Ocorrência de trihalometanos e ácidos haloacéticos na desinfecção de efluentes tratados biologicamente

Desinfecção é um processo empregado no tratamento de água potável e de efluente líquido. Cloro e seus derivados (desinfetantes mais utilizados) apresentam o inconveniente de formar produtos perigosos à saúde, resultantes de reações com compostos orgânicos. Os compostos Trihalometanos (THMs) e os ácidos haloacéticos (HAAs) estão entre os principais grupos de subprodutos encontrados. Vários fatores interferem na formação de tais produtos, como por exemplo: pH, temperatura, tempo reacional, nitrogênio amoniacal etc. O presente trabalho apresenta um estudo da geração de subprodutos provindos da desinfecção de quatro distintos efluentes de estações de tratamento biológico. Hipoclorito de sódio e ferrato(VI) de sódio foram usados como desinfetantes em concentrações e tempos reacionais variados. Análises de pH, demanda química de oxigênio, nitrogênio amoniacal, cloro combinado, THMs e HAAs foram realizadas. A concentração dos subprodutos foi proporcional à concentração e ao tempo reacional do desinfetante hipoclorito de sódio. Para a mais alta concentração empregada de hipoclorito (20 mg L-1) e maior tempo reacional (168 h), o total de THMs não excedeu ao valor máximo de descarga permitido para efluentes tratados (1 mg L-1 de clorofórmio). Os THMs e os HAAs apresentaram-se inversamente correlacionados com a concentração de nitrogênio amoniacal presente no efluente. Para o desinfectante ferrato(VI) não houve formação de subprodutos halogenados, uma vez que este desinfetante não contribui com átomos de cloro.

Avaliação da remoção da lama dentinária das paredes do canal radicular após o uso de diferentes fórmulas de EDTA estudo in vitro

O objetivo do presente estudo foi avaliar, através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), a capacidade de remoção da lama dentinária nas regiões cervical, média e apical do canal radicular após a utilização das soluções de EDTA dissódico, trissódico e tetrassódico a 17% e do gel de EDTA a 24% durante a preparação do canal radicular. A amostra consistiu em 100 dentes humanos, monorradiculares, extraídos, aleatoriamente divididos em cinco grupos. Nos grupos experimentais foram utilizados soluções de EDTA dissódico, trissódico e tetrassódico a 17 % e gel de EDTA trissódico a 24%. No grupo controle foi utilizado água destilada. Cada dente foi dividido longitudinalmente e analisado no MEV. As paredes dos canais radiculares foram examinadas nas regiões cervical, média e apical quanto à remoção da lama dentinária, presença de detritos e abertura dos túbulos dentinários. Durante este processo, foram realizadas fotomicrografias com aumento de 2000 vezes. O sistema de classificação utilizado na análise foi: 0 – ausência de lama dentinária, túbulos dentinários abertos e livres de detritos; 1 – lama dentinária moderada, contorno dos túbulos visíveis ou parcialmente preenchidos por detritos; 2 – abundante lama dentinária, sem distinção do contorno dos túbulos. Para a análise estatística foram utilizados os testes não paramétricos de Friedman e Kruskall-Wallis. Os resultados mostraram diferença estatística entre os grupos teste e controle (p=0,01). No entanto, quando comparados entre si, os grupos teste não apresentaram diferença significativa. Foi verificado na comparação entre as regiões cervical, média e apical diferença estatística no grupo que foi utilizado EDTA gel (p=0,01). Neste grupo foi observado que a eficácia de remoção da lama dentinária foi menor na região apical do que nas regiões cervical e média, que não apresentaram diferenças entre si. A maior presença de lama dentinária na região apical foi confirmada ao se reunir todos os grupos em que se utilizou EDTA e comprovar que a região apical apresentava significativamente mais lama dentinária do que as regiões cervical e média (p=0,01). Dessa forma pode-se concluir que as soluções de EDTA dissódico, trissódico e tetrassódico a 17% e o gel de EDTA trissódico a 24% foram eficientes na remoção da lama dentinária e que a região apical do canal radicular apresentou maior presença de lama dentinária do que as regiões cervical e média.

Avaliação do desempenho da lagoa de polimento da indústria metal-mecânica Agrale S/A, Caxias do Sul-RS

