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Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciêncis Físicas e Matemáticas. Curso de Pós-Graduação em Físico-Química

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. A valorização de resíduos agroindustriais por meio de processos de conversão termoquímica para a produção de energia apresenta vantagens econômicas e ambientais. Dada suas propriedades físico-químicas e disponibilidade, o bagaço de laranja é um resíduo com grande potencial para seu uso como fonte de energia. A gaseificação deste tipo de resíduo apresenta vantagens devido ao seu alto teor de minerais que atuam como catalisadores da reação, convertendo a matéria orgânica em temperaturas menores em comparação com outras biomassas. Neste trabalho, amostras de bagaço de laranja (BL), serragem de madeira (SM), e suas misturas foram gaseificadas a fim de comparar suas reatividades com CO2. Inicialmente, os resíduos carbonosos da pirólise (char) do BL, SM, e misturas foram obtidos por meio da pirólise das amostras em um reator de quartzo de leito fixo à temperatura de 1173 K e tempo de residência de 15 minutos em atmosfera de N2. As biomassas e char de biomassas foram caracterizadas quanto às suas propriedades físico-químicas. Após a pirólise foram obtidos sólidos com maiores área superficiais e teor de carbono. A análise do teor de potássio nas cinzas do char do BL permitiu determinar que este mineral não foi volatilizado durante a pirólise e teria influência sobre sua reatividade. A reação de gaseificação com CO2 puro foi realizada em um analisador termogravimétrico sob condições isotérmicas e não isotérmicas. No caso isotérmico, as reações químicas foram realizadas na faixa de temperatura entre 1003-1123K para o BL e 1123-1223 K para a SM. No caso dos testes não isotérmicos a amostra foi aquecida desde temperatura ambiente até 1253 K e taxas de aquecimento de 10, 20, e 30 K/min. As reações foram realizadas em um reator diferencial e em condições que os efeitos de transferência de massa e calor foram desprezíveis. Os resultados obtidos demonstraram uma maior reatividade para o BL com CO2 em comparação à SM isto devido à influência dos minerais alcalinos, em particular o teor de potássio presente em alta concentração nas amostras do BL. Foi estudado o efeito da inibição do CO sobre a taxa da reação de gaseificação do BL pelo método isotérmico. Os dados experimentais ajustaram-se bem ao modelo de Langmuir Hinshelwood mostrando boa representatividade. Estudou-se o efeito da adição do BL sobre a reatividade da SM com CO2 puro, verificando-se uma diminuição da taxa de reação de gaseificação. Abstract : Agriculture waste valorization through thermochemical conversion processes for energy production has economic and environmental advantages. Given its physicochemical properties and availability, orange bagasse is a residue with great potential for its use as an energy source. Gasification of these wastes has advantages because they have a high content of minerals which act as catalysts of reactions, converting organic matter at lower temperatures compared to other biomass. In this work, samples of orange bagasse (BL) and sawdust (SM) were gasificated in order to compare their reactivity with CO2. Initially, the pyrolysis carbon residue (char) from the BL and SM were obtained through the pyrolysis of samples in a quartz reactor fixed bed at temperature of 1173 K and residence time of 15 minutes under N2. The biomass char and biomass were characterized according to their physicochemical properties. Solids with higher surface area and carbon content were obtained. The analysis of the potassium content in the ashes of the char BL determined that this mineral was not volatilized during pyrolysis and would have influence on its reactivity. The gasification reaction with pure CO2 was performed in a thermogravimetric analyzer under isothermal and non isothermal conditions. In the isothermal case the chemical reactions were performed in the temperature range of 1003-1123K for the BL and 1123-1223 K for SM. In the case of non-isothermal tests, samples were heated from room temperature to 1253 K and heating rates of 10, 20, and 30 K/min. The reactions were performed in a differential reactor conditions and the effects of heat and mass transfer were negligible. The results showed greater reactivity to the BL with CO2 as compared to SM this due to the influence of alkaline minerals, particularly the potassium content present in high concentration in the samples of BL. It was determined the effect of inhibition by CO of BL gasification reaction using the isothermal method. Experimental data have fit well to the Langmuir Hinshelwood model. It was studied the effect of adding BL on the reactivity of SM with pure CO2 verifying a decrease of the reaction rate of gasification.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Neste trabalho, o pó fino proveniente do resíduo da mineração de manganês foi utilizado sem qualquer pré-tratamento para aplicações ambientais, como catalisador no processo Fenton heterogêneo na peroxidação da anilina em solução aquosa. Os resultados da caracterização do catalisador mostraram uma área superficial de 51,5 m2/g, sendo que o pó apresenta morfologia predominante de aglomerados de partículas não homogêneos tanto em forma quanto em tamanho. O difratograma de raio-X mostrou a possível presença de estruturas cristalinas como: caolinita, bementita, baumita-1 e greenalita. O ponto de carga zero (pHPCZ) encontrado para o catalisador foi de 6,95. A cinética de decomposição do H2O2 na presença do catalisador adequou-se ao modelo de pseudo-primeira ordem em relação à concentração de peróxido de hidrogênio e em relação à concentração do catalisador. A ordem global da decomposição do peróxido de hidrogênio é igual a dois, com constante cinética igual a k2 = 1,0x10-6 L/mg.s (em pH 3 e 25ºC). Os ensaios de degradação da anilina foram realizados num reator descontínuo com agitação constante sob pH 3 e temperatura de 25ºC. Os parâmetros cinéticos foram determinados pelo método das velocidades iniciais. A taxa da reação aumenta com o aumento da concentração da anilina para as concentrações de H2O2 de 600, 1000 e 2000 mg/L e dosagem de catalisador de 4 g/L , e a constante de velocidade (k´) é independente da concentração de H2O2. Os resultados da variação da concentração do catalisador, com [H2O2] de 1000 mg/L e com [anilina] de 100 mg/L, indicaram um aumento na taxa de degradação da anilina com o aumento da dosagem até 4 g/L de catalisador e permanece constante acima desta dosagem.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 Os resíduos do processo de beneficiamento do carvão mineral contém minerais sulfetados, como a pirita, a pirolusita e a calcopirita. Quando estes minerais são expostos ao ar e em presença de umidade oxidam-se gerando a drenagem ácida de mina (DAM), e produzindo um efluente líquido com elevada concentração de acidez e de metais dissolvidos. O impacto ambiental decorrente desta carga poluidora ao longo dos anos, fez com que a região Sul catarinense fosse considerada como uma das 14 áreas críticas de poluição do país. A utilização dos resíduos líquidos gerados na indústria de mineração de carvão é exaustivamente explorada nesta tese de doutorado, que tem como objetivo principal recuperar e desenvolver materiais de elevado valor agregado, baseados no ferro e no sulfato, ambos presentes no rejeito líquido da mineração de carvão. O monitoramento da concentração de metais e de sulfato na DAM de uma indústria de mineração de carvão no município de Forquilhinha/SC foi realizado no período de 5 anos, indicando que este efluente líquido pode servir de matéria prima para a obtenção de coagulante químico férrico aluminoso, gesso para a construção civil e pigmentos amarelo e vermelho de óxido de ferro. Dois tipos de tratamento da DAM, denominados tratamento simples ou tratamento seqüencial, foram aplicados nesta tese. No tratamento simples, a DAM é neutralizada soda, causando a precipitação dos óxidos hidróxidos de ferro na concentração de 45% de Fe2O3 e 5% de Al2O3, quando a relação molar Fe/NaOH =0,45. A solubilização deste lodo com quantidade estequiométrica de ácido sulfúrico resulta na formação do coagulante férrico aluminoso contendo 24% de Fe2(SO4)3 e 8% de Al2(SO4)3. O lodo químico produzido no tratamento simples pode também ser utilizado na produção de pigmento de óxido de ferro de baixa cristalinidade. O tratamento seqüencial foi aplicado para a obtenção de produtos com maior valor agregado, especialmente os pigmentos amarelo e vermelho de óxido de ferro. Neste processo, a DAM é inicialmente neutralizada com cal, onde se formam os precipitados de sulfato de cálcio com impurezas de alumínio e ferro. Este gesso amarelo possui como fase cristalina somente o sulfato de cálcio dihidratado, (CaSO4.2H2O) e possui 80% em massa de CaSO4.2H2O e 20% de Al2O3+Fe2O3. As impurezas de alumínio e ferro do gesso Amarelo foram eficientemente removidas pelo tratamento ácido, através do qual se obtém o gesso com características adequadas para o seu uso na construção civil, e um subproduto líquido concentrado, o sulfato férrico aluminoso, que também pode ser utilizado como coagulante químico no tratamento de águas e efluentes líquidos. Dois diferentes processos de produção de pigmentos de óxidos de ferro foram aplicados ao sobrenadante do processo de neutralização com cal, denominados métodos do crescimento e método com formação de intermediário. No método do crescimento, o processo inclui uma etapa de neutralização da solução aquosa contendo sulfato ferroso (6 a 10 g/L) com tempo total de reação de 7 a 8 horas, com dosagem contínua de peróxido de hidrogênio e soda cáustica, resultando na remoção de 83% do ferro contido na fase aquosa e 80% da acidez. O pigmento produzido através deste processo possui 74-80% de Fe2O3. Os ensaios de colorimetria indicam o valor do .Eab (amarelo)>10 e .Eab(vermelho)>34, e a difração de raios X indicou que as principais fases cristalinas são a hematita e goetita. No método com formação de intermediário, a DAM com concentração de Fe2+ 4 g/L é rapidamente neutralizada com adição de soda, na razão molar molFe+2/molOH-: 1,0 - 1,5, que resulta na formação de um lodo intermediário por decantação e espessamento. Em seguida, este lodo intermediário é oxidado lentamente para a formação do pigmento amarelo, que é então espessado, filtrado, lavado e seco, seguindo-se as operações de moagem e classificação granulométrica. O pigmento amarelo foi produzido em escala industrial, com características de fase cristalina de goetita (sem calcinação) ou hematita (após calcinação). O teor de Fe2O3 das amostras produzidas na planta obedeceu aos parâmetros especificados na NBR 5.801; ou seja, %Fe2O3 = 83,0%, e o pico temperatura associado à mudança de fase gira entre 270 e 280 0C com uma perda de massa total em torno de 10%.