Remoção do herbicida 2,4-D por meio do tratamento convencional da água e adsorção em carvão ativado granular em instalação piloto

O crescimento populacional empurra a produção agrícola em direção ao uso intensivo dos agrotóxicos que aumentam a produtividade. Porém, seu uso incorreto pode resultar em grave problema para as estações de tratamento da água e impactar negativamente na saúde pública. Segundo estudos em escala laboratorial, o tratamento convencional, um dos mais utilizados no Brasil, apresenta remoção insignificante do 2,4-D. A adsorção em carvão ativado tem se demonstrado como tecnologia eficiente na remoção de diversos contaminantes, dentre eles os agrotóxicos. Assim, foi avaliada a remoção dos herbicidas 2,4-D e 2,4,5-T e metabólito 2,4-DCP, utilizando o tratamento convencional e a adsorção em coluna de carvão ativado granular em instalação piloto. O carvão ativado granular empregado foi o derivado da casca de coco. A concentração dos herbicidas foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência com detector por arranjo de diodos e extração em fase sólida. A associação do tratamento convencional com a adsorção em carvão ativado granular apresentou elevada remoção do 2,4-D (99%) atingindo concentrações finais abaixo do limite da Portaria MS n° 2914/2011. O tratamento convencional, no entanto, também apresentou remoção do 2,4-D (35 a 59%), sendo o maior percentual obtido na decantação (30 a 52%), indicando que houve interação entre a matéria orgânica natural e o 2,4-D, contribuindo para sua remoção nessa etapa. O 2,4-DCP e 2,4,5-T apresentaram concentrações abaixo do limite de detecção.

Estudo de digestão anaeróbia de resíduos sólidos agro-alimentares em instalação piloto

Hoje em dia são várias as energias “verdes” que beneficiam de forma inequívoca o meio ambiente, de modo a aproveitar recursos naturais disponíveis na natureza. Entre todos os tipos de energias limpas, surge a produção de biogás. É de notar que apesar de ser uma forma de energia já utilizada há muitos anos, esta pode ser melhorada através de uma gestão adequada de todos os recursos envolvidos na sua produção. Consegue-se desta forma, optimizar a produção de biogás, contribuindo para uma rentabilização do funcionamento de uma instalação. Para esta optimização é necessária uma análise e caracterização detalhada dos resíduos utilizados na geração desta energia. O presente trabalho foca-se no estudo da produção de biogás através de digestão anaeróbica. Este trabalho baseia-se num estudo real de produção de biogás, num reactor à escala semi-industrial, e com uma temperatura de trabalho em regime mesofílico (37°C). O substrato utilizado para a alimentação deste reactor foi cedido por uma conhecida indústria do ramo alimentar e consistia numa mistura de “casca” de batatas e lamas, numa proporção de 30% e 30% respectivamente. Em termos de resultados Óbidos neste projecto, verificou-se uma redução de cerca de 40% dos sólidos totais, o que indicia, aparentemente, a existência de dificuldades na hidrólise dos compostos em suspensão. A remoção orgânica na sua globalidade oscilou numa ampla gama de valores, com um valor médio de cerca 50%. A larga variedade de resultados pode estar relacionada com a heterogeneidade da amostra da alimentação. Apesar da existência de algumas dificuldades inerentes à realização do trabalho prático, concluiu-se que o substrato utilizado neste estudo revela grande potencial de produção de biogás.