A Agrale S.A. é uma empresa que produz veículos, tratores e motores a diesel. Na Unidade de Caxias do Sul - RS, os efluentes líquidos gerados provêm das cabines de pintura, tratamento de superfície, cabine de lavagem de peças com óleos, usinagem, esgoto cloacal e lavagem de veículos. Todas essas águas residuárias são enviadas à estação de tratamento de efluentes onde recebem tratamento físico-químico (coagulação-floculação) e biológico (lagoa aerada seguida por uma lagoa de polimento com aguapés). Entretanto, no monitoramento da ETE, observou-se que em algumas ocasiões os teores de nitrogênio e fósforo excediam os limites de emissão. Ainda, na Empresa, não havia uma metodologia estabelecida para o acompanhamento da eficiência de operação da lagoa com aguapés, unidade onde se espera que as concentrações residuais de nutrientes sejam reduzidas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar o desempenho da lagoa com aguapés empregada como etapa de polimento na estação de tratamento de efluente. Avaliou-se a eficiência da lagoa sem aguapés, com 50% de aguapés e com aguapés. Ainda, para um recobrimento de 50% de aguapés, investigou-se o desempenho nas diversas estações do ano. Os parâmetros avaliados foram sólidos suspensos, DQO, nitrogênio Kjeldahl total, fósforo total, óleos e graxas e ferro. Os resultados demonstraram que a existência de uma lagoa estabilização para fins de polimento é importante na estação de tratamento de efluentes da Empresa, pois reduz consideravelmente o número de não conformidades na qualidade do efluente final. A lagoa sem recobrimento de aguapés apresentou o melhor resultado em relação ao parâmetro DQO. A lagoa com 50% de recobrimento de aguapés os melhores valores em relação à sólidos suspensos, nitrogênio Kjeldahl total, fósforo total e ferro A lagoa com aguapés apresentou os melhores resultados em relação à remoção de óleos e graxas. Entretanto, como a função primordial da lagoa era a remoção de nutrientes, considerou-se que, para o caso da ETE da Agrale, a melhor opção é a operação com um nível de 50% de recobrimento de aguapés. Com este nível de recobrimento, os índices médios anuais de remoção foram: 23,8% na concentração de sólidos suspensos, 44,8 % na concentração de DQO, 77,0 % no teor de nitrogênio, 60,5 % no teor de fósforo, 44,4 % no teor de óleos e graxas e 26,4% no teor de ferro. De modo geral, a remoção de nitrogênio e fósforo ocorreu durante todo o ano. Porém, no caso do fósforo, a remoção foi maior nas estações inverno e primavera, épocas em que ocorria o crescimento dos aguapés. A biomassa de aguapés retirada na lagoa da Agrale apresenta-se com composição parecida com a de aguapés retirados do meio natural e de em lagoas eutrofizadas com esgoto doméstico. Não se apresenta contaminada com metais pesados, possibilitando o seu descarte através da transformação em composto agrícola. O composto de aguapés obtidos na Agrale atende aos Padrões da Portaria número 1 de 04/03/1983. O material pode ser facilmente descartado pela simples introdução nos canteiros e gramados na Empresa. O uso de lagoa de aguapés é uma alternativa viável no polimento final de efluentes do setor metalmecânico. A lagoa de aguapés auxilia na remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo), óleos e graxas e concentrações residuais de metais pesados; apresentando sucesso nas condições climáticas de Caxias do Sul, RS.

Eficiência, sedimentabilidade e composição da microfauna de sistemas de lodos ativados de fluxo contínuo e em batelada, removendo nitrogênio

A crescente preocupação com o lançamento de nutrientes aos corpos d'água e seu impacto sobre a qualidade dos mananciais justifica o aprofundamento do estudo de técnicas de tratamenot de águas residuárias que promovam a remoção destes poluentes. Com a finalidade de estudar a remoção do nitrogênio, foram operados dois sistemas biológicos de tratamento de efluentes por lodos ativados em escala piloto. Esses sistemas apresentavam diferenças em relação a seu fluxo de operação, onde um deles trabalhava de forma intermitente (Reator Seqüencial em Batelada) enquanto o outro se caracterizava por apresentar um fluxo contínuo (Bardenpho). A pesquisa foi realizada no tratamento de esgoto doméstico e dividiu-se em duas etapas: na primeira, foi adotada uma idade de lodo de 10 dias como parâmetro operacional enquanto que, na segunda , adotou-se uma idade de lodo de 30 dias. O monitoramento dos processos foi realizado por meio de análises físico-químicas e também pela observação da microfauna presente no lodo, como um parâmetro adicional de controle dos sistemas. O RSB apresentou-se mais eficiente do que o sistema de fluxo contínuo ao longo das duas etapas da pesquisa Na primeira fase, o RSB apresentou remoções médias de 88, 86 e 59% para a DQO, nitrogênio total e ST, respectivamente, enquanto que, para o sistema em fluxo contínuo, essas remoções foram de 76, 56 e 50%, respectivamente. Na segunda etapa, o RSB apresentou uma remoção média de 88% para DQO, 88% para nitrogênio total e 50% para ST, enquanto que o sistema contínuo apresentou valores médios de 72,49 e 29%, respectivamente. Os sistemas de tratamento apresentaram boas condições de sedimentabilidade durante as duas etapas comprovadas através dos valores obtidos a partir do stestes do IVL e IVLA. Observou-se uma variação da composição da microfauna nos dois sistemas de fluxo contínuo e uma predominância de ciliados fixos no RSB. No RSB, a presença de ciliados fixos esteve associada a boas condiçôes de sedimentabilidade e de remoção de matéria orgânica enquanto que no sistema contínuo, esta associação deu-se com o gênero Euplotes sp. e com os metazóarios. Observaram-se relações entre a presença de amebas e a remoção de nitrogênio no RSB. A presença de ciliados rastejantes esteve associada à geração de um efluente com baixa concentração de SSV em ambos os sistemas de tratamento.