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010 A indústria de alimentos consome grande quantidade de água potável e, com o aumento da população, advém maior demanda por produtos manufaturados e, conseqüentemente, aumenta também o consumo de água potável. O reúso de água em indústrias é uma ótima alternativa para a preservação de água fresca e, para isso, novas tecnologias de tratamento de águas têm sido propostas. O objetivo principal deste estudo é a potabilização do efluente secundário (após tratamento secundário de lodo ativado) de uma agroindústria para reúso potável indireto, utilizando uma combinação de tratamentos avançados de água. Foram testadas diversas tecnologias de tratamento, sendo avaliada a porcentagem de remoção dos contaminantes e/ou realizado o estudo cinético desta remoção/degradação. Os processos avaliados foram: microfiltração, filtração com carvão ativado, ultrafiltração, ultravioleta, processos oxidativos avançados (POA O3/UV, O3/H2O2 e UV/H2O2), ozonização e fotoredução catalítica de nitrato a nitrogênio (POA heterogêneo TiO2). Os estudos de remoção e/ou cinética foram feitos para cor, turbidez, coliformes totais, UV254, nitrato e um microcontaminante, o antibiótico eritromicina. Para este antibiótico macrolídeo, foram identificados e divulgados pela primeira vez seus produtos primários de oxidação via ozonização e POAs O3/UV, O3/H2O2 e UV/H2O2. Dentre as combinações testadas para o tratamento de efluente real, a microfiltração seguida de POA UV/H2O2 foi a que atingiu qualidade de água potável, exceto pela concentração de nitrato. Para adequar a qualidade da água, foi aplicado após microfiltração, o processo fotocatalítico heterogêneo com TiO2, visando a fotoredução de nitrato. Além de puro TiO2, foram preparados e caracterizados novos catalisadores pela fotodeposição de zinco, cromo ou cobre. O melhor catalisador para a fotoredução de nitrato foi o Zn-TiO2, utilizando-se a dosagem de 1 g L-1. Um modelo cinético de Langmuir-Hinshelwood foi proposto para descrever a cinética de fotorredução de nitrato na presença de ácido fórmico em solução aquosa e em um efluente real do frigorífico. The food industry consumes large amounts of water. With increased population the demand for manufactured goods increases and, consequently, consumption of drinking water also increases. Water reuse in industries is a great alternative to the preservation of fresh water. The main goal of this study is to treat, by advanced treatments, a secondary effluent (after secondary treatment activated sludge) from a slaughterhouse in order to provide reclaimed water with drinking water quality for industrial reuse. Several treatments were tested being evaluated the removal percentage of contaminants and/or carried out the kinetic study of removal/degradation. The main treatments tested were: microfiltration, filtration with activated carbon, ultrafiltration, ultaviolet, advanced oxidation processes (AOP O3/UV, O3/H2O2 and UV/H2O2), ozonation and photocatalytic reduction of nitrate to nitrogen (POA heterogeneous TiO2). The removal and/or kinetics studies were carried out for color, turbidity, total coliform, UV254, nitrate and a micropollutant, the antibiotic erythromycin. For this macrolide antibiotic, the primary degradation products by O3, O3/UV, O3/H2O2 and UV/H2O2 treatments were identified and published for the first time. Among the combinations tested, microfiltration followed by AOP UV/H2O2 provides reclaimed water with drinking water quality, except for the concentration of nitrate. To address this question, the combination of microfiltration followed by POA heterogeneous TiO2 was applied. POA TiO2 was carried out to photoreduce nitrate into nitrogen. In addition to pure TiO2, new catalysts were prepared by photodeposition of zinc, copper and chrome. All catalysts were characterized. The best catalyst for the nitrate photoreduction was the Zn-TiO2 at a concentration of 1 g L-1. A Langmuir-Hinshelwood kinetic model was proposed to describe the kinetics of nitrate photoreduction in presence of formic acid in aqueous and in real wastewater.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2009 A criação de suínos em confinamento tem potencial poluidor e para reduzi-lo a biodigestão anaeróbia é uma alternativa muito utilizada, pois esta permite obter o biogás e um biofertilizante. O processo de melhoria ambiental tende a incentivar à suinocultura em fazer um trabalho na atividade sustentável, pois há a possibilidade de obtenção de créditos de carbono (Certificados de Redução de Emissões) produzindo melhores resultados à atividade nos aspectos social, econômico e ambiental. Baseado nisto, este trabalho teve por objetivos estudar as emissões de CH4 provenientes da produção e queima incompleta do biogás de dejetos suínos em uma granja situada em Iomerê - SC; e quantificar os créditos de carbono que poderiam ser adquiridos. Os dejetos na entrada e saída do biodigestor tiveram como parâmetros analisados sólidos totais (ST), sólidos totais voláteis (STV) e sólidos totais fixos (STF), e o biogás teve quantificadas as concentrações de CO2, CH4, NH3 e H2S. Os gases de exaustão do flare foram analisados utilizando um analisador de gases de exaustão. A estimativa do total de redução de emissão de metano foi fundamentada na linha de base para sistemas de manejo de dejetos, referendado como ACM0010, versão 2, apresentada pela UNFCCC (2006). A composição média do biogás medida foi de 62% de metano, 27% de dióxido de carbono, zero ppmv de NH3 e superior a 1020 ppmv de H2S. Os dejetos suínos brutos que alimentaram o biodigestor, com uma vazão de 8m3 por dia, apresentaram, em média, STV = 20.204,91 mg/L, e na saída do biodigestor apresentaram STV = 7.083,80 mg/L com um eficiência de remoção de matéria orgânica de 68,87% e uma produção média de biogás de 189,83m3 por dia. Pôde-se observar que o total de redução de emissões de CH4 atingiu 83,13% o equivalente a 1595,39 toneladas de CO2eq por ano em créditos de carbono representando um valor de 1.595,39 por ano. The breed confined swine have pollution potential and reduce it the biodigestion anaerobic is a alternative more utilized because it permit to obtain the biogas and a manure. The process of environmental improvement tend to encourage culture of swine to do a work at activity sustainable because there is a possible to obtain of carbon credit for production better results in the aspects socials, economic and environmental. Based on this, the aim of this work was to study the emissions of CH4 from the production and incomplete burn of the biogas produced from pig manure in a swine farm in Iomerê - SC; and to quantify the carbon credits that could be acquired. The manure from the inlet and outlet of the biodigestor were analyzed in terms of total solids (ST), total volatile solids (STV) and total fixed solids (STF), and the biogas had the CO2, CH4, NH3 and H2S concentrations quantified. The exhaust gases from the flare were analyzed using an exhaust gas analyzer. The methane total reduction estimative was based on the line base for manure systems, known as ACM0010, version 2, presented by UNFCCC (2006). The biogas composition was 62% of methane, 27% of carbon dioxide, zero ppmv of NH3 and more than 1020 ppmv of H2S. The manure that inlet the biodigestor, with rate of flow 8m3 for day, presented, STV = 20.204,91 mg/L, and in outlet STV = 7.083,80 mg/L, with efficience to remove average organic matter 68,87% and production average biogas was189,83m3 for day. It was observed an emission reduction of CH4 of 83,13% that is equivalent of 1.595,39 ton CO2eq for year in carbon credits, and this represent a value of for 1.595,39year.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Entre as atuais tecnologias existentes para remoção de poluentes em águas e efluentes industriais, a oxidação fotocatalítica mostra-se bastante promissora. Desde a descoberta das propriedades do TiO2 por Fujishima em 1972, muitos trabalhos têm focado seus esforços em tornar viável sua aplicação em larga escala, o que implica em catalisadores mais estáveis e que possam ser ativados não somente por radiação UV, mas também por comprimentos de onda acima de 400nm com a diminuição da energia de bandgap. Uma das alternativas para reduzir esta energia de ativação é a dopagem com elementos como S, P e N. Além disso, a morfologia dos materiais nanométricos interfere drasticamente em suas propriedades, tornando o controle de tamanho e forma em grande campo de pesquisa, uma vez que relativamente pouca atenção tem sido dada à fotocatálise por nanofios de TiO2. Uma das formas mais versáteis de síntese de nanofios de TiO2 se dá por rota hidrotérmica, onde é possível controlar o tamanho e a forma das nanoestruturas pelo tempo, temperatura e concentração da reação. No presente trabalho foram sintetizados nanofios de TiO2 e nanofios de TiO2 dopados com nitrogênio via rota hidrotérmica e realizada sua caracterização com MEV, EDS, TEM, DRX, UV-Vis, FT-IR e XPS. Os resultados de microscopia eletrônica de transmissão mostram estruturas 1D com relação diâmetro-comprimento de 20-500 nm. Os difratogramas revelam que após o material ser calcinado por 2 h a 700°C, ocorre a formação de uma fase única anatase. TiO2 com baixa cristalinidade é obtido com a ausência de tratamento térmico após a síntese hidrotérmica. Os resultados da mineralização de fenol em fase aquosa mostraram que a além do controle do tamanho das estruturas e do grau de cristalinidade dos fotocatalisadores, a área superficial tem papel predominante no caso de degradação de fenol, tanto sob irradiação UV quanto visível. Among the current technologies available for removal of pollutants in industrial effluents, photocatalytic oxidation appears like most promising technique. Since the discovery of the properties of TiO2 by Fujishima in 1972, many studies have focused their efforts to make application feasible on a large scale, which results in more stable catalysts that can be activated not only by UV radiation, but also by wavelengths above 400nm with reduced energy bandgap. An alternative to reduce this activation energy is doping with elements such as S, P and N. Furthermore, the morphology of nanoscale materials interfer dramatically