality and quantity is a growing concern of mankind, because of water scarcity and deteriorating quality of water sources. Disinfection is the primary purpose of chlorination and more common, but it appears as the by-products like THMs products of the reaction between chemicals that are used to treat oxidative and organic materials naturally present in water. Chronic kidney disease is currently an important public health problem. In Brazil, the prevalence of patients maintained on welfare programs for the control and treatment of chronic renal failure (CRF) has doubled in recent years. In Boa Vista, Roraima was not carried out any studies regarding THM levels in drinking water by sewage treatment plant. Therefore, it was necessary to identify the levels of chloroform in drinking water and check the possible relation with the incidence of chronic renal failure in the population served by ETA. We use water from the water treatment station in Boa Vista, Roraima, and these were analyzed by Solid Phase Extraction (SPE) and subsequently by spectrophotometry. Our samples were collected in January, February, March, April, May and June 2011 off the Water Treatment Plant for Good. We found the incidence of chronic renal failure in Boa Vista, in the years 2007 to 2009 in billing service General Hospital of Roraima. For the bioassay used adult females, with approximately five weeks, Wistar rats Rattus lineage norvegicusm provided by the vivarium of the Federal University of Mato Grosso do Sul mice at the end of 80 days were sacrificed, kidneys removed and sent to Central Laboratory Roraima to make the slides and histological analysis of renal injury. Obtained concentrations of chloroform in all months analyzed. During the bioassay re-create the conditions where rats ingested different doses of chloroform in drinking water (100 and 300 mg / kg). In our study we developed a new method to construct the analytical calibration curve for chloroform, which is a low-cost market and easy to apply. The proposed method showed good precision and linearity having the interest to the ceilings established by Decree 518/2004 of the Ministry of Health, ensuring the applicability thereof to the simultaneous analysis of chloroform in water intended for human consumption.

Esta pesquisa teve como objetivo analisar a remoção de cistos de Giardia spp. e oocistos de Cryptosporidium spp. em água de abastecimento utilizando a tecnologia de tratamento de ciclo completo com flotação (coagulação, floculação, flotação e filtração) em escala de bancada e utilizando cloreto de polialumínio – PAC como coagulante. Para isso, o método de floculação em carbonato de cálcio – FCCa com e sem a separação imunomagnética – IMS foi utilizado para quantificação dos organismos. Os resultados mostraram que as etapas de coagulação, floculação e flotação (Fase1) removeram 1,55 log de cistos de Giardia spp. e 1,21 log de oocistos de Cryptosporidium spp. O tratamento apenas com filtração (Fase 2) removeu 1,2 log de cistos de Giardia spp. e 0,88 log de oocistos de Cryptosporidium spp. A combinação dos tratamentos (Fase 3) foi capaz de remover 2,64 log de cistos de Giardia spp. e 2,5 log de oocistos de Cryptosporidium spp. Na quantificação de protozoários, o método de FCCa sem IMS demonstrou ser mais econômico e com melhor recuperação do que com IMS. Também foi analisada a influência da terceira dissociação ácida no método com IMS e tal procedimento acarretou em diferenças significativas nos resultados. Mesmo atendendo aos padrões de potabilidade, o tratamento estudado não removeu completamente os protozoários, este fato demonstra a necessidade da preservação dos mananciais, do tratamento dos esgotos e da desinfecção final para maximizar as barreiras que permitam reduzir o risco microbiológico presente na água de consumo. / This research aimed to analyze the removal of Giardia spp. cysts and Cryptosporidium spp. oocysts in drinking water using the full cycle of treatment with flotation technology (coagulation, flocculation, flotation and filtration) at bench scale and using polyaluminum chloride - PAC as coagulant. For this, the flocculation in calcium carbonate - FCCa method with and without immunomagnetic separation - IMS was used for quantification of organisms. The results showed that the stages of coagulation, flocculation and flotation (Step 1) removed 1,55 log Giardia spp. and 1,21 log Cryptosporidium spp. oocysts. Only the treatment with filtration (Step 2) removed 1,2 log Giardia spp. and 0,88 log Cryptosporidium spp. oocysts. The combination of treatment (Step 3) was able to remove 2,64 log Giardia spp. and 2,5 log Cryptosporidium spp. oocysts. In quantifying of protozoa, the FCCa method without IMS proved to be more economical and better recovery than with IMS. It also analyzed the influence of the third acid dissociation in the method with IMS and this procedure resulted in significant differences in the results. Even taking into account the potability standards, the treatment studied didnt completely remove protozoa, this fact demonstrates the need for preservation of water sources, treatment of sewage and final disinfection to maximize the barriers to reduce the microbiological risk present in drinking water.