Reaproveitamento de águas e efluentes inorgânicos de uma indústria petroquímica

A escassez de água, o alto custo do tratamento de efluentes e a iminente cobrança pelo uso e descarte da água vêm preocupando a sociedade e incentivando pesquisas na área de otimização do uso da água e minimização de efluentes. O setor industrial é um dos setores que mais tem se preocupado e se empenhado em encontrar soluções para este problema, pois vivencia os dois problemas ao mesmo tempo, a alta demanda de água e o tratamento dos efluentes gerados. É neste contexto que este trabalho se insere, através de um estudo de caso na Companhia Petroquímica do Sul (Copesul), mais especificamente no setor de utilidades. Neste estudo, foi feita uma análise dos principais processos envolvidos, desde a captação da água até seus consumidores finais, para a identificação da demanda de água e dos locais com maior potencial de reaproveitamento. Para tanto, foi necessária a realização de um balanço hídrico da unidade de tratamento de água usando combinações de dados de planta, estimativas e medições em campo, que foram ajustados através de reconciliação de dados. Os resultados obtidos para esta primeira etapa foram satisfatórios, obtendo uma redução do consumo de água estimada em 40 m3.h-1 e economia anual com o tratamento da água e efluentes de aproximadamente R$ 80.000,00. Também foram apresentadas duas propostas de configurações na planta para a aplicação destas alternativas de reaproveitamento. Numa segunda etapa, realizou-se um balanço de massa e energia para a torre de resfriamento, objetivando reduzir tanto o consumo de água de reposição como o descarte de efluente. O potencial de redução obtido na taxa volumétrica de purga do sistema, considerando apenas o efeito evaporativo e estado estacionário, foi estimado em 20 %. As iniciativas de reuso das águas de lavagem e enxágüe dos equipamentos, bem como da otimização do sistema de resfriamento, conduzem a uma redução da demanda de água e da geração de efluentes, trazendo benefícios econômicos e ambientais para a indústria.

Tratamento e reciclagem do efluente de uma lavanderia industrial

O ramo de lavagem de roupas é um importante setor de serviços na sociedade moderna e responsável por uma parcela significativa no consumo de água no meio urbano. No entanto, são poucas as empresas que se preocupam em lançar seus efluentes dentro de um padrão de qualidade estabelecido pelos órgãos ambientais ou, ainda, reciclar a água no processo de lavagem. Portanto, o objetivo do presente trabalho foi estudar o tratamento e a reciclagem do efluente gerado por uma lavanderia industrial. Assim, realizou-se inicialmente um estudo de caracterização do efluente e uma investigação, em laboratório, das diferentes alternativas de tratamento, entre as quais a coagulação/floculação, adsorção/coagulação/ floculação e a Reação de Fenton, os quais foram avaliados em relação a padrões físicoquímicos e ecotoxicológicos de qualidade. Nas condições otimizadas em laboratório, realizou-se o tratamento de efluentes em escala industrial. Após, avaliou-se a possibilidade de reciclagem do efluente no próprio processo de lavagem de roupas e fez-se uma avaliação de custos considerando as diferentes alternativas de processos. Por fim, realizou-se um estudo de caracterização do lodo gerado. Os resultados obtidos demonstram que o efluente bruto da lavanderia não atinge os padrões físico-químicos exigidos pela legislação e apresenta um alto grau de toxicidade no meio aquático, devendo ser tratado para lançamento no corpo hídrico receptor. O efluente tratado por coagulação/floculação melhorou significativamente a qualidade da água, porém ainda apresentou resultados insatisfatórios quanto ao parâmetro surfactantes. Os índices toxicológicos melhoraram, porém ainda mostraram um nível de toxidade elevado. O efluente tratado por adsorção/coagulação/floculação apresentou bons resultados tanto nos parâmetros físicoquímicos quanto nos ensaios de toxicidade, mostrando ser a melhor opção de processo. A aplicação deste processo em escala industrial demonstrou que o processo apresenta uma grande confiabilidade em relação a todos os parâmetros de qualidade exigidos pelo órgão ambiental e a reciclagem do efluente pode ser realizada para fins de lavagem de roupas. O tratamento através da Reação de Fenton apresentou bons resultados em relação aos parâmetros físico-químicos, porém a presença de agentes oxidantes de forma residual foi tóxica sobre os organismos avaliados. A Reação de Fenton, apesar de gerar um efluente com boas características para reciclagem, apresenta um custo de insumos no processo bastante elevado. O lodo é um fator importante o processo de tratamento. Apresenta-se rico nos elementos alumínio e cálcio e é classificado, de acordo com a NBR 10.004, como um resíduo não perigoso (Classe II - Não Inerte). Esse lodo deve ser devidamente secado e envido para um aterro de resíduos industriais. Porém, apresenta potencial para reúso como matéria-prima na construção civil.