Remoção do herbicida 2,4 diclorofenoxiacético (2,4-D) no tratamento convencional de água e associado à adsorção em carvão ativado em pó (CAP) em escala piloto

O aumento do uso de agrotóxicos no Brasil tem causado muitas preocupações, tanto em relação à questão ambiental quanto a saúde pública. Muitos desses compostos não são eficientemente removidos das águas por tratamento convencional, sendo necessárias alternativas que os removam das águas de abastecimento. Dentre as tecnologias existentes, a adsorção em CAP é considerada uma das mais efetivas e confiáveis, cujas vantagens incluem alta eficiência de remoção e facilidade de operação. O objetivo desta pesquisa é avaliar a remoção, em escala piloto, do agrotóxico 2,4-D e o seu principal metabólito 2,4-DCP em amostras de águas tratadas por adsorção em CAP associado ao tratamento convencional. Os testes foram realizados em instalação piloto na áreada ETA Carapina/CESAN. A água bruta foi a proveniente do rio Santa Maria da Vitória contaminadaatravés da adição de agrotóxico em sua fórmula comercial. Foram realizados quatro ensaios, dois sem adição de CAP e dois com adição de CAP junto à unidade de mistura rápida. Os agrotóxicos foram detectados e quantificados através da cromatografia líquida de alta eficiência, em metodologia validada. As amostras coletadas foram caracterizadas de acordo com os parâmetros: temperatura, turbidez, condutividade elétrica, absorbância em 254 nm, cor real, cor aparente, alcalinidade, carbono orgânico total, além e concentração dos agrotóxicos 2,4-D e ácido 2,4,5-T e do metabólito 2,4-DCP. Os diferentes ensaios foram avaliados em termos da taxa de remoção destes parâmetros. Como resultado no TCVcom adição de CAP o composto de interesse foi removido abaixo de 30 μg. L-1,Valor Máximo Permitido, estabelecido pela Portaria do MS n° 2.914/2011 para dosagem de 100μg.L-1e mostrou-se eficiente, também, na remoção de matéria orgânica. Em nenhum dos testes foi detectado o composto 2,4-DCP e 2,4,5-T.

Projecto e simulação de uma instalação para estudo da absorção de CO2 com soluções de aminas

Este trabalho visa, como objectivo principal, contribuir para o estudo da absorção de CO2 em gases de combustão, utilizando MEA. Tem também, como objectivo secundário, o dimensionamento de uma unidade de absorção assim como uma avaliação económica do respectivo projecto. Assim, esta tese divide-se em duas partes: a primeira parte refere-se ao projecto da instalação piloto para captura de CO2 utilizando a tecnologia de absorção gasosa e de modo a ser possível a utilização de soluções de aminas. A segunda parte desta tese descreve a simulação da operação da instalação de absorção de CO2 em HYSYS, e a respectiva avaliação económica do projecto, na impossibilidade prática de realizar ensaios laboratoriais, considerando o espaço de tempo que medeia entre a especificação do equipamento a adquirir e a recepção desses mesmos equipamentos, incompatível com o tempo disponível para a realização desta tese de Mestrado. Na primeira parte do trabalho foi realizada a avaliação de uma unidade já existente no IST permitindo, dessa forma, verificar o estado da mesma assim como o material que é necessário adquirir de forma a conseguir a sua conversão numa unidade de absorção de CO2 em contínuo. Após a conclusão deste estudo, pode concluir-se que a instalação piloto terá um custo, com bases nos orçamentos, de 7.262€. Na segunda parte do projecto foi realizada uma simulação em HYSYS da operação de captura de CO2. Esta simulação tinha como principal objecto poder determinar as melhores condições operatórias a utilizar na unidade, para posterior comparação com os resultados que irão, posteriormente, ser obtidos em laboratório, ficando-se na captura de CO2 a partir dos efluentes gasosos da Central Termoeléctrica de Sines que é uma unidade do sistema gerador nacional candidata a fazer-se a captura de CO2 recorrendo a esta tecnologia. Desta forma, a simulação apresentou os seguintes resultados principais: uma percentagem de CO2 capturado de 90,61%. A unidade apresenta um custo de 82€/ton CO2 e um custo operacional de 28 M€/ano. Por fim, os resultados obtidos pelo simulador HYSYS foram comparados com outros resultados obtidos em ASPEN PLUS, tendo sido possível concluir que o HYSYS é o simulador mais fiável devido a fiabilidade do pacote de propriedades, e mais simples de trabalhar em comparação como o ASPEN PLUS, quando aplicado a esta situação. Este trabalho resultou na apresentação de uma comunicação em painel no 2º Encontro do IBB, em Braga em Outubro de 2010 e, ainda na elaboração de um artigo submetido a uma revista internacional.