in their properties, making control of size and shape, large field of research, since relatively little attention has been paid to photocatalysis by nanowires of TiO2. One of the most versatile synthesis of TiO2 nanowires occurs by hydrothermal route, where it's possible control the size and shape of the nanostructures by time, temperature and concentration of the reaction. In the present work were synthesized nanowires of TiO2 and TiO2 nanowires doped with nitrogen via hydrothermal route and their characterization performed by SEM, EDS, TEM, XRD, UV-Vis, FT-IR and XPS. The results of transmission electron microscopy show 1D structures with relation of diameter and length of 20-500nm. The diffractograms show that after the material was calcined for 2 h at 700 °C, there is the formation of a single phase anatase. TiO2 with low crystallinity is obtained in the absence of heat treatment after hydrothermal synthesis. The results of phenol mineralization in the aqueous phase showed that the addition of size control structures and the degree of crystallinity of photocatalysts, the surface area has a predominant role in case of degradation of phenol under visible light and UV irradiation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Este trabalho descreve um estudo sobre a pirólise de dois tipos de lodo sanitário, obtidos dos processos de tratamento biológico anaeróbio (LCAN) e aeróbio (LCAE). O objetivo do estudo foi avaliar a pirólise como opção de pré-tratamento térmico para lodos, visando um processo acoplado de gaseificação do char e pós-combustão dos voláteis para redução nas emissões de SO2 durante o processo de conversão térmica. A pirólise dos lodos foi conduzida em atmosfera inerte de nitrogênio, a uma vazão de 400 mL.min-1, em um reator tubular de quartzo a temperaturas de 550 ºC, 800 ºC e 1000 ºC e uma taxa média de aquecimento de 150 ºC.min-1. Os resultados mostraram que, com o aumento da temperatura de pirólise, diminuiu o rendimento em char e aumentou a liberação de matéria volátil. Os resultados da análise elementar, após o processo de pirólise, apontaram que amostras de lodo LCAN e LCAE apresentam uma retenção no teor de enxofre de 1,06% (LCAN550), 1,08% (LCAN800) 1,11% (LCAN1000) e de 0,15% (LCAE550), 0,28% (LCAE800) e 0,35% (LCAE1000). Entretanto, o teor de nitrogênio nos lodos LCAN (4,15%) e LCAE (7,36%), depois da pirólise, diminuiu (LCAN550 (3,07%), LCAN800 (1,48%), LCAN1000 (0,43%), LCAE550 (3,80%), LCAE800 (1,99%) e LCAE1000 (0,90%)) com o aumento da temperatura de pirólise. Os testes de reatividade foram conduzidos em atmosfera de ar sintético, em uma vazão de 100 mL.min-1, em quatro temperaturas 400 ºC, 500 ºC, 550 ºC e 600 ºC, em equipamento termogravimétrico. Os resultados mostraram que as reatividades máximas são dependentes da temperatura e, por meio da equação de Arrhenius, obteve-se a energia de ativação (Ea) para as amostras LCAN800 e LCAE800 e serragem de madeira (SM), que foram 39,9 kJ.mol-1, 34,04 kJ mol-1 e 50,62 kJ.mol-1 e o fator pré-exponencial (k0) de 54,55 min-1, 22,22 min-1 e 122,10 min-1 respectivamente, mostrando que a reação é controlada pelo efeito difusional. Comparando as reatividades com a serragem de madeira, as amostras LCAN800 (0,31 min-1), LCAE800 (0,20 min-1) e SM (0,11 min-1) obtiveram maior reatividade para os lodos na temperatura de 600 ºC. Em suma, os resultados obtidos neste trabalho, mostraram que a pirólise é uma boa opção como pré-tratamento térmico, visando a redução nas emissões de SO2 e NOx durante o processo de conversão térmica. In the present study, the pyrolysis of two types of sewage sludge produced from the processes of anaerobic (LCAN) and aerobic (LCAE) biological treatment. The aim of this study was to evaluate the pyrolysis as an option as a pre-heat treatment for sludge aiming a process coupled gasification of char and post-combustion of volatiles to reduce emissions of SO2 during the thermal conversion process. The pyrolysis of sludge was conducted in an inert atmosphere of nitrogen at a flow rate of 400 mL.min-1 in a quartz tubular reactor at temperatures of 550 ºC, 800 °C and 1000 °C and an average heating rate of 150 °C min-1. The results show that with increasing temperature pyrolysis char yield decreased and increased release of volatile matter. The results of the elemental analysis after the pyrolysis process showed that sludges LCAN and LCAE have a retention in the sulfur content of 1.06% (LCAN550), 1.08% (LCAN800) 1.11% (LCAN1000) and 0.15% (LCAE550), 0.28% (LCAE800) and 0.35% (LCAE1000). However, the nitrogen content of LCAN (4.15%) and LCAE (7.36%) decreased (LCAN550 (3.07%), LCAN800 (1.48%), LCAN1000 (0.43%), LCAE550 (3.80%), LCAE800 (1.99%) and LCAE1000 (0.90%) with increase of the pyrolysis temperature. The reactivity tests were conducted in synthetic air atmosphere at a flow rate of 100 mL min-1 at four temperatures: 400 °C, 500 ºC, 550 ºC and 600 °C in a thermogravimetric equipment. The results showed that the maximum reactivity depends on the temperature and the Arrhenius equation was used to obtain the activation energy (Ea) for LCAN800, LCAE800 and wood sawdust (SM). The maximum reactivities were 39.9 kJ.mol-1, 34.04 kJ.mol-1 and 50.62 kJ.mol-1 for LCAN800, LCAE800 and SM respectively and the pre-exponential factor (k0) were 54.55 min-1, 22.22 min-1 and 122.10 min-1 respectively, showing that the reaction is monitored by diffusional effect. Comparing the reactivity with sawdust samples, LCAN800 (0.25 min-1), had higher reactivity at the temperature of 600 ºC. In summary, the present results showed that pyrolysis is a good option as a pre-treatment of sludges when aimed to reduce emissions of SO2 and NOx during thermal conversion processes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2012 Óxidos de ferro recuperados a partir da drenagem ácida de mina (DAM) representam potencial matéria-prima de baixo custo para substituir reagentes de pureza analítica na produção de ferridrita, goetita ou magnetita. Além disso, as propriedades de óxidos de ferro indicam que estes sólidos podem ser explorados como adsorventes e/ou catalisadores para remover compostos orgânicos de soluções aquosas. O principal objetivo deste estudo é produzir óxidos de ferro a partir da drenagem ácida de mina de carvão, com pureza relativamente elevada e, determinar a capacidade adsortiva e atividade (foto) catalítica destes sólidos no tratamento de compostos orgânicos em solução aquosa (corantes e fluido de usinagem). Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que é possível recuperar os óxidos de ferro (LL) na forma de goetita ou hematita, utilizando o método de precipitação sequencial, seguido de tratamento térmico. Também foram produzidos óxidos mistos de ferro/manganês (FeMn), utilizando a DAM como fonte de ferro, pela incorporação de sulfato de manganês em diferentes proporções, seguidos de tratamento térmico. Os óxidos mistos foram avaliados em relação a atividade catalítica em decompor H2O2. Os sólidos foram caracterizados por MEV/EDS, área superficial BET, pHpcz, potencial zeta, DRX, XPS, TGA e distribuição do tamanho de partículas. As análises de caracterização mostraram que as condições do tratamento térmico influenciam nas características dos óxidos formados (LL e FeMn). Nos LL, o aumento da temperatura aumenta a cristalinidade e o valor do pHpcz, mas diminui a área superficial. As áreas superficiais dos óxidos mistos FeMn são menores do que dos LL, e o pHpcz dos óxidos mistos é aproximadamente 7. Em todos os sólidos (LL e FeMn) o aumento da temperatura de tratamento de 100 para 300ºC confere transformação da goetita em hematita e em temperaturas superiores a 600ºC liberação de sulfatos identificados pelas análises de TGA/DTA e DRX. Os resultados da cinética de decomposição do H2O2, na presença dos óxidos de ferro, apresentaram constante de velocidade global da reação de 5,5 (± 2,0) x 10-8 s-1L.mg-1, independente da temperatura de calcinação. O óxido misto de ferro/manganês apresentou constante de velocidade de segunda ordem para decompor H2O2, 6,24x10-6 s-1L.mg-1, superior aos óxidos de ferro e, dependente da relação molar Fe:Mn e da temperatura de calcinação. Os óxidos de ferro adsorvem o corante têxtil Vermelho Procion H-E7B de acordo com o modelo de Langmuir e a quantidade máxima adsorvida de corante diminuiu à medida que a temperatura do tratamento térmico aumenta. O estudo da atividade catalítica do LL calcinado a 300ºC (LL300) na degradação do corante na presença de peróxido de hidrogênio, mostrou que há competição de sítios ativos entre o corante e o H2O2 e que esse efeito depende da concentração de ambos. Os resultados da atividade fotocatalítica dos LL na remoção do corante demonstram que há destruição do grupo cromóforo, mas não ocorre mineralizacão completa e, que a atividade fotocatalítica dos LL é superior a do TiO2 P25 em relação à mineralizacão do corante Vermelho Procion H-E7B. Os resultados de equilíbrio de adsorção do efluente de fluido de usinagem sobre o LL300 na forma de pó, mostraram elevada capacidade de remoção deste composto (1136 mgO2.g-1, expresso em unidades de DQO), ajustando-se ao modelo de Langmuir. Os estudos de adsorção do óxido de ferro calcinado a 300ºC na forma de pellets em leito fixo indicaram elevada resistência a transferência de massa dos pellets. Estes resultados sugerem que a drenagem ácida de mina pode ser utilizada como uma fonte de material para a produção de adsorventes e/ou catalisadores de óxidos de ferro, com qualidade comparável aos produzidos utilizando reagentes de grau analítico.