Avaliação do processo de compostagem de resíduos sólidos urbanos

A crescente produção de resíduos sólidos urbanos e a escassez de áreas para uma destinação final tecnicamente adequada, via implantação de aterros sanitários, faz com que tome importância a técnica de tratamento de resíduos sólidos orgânicos através das compostagem/vermicompostagem. Nesta pesquisa, foi realizada a avaliação destes processos, tendo sido observadas principalmente a influência da aeração e da umidade no desempenho destas técnicas de tratamento, em leiras de pequenos e grandes volumes. Nos experimentos, com leiras de pequenos volumes, realizados no IPH (Instituto de Pesquisas Hidráulicas) da UFRGS, utilizou-se resíduos sólidos de poda (resíduos verdes, com alta concentração de carbono) codispostos (misturados em peso) com resíduos vegetais da CEASA (Companhia Estadual de Abastecimento Sociedade Anônima) e lodos provenientes de estações de tratamento de esgotos sanitários. Nos experimentos, com leiras de grandes volumes, realizados na UTC – Unidade de Triagem e Compostagem de Porto Alegre, utilizou-se resíduos orgânicos domiciliares codispostos com os mesmos resíduos utilizados nos primeiros experimentos. Paralelamente aos experimentos de compostagem, avaliou-se os lixiviados produzidos nos sistemas. Na compostagem de grandes volumes, também foi observado o desempenho de banhados construídos de fluxo subsuperficial para o tratamento desses efluentes líquidos. com teores de resíduos verdes menores que 35 %, o que se justifica pela maior concentração de resíduos de característica facilmente biodegradável e de maior palatabilidade para os vermes. Em todos os experimentos de compostagem, verificou-se que o controle efetivo do processo pode ser realizado através da avaliação sistemática das temperatura e umidade das leiras. Evidenciou-se também que para regiões de clima similar ao de Porto Alegre, com elevadas precipitações principalmente no inverno, é necessário adotar dimensões adequadas ao sistema de compostagem “windrow” para áreas descobertas. Comprovou-se também a necessidade de manutenção da umidade na faixa entre 50% e 70 %, inclusive com reposição desta, mesmo na situação de inverno. A avaliação dos lixiviados da compostagem demonstrou que, com os substratos utilizados nos experimentos, as concentrações de DBO5, DQO e de outras variáveis são elevadas ao início do processo de decomposição, devido à solubilização dos compostos orgânicos e inorgânicos presentes na matéria orgânica. Os lixiviados da compostagem possuem baixas concentrações de condutividade, DBO5, NH4 +, entre outros, quando comparados aos lixiviados de aterros sanitários. tratamento destes efluentes. Os resultados obtidos nos banhados construídos para baixas cargas hidráulicas (1cm/d) e concentrações de DBO5 do afluente abaixo de 150 mg/L apontaram uma eficiência média de remoção de 52,02%. No que se refere a nitrogênio (todas as formas), fósforo, metais, potencial redox e sólidos totais, as eficiências foram variáveis, com melhores resultados para nitrogênio amoniacal e fósforo. A compostagem pode ser considerada uma alternativa viável de tratamento de resíduos orgânicos, utilizando-se o processo “windrow” com revolvimento mecânico, mesmo em pátios descobertos em climas subtropicais. Neste caso, sugere-se que os lixiviados gerados nos primeiros dias de compostagem (30 dias aproximandamente) sejam recirculados e o excedente tratado em ETE. Pode-se, também, utilizar o sistema de banhados construídos como complementação, principalmente para a remoção de nitrogênio e fósforo.

Produção e caracterização de membranas catiônicas para eletrodiálise com polímeros convencionais e polianilina dopada com diferentes ácidos orgânicos

Neste estudo foram realizadas diferentes misturas entre polímeros convencionais (poliestireno de alto impacto e poliuretano) e polianilina, com o objetivo de produzir membranas para eletrodiálise. As membranas foram caracterizadas através da quantidade de água absorvida, capacidade de troca iônica, espectroscopia FTIR e Raman, análise termogravimétrica e análise dinâmico mecânica. A estabilidade química em meio ácido, alcalino e fortemente oxidante também foi avaliada para escolher qual o meio mais apropriado para executar as eletrodiálises. Através de microscopia eletrônica de varredura foi observado a morfologia das membranas, onde pode-se ver a incorporação da polianilina na matriz polimérica. Foram feitos ensaios de eletrodiálise usando as membranas produzidas e foram realizados ensaios para a determinação dos números de transporte para o zinco em meio ácido e alcalino através de algumas membranas para avaliar a seletividade das membranas a cátions e ânions. Após ser comprovado a seletividade à cátions, foram determinados o número de transporte e a extração percentual para todas as membranas. Os resultados foram comparados com os resultados obtidos para a membrana comercial Nafion 450, sendo encontrado uma permeabilidade a zinco através das membranas produzidas similar à permeabilidade da membrana comercial Nafion 450.