Estudos de absorção de CO2 com soluções aminadas

A absorção química de dióxido de carbono (CO2) através de soluções aquosas de aminas tem sido estudada nos últimos anos devido à preocupação ambiental face ao aquecimento global. Nestes estudos, foram tidos como principais objectivos a realização de ensaios preliminares de absorção e desabsorção de CO2 em soluções aquosas de aminas bem como a construção de uma instalação piloto para a mesma finalidade. Inicialmente, a nível laboratorial, procedeu-se à absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas. As aminas utilizadas nestes estudos foram a monoetanolamina (MEA), etilenodiamina (EDA), 1,6- hexanodiamina (HDA) e piperazina anidra (PZ). A absorção de CO2 através destas aminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. A concentração das soluções aquosas foi de 20% em massa de cada amina. Foram também realizados estudos de regeneração das soluções aquosas de aminas saturadas de CO2 em banho de glicerina, para determinar as condições de regeneração. Para além disso, observou-se o estado físico das aminas no estado puro até saturação com CO2 para garantir a não ocorrência de danos a nível de entupimento numa posterior utilização na instalação piloto. Por fim, voltaram-se a repetir todos estes ensaios experimentais utilizando-se, em vez da água destilada, um solvente polar aprótico, dimetilsulfóxido (DMSO). Numa segunda fase destes estudos, a absorção de CO2 através de soluções aquosas de aminas foi investigada experimentalmente numa instalação piloto. O objectivo era utilizar nesta fase do estudo as mesmas aminas utilizadas nos ensaios preliminares mas uma vez que não se dispunha das quantidades necessárias de aminas e para a sua aquisição teria que se despender bastante tempo e dinheiro, utilizaram-se duas soluções aquosas de alcanolaminas. As alcanolaminas utilizadas no presente estudo foram a amina secundária dietanolamina (DEA) e a amina terciária N-metildietanolamina (MDEA), duas aminas amplamente utilizadas nas indústrias químicas e petroquímicas para a purificação dos gases de combustão. A absorção de CO2 através destas duas alcanolaminas foi realizada experimentalmente às condições normais de pressão e temperatura. As concentrações das soluções aquosas foram de (10, 20 e 30) % em massa de MDEA e de DEA. O processo de adição de cloreto de bário (BaCl2.2H2O) às alcanolaminas ajuda à formação de carbonato de bário, quando o CO2 passa através da solução de alcanolamina. A quantidade de carbonato de bário formado foi utilizado para determinar a solubilidade do CO2 (mol CO2/mol alcanolamina). O principal desafio na captura de CO2 dos gases de combustão é o de reduzir o consumo de energia necessária para a regeneração do solvente. Deste modo, foram também realizados estudos de regeneração das soluções de alcanolaminas saturadas, para determinar as condições de regeneração. Os resultados obtidos, a nível laboratorial, revelaram que uma amina secundária (PZ) e uma amina primária de cadeia longa (HDA) são mais favoráveis ao processo de absorção e regeneração de CO2. No entanto, e devido a essa mesma estrutura molecular, necessitam de maiores valores de temperaturas para desabsorver o CO2. Garantiu-se poder trabalhar com as quatro aminas no estado puro em estudos futuros, na instalação piloto, garantindo que não ocorrerão danos a nível de entupimento. Relativamente ao solvente utilizado concluiu-se que um solvente polar aprótico não é um solvente favorável para estes estudos. Os resultados obtidos, na instalação piloto, revelaram que a amina terciária, MDEA, consegue absorver maiores quantidades de CO2 do que a amina secundária, EDA, bem como é a mais fácil de regenerar com menor perda de capacidade de absorção do que a EDA.