Dissertação [mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Entre as várias tecnologias disponíveis para a remoção de poluentes da água, muitos pesquisadores consideram a adsorção como o método mais favorável devido à sua eficiência e baixo custo operacional. Sólidos de elevada área superficial e baixo custo estão sendo procurados como alternativas ao carvão como material adsorvente. As características dos óxidos e hidróxidos de ferro, tais como sua área superficial relativamente elevada e a carga elétrica desenvolvida na superfície como consequência do comportamento ácido-base dos sítios ativos, motivam seu estudo visando à aplicação no controle de poluentes. Estudos têm demonstrado a habilidade desses materiais para agirem como adsorventes e/ou catalisadores para a remoção de compostos perigosos das águas. O presente trabalho avaliou um lodo do tratamento ativo da drenagem ácida (DAM) da mineração do carvão como matéria prima para a produção de óxidos de ferro peletizados adequados para a remoção de íons de metais pesados (manganês, cobre, cromo) e fenol em solução aquosa. Análises morfológicas mostraram que os sólidos obtidos a partir do tratamento térmico do lodo da DAM são materiais cristalinos conformados por nanopartículas aciculares, com área superficial BET 88 m2·g-1 na forma de pó, que se mantém praticamente inalterada após a peletização. A análise elementar confirmou a presença de Fe como maior constituinte dos adsorventes (~80% w/w), acompanhado por traços de outros elementos típicos nas drenagens ácidas. As análises de difração de raios X evidenciaram que o tratamento térmico a 573 K conduz à mudança das fases cristalinas, sendo hematita a forma predominante. No pH neutro foram obtidas capacidades de adsorção na monocamada de 1,4; 2,6; 5,2 e 1,9 mg·g-1 para manganês, cobre, cromo e fenol respectivamente. A cinética de adsorção nos sólidos pulverizados é muito rápida, e foi descrita de acordo com o modelo de pseudo-segunda ordem. Foi empregada uma abordagem do ponto de vista da formação de complexos na superfície para descrever a remoção dos metais em função do pH. Os dados experimentais foram satisfatoriamente representados pelo modelo da dupla camada considerando as reações de especiação dos íons em solução em conjunto com as reações de formação de compostos de adsorção específica entre os grupos ativos na superfície e as espécies em solução. Estudos da adsorção dos poluentes selecionados em colunas de leito fixo também foram desenvolvidos. Um modelo matemático baseado numa aproximação de força motriz linear foi desenvolvido para reproduzir as curvas de ruptura obtidas experimentalmente. O coeficiente de dispersão no leito e o coeficiente global de transferência de massa foram determinados em cada caso.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Este trabalho propôs um sistema de tratamento terciário para esgoto sanitário tratado para a produção de água de reuso, composto por coagulação com sulfato de alumínio, floculação em meio granular fixo, filtração rápida descendente e desinfecção com hipoclorito de cálcio. O estudo experimental buscou otimizar o processo de coagulação, definindo pH ótimo de operação e dosagens de sulfato de alumínio. No processo de floculação, em escoamento ascendente, foi utilizado um fluxo de 48 m3/m2.dia e diferentes granulometrias de carvão mineral. O efeito da taxa de filtração foi avaliado em 136 e 227 m3/m2.dia, em leito composto por areia e um compósito comercial. A avaliação da desinfecção consistiu em monitorar os coliformes totais otimizando dosagem de cloro para tempo de contato de 120 min. O efluente terciário produzido atingiu as expectativas iniciais de qualidade, baseadas na NBR 13.969/97, para águas de classe I. O efluente final apresentou coliformes ausentes em 100% das amostras, turbidez menor que 5,0 FTU e cloro residual médio de 1,25 mg/L. A carreira de floculação para a granulometria ótima foi de 11 horas enquanto a de filtração atingiu 13 horas de operação. Após a validação do tratamento, foi projetado um sistema em larga escala, com capacidade nominal de 187,5 m3/dia, adequada para a produção de água de reuso para uma comunidade de 2.500 habitantes a um custo estimado de R$ 4,15/m3, evidenciando a necessidade de otimização de custos, seja por aumento de escala ou otimização de processo. This work proposed a tertiary treatment system of sewage to produce reusable water, composed by coagulation with aluminum sulfate, fixed granular media flocculation (GMF), down flow direct filtration and disinfection with calcium hypochlorite. Experimental study aimed to optimize coagulation process, defining operation optimum pH and aluminum sulfate dosages. On ascendant flow flocculation process, flowing rate of 48 m3/m2.day was utilized and different mineral coal grain sizes. Filtration rate effect was evaluated in 136 and 227 m3/m2.day, in a steam composed by sand and a commercial composite. Disinfection evaluation consisted in monitoring total coliforms, optimizing chlorine dosage with a contact time of 120 min. Tertiary effluent obtained met initial expectations in terms of quality for class I water, based on NBR 13.969/97. Final effluent showed absence of coliforms in 100% of the samples, turbidity lower than 5,0 FTU and mean residual chlorine of 1,25 mg/l. Flocculation run for optimum grain size was 11 hours while filtration run took 13 hours of operation. After treatment validation, a large scale system was designed, with nominal capacity of 187,5 m3/day, appropriate to produce reusable water for a 2,500 people community, with a estimated cost of R$ 4,15/m3, making evident the necessity for cost reduction, by production increase or by process optimization.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química A crescente demanda energética mundial associada à preocupação acerca de questões ambientais faz com que conceitos de geração de energia sejam revistos. A combustão do lodo sanitário com uso da energia gerada pode ser uma alternativa viável ao seu destino final. Neste trabalho, três tipos de lodo sanitário, o do tratamento aeróbio (LCAE), o do tratamento anaeróbio (LCAN) e lodo digerido (LSC), foram caracterizados físico-quimicamente com o objetivo de realizar um teste de queima em combustor ciclônico de uma planta piloto. A análise elementar indicou a presença de altos teores de nitrogênio, e a presença de teores de enxofre e cloretos. Na análise imediata se verificou que a amostra de lodo digerido apresentou teor de cinzas superior ao da amostra aeróbia, porém ambas apresentaram elevado teor de voláteis, e teor de carbono fixo superior ao normalmente encontrado para amostras de lodo sanitário. O poder calorífico inferior das amostras foi da ordem de 3.600 kcal.kg-1 para LCAE, 3.300 kcal.kg-1 para LCAN e 2.000 kcal.kg-1 para LSC. A análise termogravimétrica mostrou que o lodo LSC é mais reativo e a decomposição de todos os lodos estudados é marcada por dois principais eventos ocorrendo quase que simultaneamente. A análise das cinzas de LCAE e LCAN indicou majoritária presença de óxidos de Al, Ca, Fe, P e Si e dentre os metais pesados, foi detectada a presença de Pb em concentrações abaixo do limite de quantificação e Ba em teores próximos a 0,15 %. A combustão dos dois lodos apresentou boa estabilidade térmica. Para ambos, as emissões de CO ficaram abaixo dos limites das legislações indicando uma boa condição de queima. As emissões de NOx foram superiores aos limites legais de emissão, porém a aplicação da recirculação dos gases no teste com LCAE reduziu os valores pela metade. As emissões de SO2 também foram acima dos limites, porém a etapa de lavagem dos gases removeu 86 % do SO2 para o teste com LCAE e 67 % para o teste com LCAN.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011 Compostos orgânicos voláteis (COV) são substâncias que causam problemas para a saúde humana e dos animais, e são precursores na formação de poluentes de toxicidade elevada. Os catalisadores comerciais para a oxidação de COV geralmente são a base de Pd e/ou Pt, cujo custo é elevado devido á presença desses metais nobres. A substituição desses catalisadores por outros compostos por metais não-nobres tem sido objeto de estudo de vários trabalhos, e os óxidos de ferro têm se mostrado adequados. Os óxidos de ferro estão presentes em grande quantidade no lodo químico produzido no tratamento ativo da drenagem ácida de mina (DAM), e poderia constituir-se uma matéria-prima para a produção de catalisadores. Estima-se que são produzidos de 4 a 35 t/dia de óxidos de ferro em uma única mina de carvão do Estado de Santa Catarina. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de catalisadores contendo metais não-nobres, a partir da goetita proveniente do tratamento ativo da DAM para a oxidação de COV. Foram preparados catalisadores de óxido de ferro a partir de 2 precursores: goetita (PL) e goetita acicular (AG). Dois catalisadores foram preparados a partir do tratamento térmico do PL: PL450 e PL600. A partir do AG, 11 catalisadores foram preparados, por meio do tratamento térmico do precursor (HCat) ou impregnação via úmida de outros metais (X = Mn, Cu, Zn e Ag), seguida de tratamento térmico (HCat_XY; HCat_XYXY). Os catalisadores foram caracterizados quanto à área superficial específica BET, análise de espectroscopia fotoeletrônica de raios X, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e análises termogravimétricas. Testes de atividade catalítica mostraram que o catalisador PL450 alcança conversões de tolueno a CO2 de 27%, o PL600 de 17%, e o HCat de 32% em temperatura de 450 oC. A atividade dos catalisadores bimetálicos, HCat_X5, foi avaliada e da melhor para a pior atividade seguiram a ordem: HCat_Cu5 > HCat_Mn5 > HCat_Ag5 > HCat_Zn5. A avaliação da quantidade de manganês impregnada mostrou que quanto maior a quantidade, melhor o desempenho catalítico. Catalisadores trimetálicos foram preparados e mostraram efeito sinergético entre as fases ativas. A cinética do catalisador HCat_Mn30 foi estudada e somente o modelo da lei de potência se ajustou aos resultados experimentais. Os catalisadores preparados neste trabalho são boas opções para aplicação na destruição de COV, pois podem ser produzidos a partir de matéria-prima abundante e de baixo custo em relação a metais nobres.