Implantação de programa de produção mais limpa e prevenção à poluição em análise química

Este trabalho tem como objetivo geral implantar um programa de produção mais limpa e prevenção à poluição na disciplina de análise química do curso técnico de química de escola de nível médio. O foco do estudo foi análise química quantitativa por métodos clássicos de volumetria e gravimetria, desenvolvido com 3 turmas de alunos. Para isto, a literatura foi revisada, buscando-se os conceitos de Produção mais Limpa (PML), good housekeeping, Prevenção à Poluição (P2), Planos Curriculares Nacionais (PCNs), Constituição Federal e Estadual e implicações de assuntos ambientais e de segurança no ensino da química. A seguir efetuou-se um plano de trabalho e realizou-se a implementa-ção de medidas. Foram estabelecidas como medidas a minimização de reagentes, insumos e resíduos, a reutilização e reciclagem dos mesmos e a conscientização dos alunos sobre sua responsabilidade ambiental em 2 turmas de alunos, mantendo-se a outra como turma controle. Para avaliação de resultados foram usados indicadores quantitativos e qualitativos como quantidades de reagentes, insumos (água potável, detergente e papel toalha) e resí-duos, análise estatística dos resultados analíticos através teste Q, teste F, teste de t student e coeficiente de variação, análise de custos e postura dos estudantes frente a assuntos ambi-entais medidos através de suas atitudes. Os resultados mostraram que houve redução de 50% de reagentes, 55% de insumos, 50% de compostos químicos nos resíduos destinados para a estação de tratamento de efluentes em um volume 31% menor, superando as expec-tativas. Não houve diferença significativa nos resultados analíticos encontrados. A postura dos estudantes mostrou o nível de conscientização esperado. Verificou-se que, com as de-vidas adaptações, é possível aplicar um programa de produção mais limpa e prevenção à poluição em análise química e também em outras disciplinas.

Adsorção em flocos de materiais adsorventes pulverizados e uso em reator de leito expandido/fluidizado

O presente trabalho descreve estudos relativos à validação e aperfeiçoamento de uma nova técnica de adsorção em flocos de materiais adsorventes pulverizados e seu uso em reator de leito expandido/fluidizado. A técnica consiste na utilização de polímeros aquo-solúveis para a floculação de suspensões aquosas de materiais adsorventes pulverizados, baseando-se no baixo custo dos mesmos e no fato de que a capacidade de adsorção dos flocos resultantes não é afetada significativamente pelo polímero floculante. O uso da técnica em reator de leito expandido/fluidizado possibilita ainda a vantagem de união dos processos de adsorção e separação sólido-líquido em uma única etapa. Os estudos foram realizados a partir da floculação de carvão ativado e zeólita natural pulverizados, separados e em mistura, para a adsorção de fenol e nitrogênio amoniacal (separados e misturados). Foi realizada uma adequada caracterização dos materiais particulados, incluindo a determinação de distribuição granulométrica, área superficial específica, potencial zeta, dentre outros. Estudos em escala de bancada foram realizados com ambos os poluentes e materiais adsorventes a fim de obter parâmetros de processo (capacidade de adsorção, cinética e concentração de floculante). Estudos em escala semipiloto com um reator de leito expandido/fluidizado de geometria cilíndrico-cônica foram realizados para estudar a adsorção dos poluentes em leito de flocos dos materiais adsorventes (separados e misturados), assim como a regeneração/reciclo do mesmo. A caracterização dos materiais apresentou propriedades semelhantes para ambos (distribuição granulométrica, potencial zeta) e outras distintas para cada um deles (massa específica, área superficial específica) A capacidade de troca catiônica da zeólita natural foi determinada em 1,02 meq NH4 +.g-1 (após homoionização com NaCl). Este material, proveniente do Chile, mostrou um significativo potencial de aplicação como adsorvente de corantes (como o azul de metileno) e, principalmente, de nitrogênio amoniacal. O floculante utilizado na geração dos flocos adsorventes, separados e misturados, foi do tipo poliacrilamida catiônica e sua concentração ótima foi de 4 e 5 mg.g-1, respectivamente. Os resultados obtidos nos estudos em escala de bancada (batelada) mostraram elevada cinética (valor médio de 0,3 min-1) e alta capacidade (valor médio de 13,4 mg NH3-N.g-1) em pH neutro (aproximadamente 6) para a adsorção de nitrogênio amoniacal em zeólita natural pulverizada e floculada. No caso da adsorção de fenol em carvão ativado pulverizado e floculado, foram obtidas uma alta cinética (valor médio de 0,8 min-1) e elevada capacidade (156 mg.g-1). Os dados cinéticos e de equilíbrio foram adequadamente descritos por um modelo cinético para reações reversíveis de primeira ordem e pelas isotermas de Langmuir e Freundlich, respectivamente. Tanto a cinética quanto a capacidade de adsorção não mostraram-se afetadas de forma significativa pelo uso do polímero floculante, sendo observada uma ausência de sinergismo na adsorção dos poluentes devido à mistura dos dois materiais adsorventes, tanto pulverizados quanto floculados. Os resultados obtidos nos estudos em escala semipiloto validaram a utilização de flocos de zeólita natural e carvão ativado pulverizados (não- misturados) em reator de leito expandido/fluidizado na adsorção de nitrogênio amoniacal (11 mg NH3-N.g-1) e fenol (132 mg.g-1), respectivamente, dentro das condições experimentais estabelecidas (taxas de aplicação de 38 e 19 m.h-1, respectivamente) A regeneração/reciclo do leito saturado de flocos mostrou-se viável para o caso da adsorção de nitrogênio amoniacal em zeólita natural, sendo insatisfatória para o leito de carvão ativado saturado em fenol. O uso de leitos mistos mostrou-se eficaz e com vantagens tais como a adsorção de múltiplos poluentes em uma única etapa e a possibilidade de aumento da taxa de aplicação no uso de materiais adsorventes menos densos (carvão ativado) misturados com materiais adsorventes de maior massa específica (zeólita natural). Uma pré-avaliação dos custos operacionais envolvidos na técnica para uso em reator de leito expandido/fluidizado foi realizada, sendo estimados entre 0,32 e 1,48 US$.m-3 (volume de solução sintética de poluente tratada até o ponto de exaustão do leito). Finalmente, são discutidas as potencialidades, vantagens/desvantagens e a viabilidade da nova técnica como processo físico-químico alternativo de adsorção em materiais adsorventes pulverizados.