Reutilização das águas de tingimento utilizando a Nanofiltração

Este trabalho na área dos processos físicos de separação por membranas, nomeadamente, a nanofiltração (NF), tem como objectivo principal a recuperação dos efluentes resultantes das águas da 3ª lavagem utilizadas na operação de tingimento de fibras de algodão, com corantes reactivos. Estão inerentes as problemáticas: da escassez da água como matéria-prima na vertente de água potável; da diminuição de efluentes que necessitam de tratamentos devido à sua carga poluente; da recuperação sempre que seja viável dos produtos químicos adicionados nesta fase de tratamento das fibras de algodão e por último e não menos importante, da energia contida nestes efluentes que vão para o esgoto a temperaturas na ordem dos 50 ºC. A metodologia adoptada na realização deste trabalho consistiu, inicialmente num estudo sobre os trabalhos realizados até hoje nesta área, seguindo-se a recolha dos efluentes na empresa ―Estamparia Têxtil Adalberto Pinto da Silva, S.A.‖ (ETAPS) e posterior estudo da recuperação dos efluentes em causa pelo processo de NF utilizando a membrana NF270-2540 da empresa FILMTEC. Os efluentes estudados no presente trabalho continham corantes reactivos sendo um corante azul-claro (CAC) de composição (Amarelo Bril Remazol GL 150% + Azul Brilhante Remazol BB 133% + Azul Turqueza Remazol G) e o outro corante azul-marinho (CAM) de composição (Preto Remazol B 133% + Vermelho Remazol RGB + Amarelo Ouro Remazol RGB). Estes estudos de recuperação compreenderam basicamente 3 fases: caracterização do efluente recolhido na empresa; tratamento desse efluente utilizando uma instalação piloto de NF de fluxo cruzado ou também conhecido por membrana de fluxo tangencial instalado no Laboratório de Tecnologia (LT) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), e caracterização dos permeados e dos rejeitados obtidos. A análise de resultados do presente trabalho permitiu concluir ser possível a recuperação e reutilização das 3ª águas de lavagem do processo de tingimento quando tratadas pelo processo de NF a pressões de operação de 6 bar. Nestas circunstâncias os permeados obtidos (tanto no efluente com corante azul-claro como no efluente com corante azul-marinho) apresentam valores, em todos os parâmetros estudados, significativamente abaixo dos valores limites recomendáveis para uma água de abastecimento na Industria Têxtil (IT). Salienta-se reduções mais expressivas nos permeados do corante CAM, com vários parâmetros a sofrerem reduções no intervalo de 98 a 100%, nomeadamente, na cor, turvação, CQO, dureza total, alumínio e manganês. Os resultados obtidos para as pressões de operação de 4 e 8 bar mostram alguns parâmetros com valores acima dos recomendados para uma água de abastecimento na Indústria Têxtil, nomeadamente a cor no corante CAC quando se opera a 4 bar e no corante CAM quando se opera a 8 bar e os sulfatos e ferro no CAM à pressão de 4 bar. Estes resultados mostram ser possível a reutilização da água na própria instalação industrial, trazendo um benefício económico e ambiental, pela redução no consumo de água fresca e energia, além da redução do volume de efluentes que necessitam ser tratados, estando na mesma linha de pensamento de Gross et al (1999), que refere que o uso de membranas para o tratamento de efluentes do processo de tingimento tem como principal objectivo a viabilidade económica, a redução no consumo de água, de sais, de corantes e energia, bem como, a redução do volume de efluentes a ser tratado.