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011 O objetivo desta tese foi determinar as propriedades termoquímicas de resíduos agroindustriais selecionados (serragem de madeira, lodos esultantes do tratamento de efluentes da indústria de processamento de carnes e misturas desses com serragem de madeira em diferentes roporções mássicas, resíduos da indústria de suco de maçã e de suco de laranja, bagaço de cana-de-açúcar, caroço de açaí, casca de castanha-decaju e casca de arroz) e avaliar a composição das emissões atmosféricas originadas de um combustor ciclônico piloto (Drako, Albrecht) durante a combustão de uma mistura de lodo resultante do tratamento de efluentes da indústria de processamento de carnes e serragem de madeira na proporção mássica de 1:3 (LFPS1:3). Como etapa complementar, avaliar o potencial de gaseificação de casca de arroz. As biomassas foram caracterizadas como combustíveis sólidos, incluindose entre as propriedades determinadas: composição imediata e elementar, conteúdo energético, comportamento térmico, composição e fusibilidade das cinzas. O poder calorífico inferior das biomassas variou entre 14,31 MJ.kg-1 e 29,14 MJ.kg-1, em base livre de umidade e cinzas (l.u.c.), todas apresentando alto teor de matéria volátil, entre 70,57% e 85,36% (l.u.c.), o que favorece sua conversão termoquímica. A tendência à formação de depósitos e incrustação das cinzas foi avaliada com base na composição das cinzas e em correlações teóricas apresentadas na literatura. As emissões de CO, SO2, NOx, benzeno, tolueno, etil-benzeno e xilenos (BTEX, dado como carbono orgânico total, COT), PAH e PCDD/PCDF foram medidas durante os ensaios realizados com a mistura LFPS1:3, relacionadas às propriedades da biomassa e às condições de operação do combustor ciclônico piloto e, finalmente, comparadas aos limites de emissão impostos por legislações nacionais e internacionais. O processo de combustão foi bem controlado, as concentrações de NOx foram reduzidas por meio da operação com recirculação dos gases de exaustão, e todas as emissões medidas foram menores que os limites de emissão considerados. Como etapa complementar, o potencial de gaseificação de casca de arroz foi verificado por meio da avaliação dos efeitos das condições de pirólise na formação do resíduo sólido carbonoso, na sua estrutura, composição e reatividade em ar sintético e em CO2. The main objective of this thesis was to determine the thermochemical properties of selected agroindustrial residues (wood sawdust, biosolids originating from the wastewater treatment process of a meat industry and mixtures of these with sawdust in different mass ratios, residues from apple and orange juice industries, sugarcane bagasse, açaí kernels (Euterpe oleracea), cashew nut husk (Anacardium occidentale L.) and rice husk) and to evaluate the composition of the atmospheric emissions originating from a pilot scale cyclone combustor (Drako, Albrecht) during the combustion of a mixture of biosolids originating from the wastewater treatment process of a meat industry and sawdust in a mass ratio of 1:3 (LFPS1:3). As a complementary step, the gasification potential of rice husk was evaluated. The biomasses were characterised as solid fuels and an evaluation of their properties, including proximate and ultimate composition, energy content, thermal behaviour, composition and fusibility of the ashes was performed. The lower heating value of the biomasses ranged from 14.31 MJ.kg-1 to 29.14 MJ.kg-1, on a dry and ash free basis (daf), all presenting high volatile matter content, varying between 70.57 wt% and 85.36 wt% (daf), what improves the thermochemical conversion of the solids. The fouling and slagging tendency of the ashes was predicted based on the fuel ash composition and ash fusibility correlations proposed in the literature. The emissions of CO, SO2, NOx, benzene, toluene, ethyl-benzene and xylenes (BTEX, given as total organic carbon, TOC), PAH and PCDD/PCDF were measured during the combustion tests performed with the mixture LFPS1:3, afterwards related to the biomass properties and to the operating conditions of the pilot plant and, finally, compared to the guideline limits established by Brazilian and international legislations. The combustion process was well controlled, the emissions of NOx were reduced through operation with flue gas recirculation, and all the concentrations measured remaining below the emission limits considered. A complementary part of this study aimed to assess the gasification potential of rice husk through the evaluation of the effects of the pyrolysis step on char formation, structure, composition and reactivity in synthetic air and in CO2.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Clorofenóis constituem uma importante classe de poluentes em solos e águas decorrentes da sua ampla utilização como pesticidas, herbicidas e conservantes de madeira. Em particular, 4-clorofenol, gerado como subproduto em diversas indústrias, pode causar sérios danos à saúde humana e à qualidade do ambiente. Entre os métodos tradicionais de tratamento deste grupo de compostos estão: os processos físicos, químicos e biológicos. Contudo, a estratégia de degradação fotocatalítica tem recebido considerável atenção. Ainda que o dióxido de titânio seja um catalisador eficiente para a degradação de compostos fenólicos, a aplicação em larga escala deste processo exige catalisadores mais ativos, estáveis e que possam ser ativados pela radiação visível. Das inúmeras formas de reduzir o gap de energia para ativação do TiO2, a dopagem com metais de transição tem se mostrado uma alternativa eficiente. Porém, ainda não há consenso sobre o papel do metal depositado e do método mais adequado para a dopagem do TiO2. Assim, neste trabalho, foi avaliado o uso do TiO2 e TiO2 dopado com Zn+2, Cu+2 e Cr+3para a degradação de 4-lorofenol, sob radiação UV. Os metais foram adicionados ao suporte TiO2 por fotodeposição, o que não afetou a forma cristalina original deste semicondutor (100% anatase). Os estudos de fotodegradação de 4-clorofenol foram feitos a princípio com os atalisadores dopados com carga nominal em peso de metal de 1%, sendo que o catalisador TiO2-Cu(1%) apresentou a maior atividade catalítica em comparação aos demais metais depositados. Por esta razão outros catalisadores foram desenvolvidos para avaliar o efeito da concentração de cobre fotodepositado sobre TiO2: 0,5 e 2,0 %. Tanto as análises de caracterização quanto as reações fotocatalíticas indicaram o TiO2-Cu(0,5%) como o catalisador mais adequado para a degradação de 4-clorofenol, resultando em constante de velocidade de pseudo-primeira ordem igual a 2,74 x10-2 min-1. Chlorophenols are an important class of pollutants in soil and water resulting from its extensive use as pesticides, herbicides and wood preservatives. In particular, 4-chlorophenol, generated as a waste byproduct in many industries, can cause serious harm to human health and the environment. Among the conventional methods of treating this group of compounds are: physical, chemical and biological treatments; however the strategy of photocatalytic degradation has received considerable attention. Although titanium dioxide is an efficient catalyst for the degradation of phenolic compounds, the large-scale application of this process requires moreactive catalysts, stable and can be activated by visible radiation. One of the many ways to reduce the activation energy gap of TiO2 is by doping with transition metals which has been shown to be an efficient alternative. However, there is still no consensus on the role of the deposited metal and the most suitable method for doping the TiO2. Hence, in this work, TiO2 and TiO2 doped with Zn+2, Cu+2 and Cr+3 were evaluated as catalysts for the degradation of 4-chlorophenol under UV radiation. The metals were added to the TiO2 support by photodeposition. This method did not affect the crystalline form of the original semiconductor (100% anatase). Studies of photodegradation of 4-chlorophenol were made first with the catalysts doped with nominal metal weight loading of 1%, and the catalyst TiO2-Cu(1%) showed the highest catalytic activity in comparison with the other metals deposited. Two other catalysts were developed to evaluate the effect of photodeposited copper concentration on TiO2: 0.5 and 2.0%. Both the characterization analysis and the photocatalytic reactions indicated the TiO2-Cu(0.5%) as the most suitable catalyst for the degradation of 4-chlorophenol, and the reaction rate constant of pseudofirst order was 2.74 x10- 2 min-1.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química O agente de desinfecção mais comumente utilizado tanto na produção de água potável como em plantas de tratamento de efluentes é o cloro e seus compostos relacionados, como hipoclorito de sódio e de cálcio. Devido à formação dos subprodutos da desinfecção, têm-se buscado novas alternativas de processos com esta finalidade. Nos recentes anos, os processos de oxidação avançada têm merecido destaque entre os processos de degradação de contaminantes orgânicos e desinfecção de águas e efluentes líquidos. Dentre os processos de oxidação avançada, os processos catalíticos em fase homogênea ou heterogênea são aqueles que combinam um oxidante forte, como ozônio ou peróxido de hidrogênio, e um catalisador metálico ou de óxido metálico, para a geração de radicais livres oxidantes, capazes de decompor não seletivamente inúmeros compostos dissolvidos. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a aplicação de filtração granular adsortiva e peroxidação catalítica para obtenção de água potável, utilizando catalisadores heterogêneos à base de óxidos metálicos. Ensaios pilotos de filtração granular adsortiva foram realizados e dois tipos de carvões e um tipo de zeólita natural foram avaliados. Um dos carvões, que possui aderido a sua superfície óxidos e hidróxidos de ferro, e a zeólita natural foram avaliados como catalisadores na peroxidação catalítica em leito fixo. Neste processo, foi avaliada a influência do tempo de residência, do diâmetro de partícula do catalisador e da dosagem de peróxido de hidrogênio. Foi avaliado o comportamento do sistema na ampliação de escala para o carvão testado e os custos envolvidos na aplicação de ambos os sólidos. Foi avaliada a capacidade adsortiva e a cinética de adsorção da bactéria E.coli sobre os sólidos, bem como a cinética de desinfecção da bactéria em reatores descontínuos utilizando uma solução sintética de E.coli ATCC 25922 livre de interferentes. Na aplicação na filtração granular adsortiva o sólido que apresentou melhores resultados foi a zeólita, seguida dos carvões. Na aplicação de oxidação catalítica utilizando o carvão que possui óxidos de ferro impregnados a sua superfície, a vazão de água aplicada foi o fator mais significante para o processo, a melhor condição experimental foi no tempo de residência de 2 minutos e dosagem de peróxido de hidrogênio de 60mg/L. O diâmetro de partícula do carvão não influenciou na eficiência de remoção de coliformes totais e fecais. O sistema apresentou estabilidade em 24 horas de operação e os resultados foram reproduzidos na ampliação de escala. Na aplicação da zeólita em leito fixo combinada com peróxido de hidrogênio, a melhor condição operacional foi no tempo de residência de 2 minutos e dosagem de peróxido de hidrogênio de 50mg/L. A zeólita apresentou capacidade adsortiva para a bactéria E.coli, sendo o equilíbrio de adsorção descrito pelo modelo de Freundlich. No estudo cinético de adsorção, os dados experimentais ajustaram-se ao modelo de adsorção de pseudo-segunda ordem. Quando utilizada a mesma instalação, os custos envolvidos na aplicação de zeólita e um dos carvões em leito fixo combinados com peroxidação para obtenção de água potável, foram de R$ 1,70 e R$ 0,29 por metro cúbico tratado, respectivamente. Esta