Reator Gerador de Flocos - RGF : concepção e desenvolvimento básico

O objetivo geral do presente trabalho foi a concepção e o desenvolvimento de um sistema compacto de floculação em linha, em escala semipiloto, com o aproveitamento da energia cinética do fluxo hidráulico para promover a agitação necessária à dispersão de um polímero floculante e a geração dos flocos ao longo de um reator tubular helicoidal. O sistema denominado de Reator Gerador de Flocos (RGF), foi desenvolvido para a geração de flocos aerados ou não (com o uso de um colóide de Fe(OH)3, como modelo) e uma poliacrilamida catiônica de alto peso molecular (Mafloc 490C). Foram testados 5 modelos diferentes de RGFs (variação no comprimento/volume) para a geração dos flocos em diferentes vazões de alimentação e foi selecionado o reator mais eficiente em termos de separação sólido/líquido. Os estudos de avaliação da eficiência de floculação do RGF foram realizados comparativamente através da caracterização dos flocos formados e do comportamento dos flocos numa etapa posterior de separação sólido/líquido. Nos ensaios de geração de flocos não aerados foram medidos o tempo de sedimentação, a turbidez do sobrenadante e o volume sedimentado em cone Imhoff. Ainda, análise fotográfica possibilitou a medição do tamanho dos flocos não aerados e através da correlação logarítmica com a massa dos mesmos, foi possível determinar a dimensão fractal (dF) destes flocos de Fe(OH)3. A eficiência na geração de flocos aerados no RGF com o emprego de microbolhas (diâmetros inferiores a 70 mm) foi avaliada através da velocidade de ascensão dos flocos em uma célula cilíndrica fixa à uma coluna de flotação posterior ao RGF. Estudos de caracterização do regime hidráulico do reator com o emprego de traçadores (azul de metileno) e a determinação do gradiente de velocidade (G) e do número de Reynolds (Re) foram realizados. A curva de resposta do traçador apresentou um pico intenso e estreito, no perfil de velocidade investigado (3L.min-1), caracterizando um fluxo do tipo pistão para o RGF. Ainda, um regime turbulento (Re > 5000) e um G de 1420 s-1 foram determinados. O RGF 3 (modelo 3, com 12m/1,2 L) apresentou a melhor eficiência na geração dos flocos, com e sem o emprego de microbolhas. Nos ensaios de sedimentação, os melhores resultados em termos de velocidade de separação foram obtidos nas seguintes condições experimentais: 4 L.min-1 de vazão de alimentação, 5 mg.L-1 de Mafloc 490C, atingindo velocidade da ordem de 19 m.h-1, turbidez residual de 1 NTU, e volume de sólidos sedimentáveis de 7 mL.L-1. As análises fotográficas permitiram estimar flocos com diâmetros num intervalo entre 400 e 2000 mm. A partir do emprego da equação de sedimentação para fluxo laminar de Stokes, foi constatado o decréscimo da densidade flocos de Fe(OH)3 com o aumento do tamanho dos mesmos, atingindo um valor médio de 1019 kg.m-3. Um dF de 2,98 foi obtido, caracterizando um floco esférico, de baixa porosidade e com estrutura densa. Os melhores resultados na velocidade de ascensão dos flocos aerados foram obtidos com os seguintes parâmetros: vazão de alimentação de 2 L.min-1, concentração de 5 mg.L-1 de Mafloc 490C, sendo obtidas velocidades na ordem de 112 m.h-1. Esses flocos aerados ascendem com velocidades equivalentes à bolhas com diâmetros entre 185 e 240 mm (D50 entre 30-70 mm para as microbolhas individuais e isoladas). A alta velocidade de separação sólido/líquido obtida nos estudos com flocos aerados comparativamente com os flocos não aerados mostram claramente a viabilidade de emprego das microbolhas na separação por floculação- flotação (flutuação). Os resultados obtidos permitem prever um elevado potencial de aplicação em nível industrial do RGF, principalmente por apresentar um baixo tempo de residência, ausência de partes móveis (agitadores), pequena área ocupada, uma mistura do tipo pistão (ideal para floculação), ausência de curto-circuitos ou zonas mortas e um crescimento uniforme com elevada cinética na geração dos flocos.