diferença é resultado das características operacionais dos sistemas, quando aplicados os diferentes sólidos. Os resultados obtidos indicaram que ambos os sólidos podem ser utilizados no processo de obtenção de água potável, que nas condições experimentais otimizadas atenderam aos parâmetros de potabilidade estipulados na Portaria n° 518/2004 do Ministério da Saúde. The disinfecting agent must commonly used both in the production of potable water as well as in effluent treatment plants is chlorine and its related compounds, such as sodium hypochlorite and calcium hypochlorite. Due to the formation of subproducts of disinfection, new alternatives of processes with this purpose have been sought for. In recent years, the processes of advanced oxidation have merited highlighting among the processes of degradation of organic contaminants and water and wastewater disinfection. Within the processes of advanced oxidation, the catalytic processes in a homogeneous or heterogeneous phase are those that combine a strong oxidant, such as ozone or hydrogen peroxide, and a metallic or metallic oxide catalyzer for the generation of free radical oxidants, capable of non-selective decomposition of innumerable dissolved compounds. The objective of the present study was evaluate the application of adsorptive granular filtration and catalytic peroxidation for obtaining potable water, using heterogeneous catalyzers with a metallic oxide base. Pilot trials of adsorptive granular filtration were undertaken and two types of carbon media and one type of natural zeolite were evaluated. One of the carbon media, which has oxides and iron hydroxides bound to its surface, and a natural zeolite were evaluated as catalyzers in the catalytic peroxidation in a fixed bed. In this process, the influence of residence time, the particle diameter of the catalyzer and the dosage of hydrogen peroxide were analyzed. The behavior in the scale amplification of the system for the carbon media tested and the costs involved in the application of both solids were evaluated. The adsorptive capacity and the kinetics of adsorption of the bacteria E.coli on the solids was evaluated, as well the kinetics of disinfection of bacteria in discontinuous reactors using a synthetic solution of E.coli ATCC 25922 free of interferents. In application in adsorptive granular filtration, the solid that presented the best results was zeolite, followed by the carbon media. In the application of catalytic oxidation using the carbon media, which has iron oxides impregnated on its surface, the inlet flow of water applied was the most significant factor for the process; the best experimental condition was in time of residence of 2 minutes and dosage of hydrogen peroxide of 60mg/L. The particle diameter of the carbon media did not have an influence on the efficiency of removal of total and fecal coliforms. The system presented stability in 24 hours of operation and the results were reproduced in amplification of scale. In application of the zeolite in a fixed bed combined with hydrogen peroxide, the best operational condition was in the time of residence of 2 minutes and a dosage of hydrogen peroxide of 50mg/L. The zeolite presented adsorptive capacity for the E.coli bacteria, with the adsorption equilibrium being described by the Freundlich model. In the kinetic study of adsorption, the experimental data were adjusted to the model of adsorption of pseudo- second order. When the same installation was used, the costs involved in the application of zeolite and one of the carbon media in a fixed bed combined with peroxidation for obtaining potable water were of R$ 1.70 and R$ 0.29 per cubic meter treated respectively. This difference is a result of the operational characteristics of the systems, when the different solids are applied. The results obtained indicated that both solids may be used in the process of obtaining potable water, which in the optimized experimental conditions met the potability parameters stipulated in Government Directive no. 518/2004 from the Ministry of Health.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Os efluentes gerados nos mais diversos segmentos de indústrias contêm uma série de compostos orgânicos e, dentre eles, substâncias químicas altamente perigosas, os chamados compostos persistentes de difícil degradação, também conhecidos como recalcitrantes, altamente prejudiciais ao meio-ambiente e que apresentam elevada toxicidade e bioacumulação. Esses compostos não são degradados nos sistemas de tratamento biológico normalmente aplicados nas indústrias, o que faz com que seja de fundamental importância que as indústrias busquem formas de melhorar a qualidade de seus efluentes por meio de modificações no processo ou nos sistemas de tratamento utilizados. Os processos de oxidação química e oxidação avançada têm se destacado como forte alternativa para o tratamento desses efluentes que contêm compostos persistentes. No presente trabalho, o efluente de estudo foi originário de um incubatório de aves e contém uma série de compostos persistentes. Numa primeira etapa, o efluente foi caracterizado e submetido a diferentes tipos de tratamento físico-químicos, como a coagulação-floculação, Fenton, foto-Fenton e foto-peroxidação. Dentre os processos investigados, o tratamento do efluente pelo processo foto-Fenton foi o que se mostrou mais adequado, resultando nas melhores eficiências de remoção de matéria orgânica, de aproximadamente 92% DQO. Posteriormente, o efluente foi submetido a análises de cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas (LC/MS), onde a presença de compostos persistentes foi investigada. Dentre os compostos detectados, confirmou-se a presença no efluente de um composto organoclorado, o pesticida imazalil, que é um fungicida utilizado nas atividades de limpeza da indústria, sobre o qual não há dados na literatura relacionados ao seu tratamento e degradação, sendo, portanto, definido como composto alvo desta etapa do trabalho. A cinética de degradação do pesticida imazalil pelo processo de oxidação avançada, foto-Fenton foi estudada. Paralelamente, investigou-se o tratamento do imazalil pelo processo de ozonização, em uma faixa de pH determinada, onde tert-butanol (t-BuOH) foi utilizado como agente seqüestrante de radicais hidroxilo, para que se pudesse avaliar a ação do ataque direto do ozônio molecular sobre o imazalil. Procederam-se, para ambos os processos, aos estudos de investigação, detecção e identificação dos produtos de degradação resultantes desses processos oxidativos, pelo emprego de LC/MSn (cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas tandem), bem como a avaliação da toxicidade causada por eles. Para cada processo detectou-se a presença de quatro produtos de degradação, antes desconhecidos, cujas estruturas foram elucidadas. As análises de toxicidade resultaram em um decréscimo na toxicidade no decorrer de ambos os tratamentos, indicando que os produtos de degradação formados não são mais tóxicos que sua molécula original, o imazalil. O presente trabalho resultou em uma importante contribuição por apresentar opções de tratamento para efluentes que contêm compostos persistentes, e em especial pelo estudo de degradação do pesticida imazalil, composto não estudado até então e, identificação de produtos de degradação originados nesses tratamentos, antes desconhecidos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. A utilização de processos de elevada eficiência de remoção de materiais sólidos é um dos principais requisitos para a diminuição da carga orgânica nos efluentes das indústrias de processamento de carnes. Como tratamento primário, processos de flotação por ar dissolvido (FAD) utilizando coagulação-floculação são geralmente utilizados. De maneira complementar, processos de oxidação avançada (POAs) podem ser usados para eliminar grande parte dos poluentes orgânicos presentes no efluente. No entanto, alguns procedimentos analíticos como os métodos físico-químicos e cromatográficos, além da análise da biodegradabilidade e toxicidade, são de fundamental importância para garantir que esses líquidos contenham baixos níveis de contaminantes, possibilitando o descarte de efluentes que atendam à legislação. O presente estudo aborda o tratamento físico-químico de efluentes de indústrias de carnes por FAD seguido de POAs a fim de promover uma elevada eliminação dos contaminantes orgânicos presentes no efluente tratado, entre eles resíduos de drogas veterinárias, ftalatos e resíduos de poliacrilamida (PAM) utilizados no processo de floculação. Os resultados mostraram que os POAs aplicados ao efluente após o tratamento por FAD apresentaram elevados percentuais de eliminação de matéria orgânica, além da redução da contagem de coliformes e toxicidade. Entre os POAs aplicados ao efluente, o processo foto-Fenton apresentou os melhores resultados, o que foi confirmado através de métodos cromatográficos. Além disso, a análise cromatográfica por GC-MS detectou a presença de ftalatos e compostos fenólicos no efluente, e antibióticos e nitrosamina foram detectados por LC-MS. Por outro lado, a caracterização dos sólidos (lodo) gerados na estação de tratamento de efluentes da indústria de carnes verificou que estes resíduos sólidos podem ser dispostos na agricultura sem acarretar danos significativos ao meio ambiente. Para a degradação das PAMs, os processos foto-Fenton e H2O2/UV apresentaram maior eficiência de eliminação comparados aos processos Fenton e oxidação com ferrato de potássio. A partir dos resultados obtidos e da análise das condições de oxidação, um novo mecanismo de degradação da PAM foi proposto, levando em consideração a ação conjunta das diferentes reações que atuam na degradação da molécula, como a fotólise, a hidrólise e a oxidação química pelos radicais ?OH. The use of wastewater treatment processes with high efficiency of organic matter removal is considered one of the most important steps to achieve lower pollution loads in meat processing industries. As a primary treatment, dissolved air flotation processes (DAF) using coagulation-flocculation are generally applied. Additionally, the utilization of high efficiency procedures as advanced oxidation processes (AOP) has become an alternative for high elimination rate of degradation of the organic contaminants present in these wastewaters. Nevertheless, analytical practices as physicochemical and chromatographic methods, as well as biodegradability and toxicity analysis, might play an important role to guarantee pollution limits under control, allowing the discharge of these liquids according to the restricted environmental regulations. This work approaches the physicochemical treatment of the meat industry wastewater by dissolved air flotation and advanced oxidation processes, to promote the elimination of organic contaminants in the wastewater, including residues of veterinary drugs, phthalates, and polyacrylamide polymers (PAM) used as coagulation aids for flotation purposes. The results showed that the treatment with DAF and AOPs presented high elimination rates of organic matter, and significant reduction of toxicity and coliform bacteria. Among the AOPs applied to the wastewater, the photo-Fenton process present the best elimination results, confirmed by the chromatographic methods. Besides, the chromatographic analysis detected the presence of phthalates and phenolic compounds on the effluent by GC-MS, and antibiotics and nitrosamine by LC-MS. On the other hand, the characterization of the sludge generated in the wastewater treatment verified that theses solid wastes might be disposed onto land for agricultural purposes without significant damage to the environment. For the degradation of PAMs, the processes photo-Fenton and H2O2/UV achieved better elimination efficiencies compared to Fenton reaction and potassium ferrate oxidation. From these results, considering the oxidation conditions investigated, a new mechanism for PAM degradation was proposed, including the simultaneous reactions that degrade the molecules, such as photolysis, hydrolysis and chemical oxidation by the ?OH radicals.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. A ocorrência de fármacos no meio ambiente tem se tornado um assunto de interesse nos últimos anos. Grande número desses compostos têm sido detectados em efluentes de estações de tratamento de esgoto (ETEs) municipais, águas superficiais e, menos frequentemente, em águas subterrâneas e água potável em todo o mundo. Alguns dos efeitos adversos causados por fármacos incluem toxicidade aquática, desenvolvimento de resistência em bactérias patogênicas, genotoxicidade, e desregulação endócrina. Diferentes fontes podem ser indicadas para explicar o aparecimento de fármacos no ambiente aquático. Atualmente, é amplamente reconhecido que a principal fonte de poluição são os efluentes de ETEs. Portanto, o descarte de resíduos farmacêuticos nos efluentes de ETEs deve ser minimizado o máximo possível. A remoção de poluentes orgânicos recalcitrantes como fármacos na água e em efluentes pode ser obtida utilizando tecnologias avançadas de tratamento, tais como bioreatores com membranas (BRMs), processos oxidativos avançados (POAs) e adsorção em carvão ativado. O objetivo deste trabalho é avaliar a eficiência de remoção de fármacos por meio de BRMs de ultrafiltração, POAs e adsorção em carvão ativado, identificar metabólitos ou produtos de degradação de fármacos originados durante os tratamentos bem como realizar um estudo cinético de degradação desses compostos. Os fármacos usados neste estudo, três antiinflamatórios não-esteroidais (AINEs) (acetaminofeno, cetoprofeno e naproxeno) e três antibióticos (roxitromicina, sulfametoxazol e trimetoprima), foram adquiridos da Sigma-Aldrich. A primeira etapa do trabalho consistiu em utilizar dois BRMs, com idade de lodo de 15 (BRM-15) e 30 (BRM-30) dias, para avaliar a degradação dos fármacos adicionados no efluente proveniente do tanque de equalização da estação de tratamento de esgoto doméstico (ETE) da cidade de Aachen (Alemanha), que servia de alimentação para os BRMs. Os fármacos foram adicionados diariamente numa concentração de 50 µg/L/d em cada BRM, durante aproximadamente quatro semanas. Em uma segunda etapa de trabalho, compostos farmacêuticos dissolvidos em água Milli-Q ou no permeado dos BRMs a uma concentração de 100 µg/L foram tratados por POAs. Os tratamentos por meio de POAs (radiação UV, O3, H2O2/UV, Fenton e foto-Fenton) foram realizados em um reator cilíndrico de vidro (500 mL) ao longo de 30 minutos. A radiação UV foi proporcionada por uma lâmpada a vapor de mercúrio de média pressão de 15 W. A agitação do sistema foi proporcionada pelo uso de um agitador magnético. Sulfato ferroso heptahidratado foi utilizado como fonte de íons de ferro para o processo Fenton e foto-Fenton. A determinação e a quantificação dos fármacos e seus metabólitos, presentes no permeado dos BRMs, e dos produtos de degradação, originados durante o tratamento por POAs, foram realizadas por meio de um sistema de cromatografia líquida acoplado a um sistema de espectrometria de massa (LC-MS) e espectrometria tandem de massa (LC-MSn), aplicando ionização por electrospray nos modos positivo (IES(+)) (para acetaminofeno, roxitromicina, sulfametoxazol e trimetoprima) e negativo (IES(-)) (para cetoprofeno e naproxeno). Em uma terceira etapa de trabalho, avaliou-se a eficiência de remoção dos fármacos em solução aquosa por meio de adsorção em carvão ativado. Soluções aquosas de fármacos (300 mL) com diferentes concentrações iniciais (1-10 mg/L) foram colocadas em contato com diferentes dosagens de carvão ativado (1; 1,5; 2; 2,5, 3 g/L) por 6h a 25oC, e a concentração dos fármacos foi determinada usando um espectrofotômetro UV-vis. Com relação aos resultados obtidos por meio do tratamento por BRMs, observou-se que os AINEs foram removidos com maior eficiência do que os antibióticos para ambos os BRMs e quando se comparou a eficiência de remoção média entre os dois BRMs, observou-se que o BRM-30 apresentou uma eficiência de remoção maior para todos os compostos em relação ao BRM-15. Metabólitos de acetaminofeno, cetoprofeno e naproxeno foram identificados no permeado de ambos os BRMs. Com relação aos resultados obtidos pelo tratamento utilizando POAs, os compostos cetoprofeno e sulfametoxazol mostraram-se bastante sensíveis à radiação UV. Apesar do tratamento com O3 ter apresentado as maiores eficiências de remoção, não se pôde concluir que foi o melhor tratamento, uma vez que apresentou produtos de degradação desconhecidos cuja polaridade e toxicidade não foram avaliadas. Com relação aos resultados obtidos por adsorção em carvão ativado, observou-se uma eficiência de remoção maior do que 90% para todos os compostos. A adsorção dos compostos alcançou estado de equilíbrio após 6h e foi descrita por meio do uso de isotermas lineares. A cinética de adsorção dos fármacos foi discutida usando 3 modelos cinéticos e verificou-se que o modelo cinético de pseudo-segunda ordem pode descrever a adsorção dos fármacos sobre o carvão ativado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Química A preocupação com a disponibilidade de água doce é crescente, pois está aumentando o número de regiões que estão sofrendo com a escassez de água. As águas descartadas pelas indústrias metalúrgicas estão contaminadas principalmente com íons metálicos solúveis. As tecnologias tradicionais para o tratamento de águas residuárias nem sempre são totalmente eficientes, por isso também são utilizados tratamentos terciários para melhorar o tratamento dessas águas, como por exemplo, a filtração adsortiva. Neste trabalho foi avaliado o tratamento das águas descartadas no processo de pintura com tinta a pó de peças de metais de uma indústria metalúrgica através de coagulação/decantação e filtração adsortiva. Na primeira etapa deste trabalho foi realizada a caracterização do efluente bruto e tratado da indústria metalúrgica e a otimização do atual processo de tratamento de efluentes líquidos. A segunda etapa consistiu no estudo de filtração adsortiva, utilizando adsorventes a base de carvão mineral (CARBOTRAT AP® e CARBOTRAT PREMIUM®), em escala de laboratório e em escala piloto. Foram determinadas as isotermas de adsorção dos íons metálicos através do método estático para a remoção de ferro e manganês. O pH onde ocorreu a máxima precipitação dos metais na coagulação/floculação/decantação é aproximadamente 11,0. Tanto o CARBOTRAT AP, quanto o CARBOTRAT PREMIUM® possuem boa capacidade de remoção dos seguintes íons metálicos: Mn2+, Fe3+, Al3+, Zn2+, Ni2+ e Cu2+. O CARBOTRAT PREMIUM® foi avaliado também para a remoção de fósforo, mas não mostrou eficiência para remoção deste contaminante. The concern about the water availability is increasing, therefore it is increasing the number of regions that have been suffering for the water scarcity. The discarded waters by the metallurgic industries are mainly contaminated with metallic soluble ions. Traditional technologies for the residuary water treatment are not always completely efficient, therefore also tertiary treatments are used to improve the treatment of these waters, as for example the adsorptive filtration. In this work it was evaluated the treatment of discarded waters in the painting process with dust-ink of metal parts of a metallurgic industry through coagulation/decantation and adsorptive filtration. In the first stage of this work it was carried through the characterization of the raw and treated effluent of the metallurgic industry and the verification of an optimization of the current process of effluent treatment of the related industry. The second stage consisted in the study of adsorptive filtration, using adsorbent on the mineral coal basis, in laboratory scale and pilot scale. The isotherms of metallic ions adsorption through the static method for the removal of iron and manganese had been determined. The pH where the maximum precipitation of metals in the coagulation/ flocculation /decantation occurred is approximately 11,0. As CARBOTRAT AP as CARBOTRAR PREMIUM® have good capacity of removal of the following metallic ions: Mn2+, Fe3+, Al3+, Zn2+, Ni2+ and Cu2. CARBOTRAT PREMIUM® was also evaluated for the phosphorus removal but it did not show efficiency for removal of this contaminant.