Desenvolvimento da técnica LTM-BSizer para a caracterização de bolhas e a avaliação de parâmetro no processo de flotação

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma nova técnica para determinação do tamanho médio e da distribuição de tamanho de bolhas de ar em meio aquoso. A nova técnica, denominada de LTM-BSizer, uma vez otimizada, foi aplicada na caracterização das bolhas geradas por diversos métodos utilizados tanto na flotação para tratamento de efluentes líquidos quanto na flotação de partículas minerais e, principalmente, na investigação de parâmetros operacionais e do efeito do tamanho de bolhas na flotação de partículas minerais (quartzo como modelo) finas (40-10 µm) e ultrafinas (<10 µm). A técnica LTM-BSizer é baseada no conceito da captura, ou seja, ao contrário das técnicas fotográficas até agora propostas, onde as imagens (fotos ou vídeos) das bolhas em movimento foram obtidas com visores verticais, este método obteve as imagens das bolhas estabilizadas em um visor disposto na horizontal. Entre as vantagens em relação aos métodos fotográficos existentes destacam-se a melhor qualidade das imagens e a capacidade de medir distribuições de tamanho de bolha com grande amplitude, desde microbolhas (<100 µm) até bolhas maiores (~ 1 a 3 mm). Os métodos de geração de bolhas pesquisados foram: microbolhas geradas por despressurização de água saturada com ar em um vaso saturador (processo de flotação por ar dissolvido-FAD) ou por uma bomba centrífuga multifase (novo equipamento para geração de microbolhas), injeção de mistura ar-líquido através de um constritor tipo venturi (destaque na flotação não convencional), injeção de ar em cilindro inox poroso (comumente aplicado para dispersão de gás) e bolhas geradas em uma célula de flotação por ar induzido (FAI), convencional de bancada Para todos os métodos citados, exceto o último, a distribuição de tamanho de bolha foi avaliada numa coluna em acrílico com 200 cm de altura e 72 mm de diâmetro, onde através de um ponto de amostragem parte do fluxo foi conduzida até o visor. Os resultados obtidos com esta técnica foram, para os diâmetros médios de bolha: 30 a 70 µm para FAD, 65 a 130 µm para bomba multifase, 200 a 1400 µm para venturi, 500 a 1300 µm para FAI e 500 a 1000 µm para o cilindro poroso. A influência de alguns parâmetros operacionais na formação das bolhas foi estudada em detalhe e os resultados obtidos mostraram uma boa correspondência com os valores encontrados na literatura e em outros casos, elucidaram efeitos considerados contraditórios na literatura técnica. Este trabalho demonstrou que, o tamanho médio e a distribuição de tamanho das microbolhas, não são influenciados pela pressão de saturação no intervalo de 294 a 588 kPa, mas sim pela quantidade de bolhas e pelo tempo de retenção Também foi constatado que a diminuição da tensão superficial da água (adição de 30 mg/L de oleato de sódio) aumenta consideravelmente (3 a 8 vezes) o número de microbolhas na FAD a baixas pressões de saturação (196 e 294 kPa). O tamanho e a distribuição de tamanho de bolhas geradas em constrições de fluxo tipo venturi variam em função dos parâmetros concentração de tensoativo, velocidade superficial de líquido (UL) e razão gás/líquido (Qr). Uma pequena diminuição da tensão superficial, de 73 para 68 mN/m, provocada pela adição de 20 mg/L do tensoativo DF 250, foi suficiente para diminuir consideravelmente o tamanho das bolhas geradas, permanecendo constante para concentrações maiores, sugerindo que esta seja a concentração crítica de coalescência (CCC) para este sistema. Um aumento de UL (mantendo Qr constante) e diminuição de Qr (com UL constante) levaram a distribuições com menor amplitude e diâmetro médio. No caso das microbolhas geradas através da bomba multifase, o tamanho de bolhas diminuiu com a pressão até atingir o limite de solubilidade teórico ar/líquido. O tamanho das bolhas gerados através de placa porosa e FAI apresentaram boa correspondência com os reportados na literatura e em ambas as técnicas foi, de novo, encontrada, para DF 250, a mesma CCC igual a 20 mg/L. O sistema de flotação de partículas finas e ultrafinas, foi estudado via recuperação de finos de quartzo (50% < 10µm) em coluna de laboratório. As variáveis estudadas foram; a distribuição de tamanho de bolhas e a concentração de coletor (amina). Os resultados obtidos mostraram que a recuperação das frações mais finas aumenta com a diminuição do tamanho de bolhas de acordo com os modelos existentes de flotação. Entretanto, foi encontrado, na captura de partículas ultrafinas pelas bolhas, um valor ótimo de tamanho de partícula. Assim, a captura diminui com o tamanho de partícula até 5-7 µm e aumenta, de novo, nas frações menores. Esses resultados são discutidos em termos de um mecanismo de difusão como fenômeno predominante nos mecanismos de adesão bolha-partícula.