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Óxidos de ferro são catalisadores efetivos na oxidação catalítica do peróxido de hidrogênio e este processo tem sido chamado de degradação fenton heterogênea. Estes processos heterogêneos são promissores porque eliminam a etapa adicional de separação do lodo de ferro no final da reação do processo fenton homogêneo. Contudo, poucas tentativas tem sido realizadas para avaliar as potencialidades do processo Fenton heterogêneo. A atividade do catalisador depende das características do óxido de ferro, tais como cristalinidade e área superficial. Entretanto, tem-se demonstrado que os catalisadores de óxido de ferro perdem sua atividade, devido ao processo de lixiviação do ferro que é intenso em condições ácidas. A lixiviação e a desativação dos catalisadores ainda são desafios para o desenvolvimento de catalisadores vantajosos para a oxidação de efluentes industriais. Neste trabalho, foram testados dois catalisadores baseados em compostos contendo ferro para a degradação de efluentes têxteis pela peroxidação catalítica. O composto mineral de ferro, pirita (FeS2), e um compósito, Fe2O3/carvão, foram avaliados como adsorventes e/ou catalisadores para a decomposição do peróxido de hidrogênio na oxidação avançada do efluente têxtil. A pirita e Fe2O3/carvão apresentaram baixa área superficial BET, 2.7 e 4.1 m2.g-1, respectivamente. A remoção de corante têxtil em solução aquosa (Vermelho de Procion H-E7B) por adsorção para diferentes pHs foi avaliada e os resultados foram insignificantes para a capacidade de adsorção em pH maiores que o pHpzc do sólido, devido à repulsão eletrostática entre as cargas negativas da superfície e as moléculas aniônicas do corante. O equilíbrio de adsorção do Corante Vermelho de Procion H-E7B na pirita foi descrito de acordo com o modelo de Langmuir. A cinética de adsorção pode ser descrita de acordo com o modelo de difusão homogênea nos poros do sólido. O efeito das condições operacionais no processo de peroxidação catalítica (dosagem de sólido, pH, concentração de peróxido de hidrogênio e temperatura), na cinética de remoção de cor foi avaliado. Os resultados mostraram que, em condições neutras e básicas de pH, a degradação do corante têxtil Vermelho de Procion H-E7B pela peroxidação catalítica usando o Fe2O3/carvão é insignificante. Em condições ácidas o Fe2O3/carvão e a pirita são catalisadores ativos para a remoção de cor. A perda de ferro do catalisador devido à lixiviação em condições ácidas, é importante por promover a reação fenton em fase homogênea. O modelo cinético de pseudoprimeira ordem foi usado para descrever a decomposição do peróxido de hidrogênio, que é responsável pela formação dos radicais hidroxil que são ativos na oxidação e degradação de compostos orgânicos. Iron oxides are effective catalysts for catalytic wet hydrogen peroxide oxidation and this process has been called heterogeneous Fenton degradation. These heterogeneous processes are promising because homogeneous processes need a separation step of the iron sludge at the end of the reaction. However, only a few attempts have been made to evaluate the potential of heterogeneous Fenton process. The activity of the catalyst depends on characteristics of the iron oxides, such as crystallinity and surface area. However, it has been demonstrated that iron oxide catalysts lose their activity because of leaching effects of metallic catalysts in acidic medium. The leaching and deactivation of the catalyst are still challenges for developing advantageous catalyst for oxidation of wastewaters. In this study it was studied two heterogeneous catalysts based on iron compounds to degrade textile wastewater by the catalytic peroxidation. The mineral iron compounds, pyrite and a composite Fe2O3/carbon, were evaluated as adsorbent and/or catalysts for the hydrogen peroxide decomposition and advanced oxidation of textile wastewater. Pyrite and Fe2O3/carbon presented low BET surface area, 2.7 and 4.1 m2/g, respectively.The removal of a textile dye in aqueous solution (Procion Red H-E7B) by adsorption at different pH's was evaluated and resulted in negligible adsorption capacity at pH higher than the pHpzc of the solids, due to the electrostatic repulsion between the negatively charged surface and the anionic molecules of the dye. The equilibrium of adsorption of Procion Red H-E7B on pyrite or Fe2O3/carbon was described according to the Langmuir model. The kinetics of adsorption can be described according to the homogeneous diffusion model in the porous solids. The effect of operational conditions of peroxidation catalytic process, (such as solid dosage, pH, hydrogen peroxide concentration and temperature) on the kinetics of color removal was evaluated. The results showed that at neutral or basic pH's, the degradation of the textile dye Procion Red H-E7B by catalytic peroxidation using Fe2O3/carbon is negligible. In acidic conditions, Fe2O3/carbon and pyrite are active catalysts for color removal. The loss of iron of the catalyst by leaching in acidic conditions has important role due to the homogeneous Fenton reaction. A pseudo-first order kinetic model was used to describe the decomposition of hydrogen peroxide, that are responsible for the formation of hydroxyl radicals that acts as oxidant in organic compounds degradation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Química A necessidade em conservar água através de reúso é crucial para a natureza finita deste insumo essencial à vida e de demanda em crescimento para seu uso em atividades domésticas, agrárias e industriais. Frente a essas questões, órgãos mundiais reconhecem e incentivam a implementação das técnicas de reúso direto e indireto, desde que não haja riscos à integridade do produto, ao meio ambiente e nem à saúde dos manipuladores e consumidores. Esta dissertação propõe estratégias de gerenciamento hídrico em frigorífico considerando as restrições impostas pela legislação brasileira e as preocupações higiênicas existentes numa indústria de alimentos. Objetiva-se apresentar alternativas para a minimização do consumo de água e geração de efluentes. Primeiramente, houve-se a adequação de um modelo prático de gerenciamento hídrico industrial o qual se constitui em sete etapas: coleta e análise de documentos; medição de consumo de água e geração de efluentes (balanço hídrico); verificação dos pontos de maior consumo de água; minimização do consumo de água com ênfase nos pontos de maior consumo de água; avaliação do potencial de reúso e reciclo de água sem recondicionamento; avaliação do potencial de reúso e reciclo de água com recondicionamento; manutenção do gerenciamento hídrico. A economia teórica de consumo de água, após aplicados os princípios de minimização e de reúso, foi de 25,6% de água, com uma economia financeira de 27,4%. Verificou-se que é necessária ação conjunta entre os órgãos regulamentários e os de segurança alimentar e ambiental nacionais, indústrias processadoras e institutos de ensino e pesquisa.

Dissertação [mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Química A demanda mundial de energia crescente e o efeito estufa induzido pelas atividades antropogênicas fazem da questão energética tema prioritário na agenda política global. O tratamento dos efluentes e resíduos provenientes das indústrias de carnes tem sido uma das grandes preocupações do setor agroindustrial. Na saída do tratamento físico-químico do efluente frigorífico pode-se obter cerca de 20% de lodo, que é um importante resíduo sólido orgânico. A aplicação do lodo sem tratamento prévio a práticas agrícolas pode ocasionar problemas ambientais e, atualmente, a reduzida área destinada a aterros sanitários e o transporte encarecem a sua disposição. O aproveitamento do lodo para a produção de vapor na indústria de carnes pode proporcionar ganhos energéticos e econômicos quanto à aquisição de combustíveis e aumentar a utilização de fontes de energia renovável. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o potencial de utilização do lodo gerado no tratamento primário de efluentes de um frigorífico como fonte de energia, levando-se em consideração suas propriedades físico-químicas e o controle de emissão dos poluentes atmosféricos no processo de combustão. Avaliou-se a combustão do cavaco e da mistura cavaco e lodo 9:1 em massa a partir da análise da concentração de poluentes, comparando-as com a legislação em vigor, e das perdas energéticas verificadas com a emissão de CO, CXHY e fuligem. A incorporação de 10% em massa de lodo à alimentação resultou em aumento da potência térmica nominal do sistema em aproximadamente 2% e economia no consumo anual de cavaco. Porém, em ambas as situações a queima foi ineficiente. A composição das cinzas do lodo determina a ocorrência de formação de depósitos e incrustação. Quanto menor a proporção de lodo na queima em grelha rotativa, menor a ocorrência desses problemas e melhor a homogeneidade da alimentação. Para que o processo de combustão alcance a máxima eficiência possível e produza pequenas quantidades de poluentes, cada etapa do processo deve ser otimizada levando-se em consideração a tecnologia de combustão aplicada, o tipo de biomassa e o seu comportamento térmico. Worldwide demand of energy and the greenhouse effect induced by anthropogenic activities make the energy question a prioritary subject in the global politics agenda. The treatment of wastewater and residue proceeding from meat processing industries has become great concerns in the agroindustrial sector. In the exit of the physicochemical treatment of slaughterhouse wastewater it can be obtained about 20% of sludge, an important organic solid residue. Application of the sludge without previous treatment to agricultural fields can cause environmental impacts and, currently, reduced area of sanitary landfills and transportation implies in the increasing of disposal costs. Exploitation of sludge for steam generation at meat processing industry can provide energy and economic profits. Co-combustion of sludge and primary fuels is an attractive option to increase the use of renewable fuels. The aim of this work was to evaluate the utilization of slaughterhouse biomass obtained from the physicochemical treatment of slaughterhouse wastewater as energy source, taking into account its physicochemical properties and the emission control of atmospheric pollutants. The wood chips combustion and the wood chips and sludge co-combustion in a mixture ratio of 9:1 in weight was evaluated by analysis of pollutants concentrations, comparing them with current legislation, and by energetic losses observed with the emissions of CO, CXHY and soot. Incorporation of 10% in weight of sludge to the feedstock resulted in increase of 2% in primary thermal power of the system, beyond the economy of the annual consumption of wood chips. However, in both situations the burning was not fuel-efficient. Chemical constitution of the mineral matter of the biomass determines the ash fouling tendency. Co-firing of sludge with wood chips in low amount in moving grate reduces these problems and improves feedstock homogeneity. In order to achieve a combustion that is as efficient as possible and produces only low amounts of pollutants, each combustion step must be optimized taking into consideration the combustion technology applied, the kind of biomass used and its thermal behaviour.