Aplicação de instrumentos de gestão de recursos hídricos na bacia do rio Paranhana

As Políticas Nacional e Estadual de Recursos Hídricos – Lei Federal nº. 9.433, de 8 de janeiro de 1997 e Lei Estadual nº. 10.350, de 30 de dezembro de 1994, dispõem sobre uma série de instrumentos de gestão de recursos hídricos – outorga de direito de uso, enquadramento de corpos d’água em classes, cobrança pelo uso da água, planos de recursos hídricos e outros. No entanto, a operacionalização destes instrumentos, para que sejam aplicados de forma conjunta em uma bacia, necessita da proposição, aplicação e validação de metodologias que integrem tais instrumentos, através de ferramentas técnicas e de articulação institucional entre os componentes do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. Este trabalho procura abordar a aplicação dos instrumentos de outorga de direito de uso, enquadramento de corpos d’água e rateio de custos. São analisados critérios de outorga de direito de uso e proposto um plano de investimentos em tratamento de efluentes na bacia do rio Paranhana-RS, de modo que as classes em que os corpos d’água da bacia estão enquadrados sejam atendidas ao menor custo para a bacia. Isto é realizado por meio de uma proposta de otimização dos níveis de tratamento de efluentes na bacia aliada a um esquema de rateio de custos e compensação financeira entre os usuários.Conclui-se que o critério de outorga que melhor sinaliza ao órgão gestor os níveis de atendimento às demandas é o critério da garantia de suprimento, que também consegue contemplar todos os setores usuários com garantias variadas, atendendo aos usos prioritários com maiores garantias, em detrimento aos usos menos prioritários. A proposta otimizada de investimentos em tratamento de efluentes na bacia resulta no atendimento às classes propostas pelo enquadramento com custos inferiores, para a bacia como um todo, aos necessários para o atendimento aos padrões de concentração dos lançamentos de efluentes exigidos pelo órgão ambiental. O esquema de compensação financeira entre usuários também torna a alternativa otimizada de níveis de tratamento de efluentes atrativa a cada um dos usuários, quando comparada aos custos que cada usuário teria ao cumprir os padrões de lançamento exigidos pelo órgão ambiental.

Controle preditivo de sistemas mistos lógicos-dinâmicos

O comportamento dinâmico de um sistema é tradicionalmente descrito por um modelo, em geral associado a um conjunto de equações diferenciais ou de equações de diferenças, onde as variáveis representam grandezas físicas. Sistemas complexos, principalmente na indústria de processos, incorporam elementos com comportamento dinâmico lógico, tais como atuadores e sensores ON-OFF (estados aberto/fechado) ou proposições lógicas (estados verdadeiro/falso). Estes sistemas são denominados “Sistemas Híbridos”, “Sistemas Mistos Lógicos-dinâmicos” ou, simplesmente, “Sistemas Mistos”. Neste trabalho, são apresentadas técnicas que, associando variáveis lógicas a estes elementos, e mediante a incorporação de restrições sobre as variáveis, permitem obter um modelo matemático do sistema misto. Neste caso, técnicas clássicas de controle não permitem a incorporação destas novas variáves e restrições. Como opção de controle de sistemas mistos, é então proposta e estudada uma técnica de controle preditivo baseado em modelo. São apresentados tanto a formulação teórica do problema de controle, quanto exemplos e simulações bem como um estudo de caso de sua aplicação sobre um sistema de equalização de uma planta de tratamento de efluentes.