Comparative study of amine solutions used in CO2 absorption/desorption cycles

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Construção de curvas binodais para sistemas ternários, contendo biodiesel, álcool e água

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Transferência de massa através de arrastamento por ar: resultados de simulação laboratorial e numérica

O tolueno tem uma vasta aplicação industrial e apresenta alguns riscos para a saúde humana. Legislação comunitária, recentemente publicada, exige que se cumpra a médio prazo padrões mínimos de qualidade apontando como limite máximo de concentração de tolueno na água destinada a consumo humano o valor de 1 ppm. O processo de arrastamento por ar em colunas com enchimento desordenado é uma das técnicas de remoção disponíveis, embora ainda pouco implementada no nosso país. Neste trabalho simulou-se, laboratorial e numericamente, a remoção do tolueno da água através desta tecnologia sob condições operatórias pré-estabelecidas. A simulação à escala laboratorial foi executada numa instalação piloto constituída por uma coluna de vidro acrílico com 0.137metros de diâmetro interno preenchida desordenadamente com anéis Raflux de polietileno com 15milímetros de calibre numa altura de 1.10 metros. A experimentação efectuada abrangeu ensaios realizados quer em regime permanente quer em regime transitório. As simulações numéricas do comportamento de uma coluna com idênticas características, em estado estacionário e em estado transiente, foram efectuadas com “software” específico concebido para MatLab. Este software permite a descrição do regime hidrodinâmico e da transferência de massa deste processo de acordo com os modelos de Robbins [Robbins, 1991] e Onda [Onda, 1968], respectivamente, inseridos num modelo global fenomenológico traduzido num sistema de equações às derivadas parciais de 1ª ordem, do tipo hiperbólico, com uma variável espacial axial e uma variável temporal. A resolução deste modelo é efectuada através de algoritmos e estratégias específicas nomeadamente a implementação numérica dos métodos explícito de Euler para resolução do sistema de ED0s que traduz o estado estacionário primitivo e de diferenças finitas com esquema explícito associado a manipulação de matrizes esparsas para resolução do sistema de EDPs que traduz o estado dinâmico. A concordância entre os resultados obtidos na teoria e na prática, pese embora as dificuldades encontradas no controlo analítico das amostras, permite concluir que o modelo proposto possui um rigor fenomenológico suficiente e que o modelo numérico associado possibilita um elevado grau de exactidão e de fiabilidade. A aplicação desenvolvida pode constituir uma importante ferramenta de apoio à análise dinâmica desta operação unitária à escala industrial, reduzindo o esforço experimental e os respectivos custos associados. Constitui igualmente a base para uma implementação de um potencial sistema de controlo por actuação antecipada com base num modelo que reveste a forma de um sistema de parâmetros distribuídos.

Contribuição para o estudo da influência da relação carbono/azoto no processo de compostagem de resíduos solidos

Dissertação apresentada à Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária

Contribuição para o desenvolvimento de modelo cinético de compostagem

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Sanitária,na Especialidade em Sistemas de Tratamento, pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

Utilização de colunas verticais de filtração em manta e areia como pré-tratamento de filtro lento

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influência do leito de contato na eficiência de remoção de ferro de águas subterrâneas

Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da unidade leito de contato na eficiência de remoção ferro em Estação de Tratamento de Água (ETA) tipo desferrização que trata água subterrânea. Os ensaios foram realizados em uma instalação piloto, composta por um aerador tipo tabuleiro, um leito de contato de fluxo ascendente e um filtro rápido de fluxo descendente, que tem capacidade para tratar cerca de 1,7m3/h. A ETA - piloto foi instalada no Setor Profissional do Campus Guamá da UFPA, sendo a água bruta proveniente de manancial subterrâneo, que contem ferro em teores elevados (em torno de 2mg/L). Na ETA - Piloto foram aplicadas taxas de filtração de 180m3/m2xdia, 270m3/m2xdia e 360m3/m2xdia em triplicata em duas fases experimentais: a primeira com leito de contato e segunda sem leito de contato. Foram monitoradas a carreira de filtração, a perda de carga e as variáveis: pH, Cor Aparente, Ferro (Total e Ferroso) e Turbidez. Para a Fase I as eficiências de remoção de ferro total obtidas para as taxas de filtração de 180m3/m2xdia, 270m3/m2xdia e 360m3/m2xdia foram de 93% a 94%, 85% a 95% e 91% a 92%, respectivamente. Para a Fase II as eficiências de remoção de ferro total ficaram em torno de 91% a 93%, 91% a 93% e 88% a 93%, respectivamente. As carreiras de filtração com leito de contato para as taxas de 180m3/m2xdia, 270m3/m2xdia e 360m3/m2xdia apresentaram tempo de duração média de 41h, 30h e 22,7h respectivamente, enquanto que na ausência de leito de contato a duração média foi de 16h, 12h e 4,7h, respectivamente. Dessa forma pode-se concluir que o leito de contato é uma unidade indispensável em uma ETA tipo desferrização, pois melhora o desempenho de sistema, produzindo efluente de boa qualidade e carreiras de filtração mais prolongadas.

Tratamento de água de reservatórios por dupla filtração, oxidação e adsorção em carvão ativado granular

Este trabalho teve como objetivo avaliar o tratamento de água bruta proveniente de um reservatório de água, utilizando instalação piloto de dupla filtração (DF), composta por filtro ascendente de pedregulho (FAP) e filtro rápido descendente de areia (FRD), seguida de uma unidade de pós-tratamento com carvão ativado granular (CAG). Adicionalmente, foi verificado o efeito da pré e interoxidação (entre o FAP e o FRD) na eficiência global do tratamento e na formação de subprodutos orgânicos halogenados (SOH). Em função dos resultados obtidos, foi observado que a pré-oxidação melhorou a qualidade do efluente do FAP e a interoxidação favoreceu que resultassem valores menores de turbidez e cor no efluente do FRD. O processo de tratamento por adsorção em carvão ativado granular, utilizado como pós-tratamento, mostrou-se eficiente para assegurar a qualidade dos efluentes finais nos ensaios realizados, especialmente, em relação à remoção de matéria orgânica, cianobactérias e cor. As concentrações máximas de SOH encontrados nos efluentes do FRD e do FCAG não ultrapassaram os valores limites da Portaria nº 2.914/2011 do Ministério da Saúde.

Flotação aplicada ao pós-tratamento do efluente de reator anaeróbio de leito expandido tratando esgoto sanitário

Este trabalho apresenta e discute os resultados de um estudo amplo e aprofundado sobre os principais parâmetros operacionais da flotação por ar dissolvido, utilizada no pós-tratamento de efluentes de um reator anaeróbio de leito expandido (RALEx), tratando 10 m3/hora de esgoto sanitário. Foram realizados preliminarmente ensaios utilizando o flotateste, unidade de flotação em escala de laboratório, para identificar as melhores dosagens de coagulante (cloreto férrico), o polímero mais adequado, dentre os 26 testados, e sua respectiva dosagem, o pH de coagulação adequado, o tempo (Tf) e o gradiente de velocidade (Gf) de floculação mais apropriados e a quantidade de ar (S*) requerida. Para obtenção das condições operacionais adequadas para a unidade piloto de flotação, os valores de Tf e de Gf foram variados de zero a 24 minutos e de 40 a 100 s-1, respectivamente. As concentrações de cloreto férrico e de polímero sintético variaram de 15 a 92 mg/L e de 0,25 a 7,0 mg/L, respectivamente. S* variou de 2.85 a 28.5 gramas de ar por metro cúbico de efluente e a taxa de aplicação superficial na unidade de flotação abrangeu de 180 a 250 m3/m2/d. O desempenho da flotação durante a partida do reator anaeróbio também foi investigado. O uso de 50 mg/L de cloreto férrico, de Tf igual a 20 min e Gf de 80 s-1, de S* de 19,7 g de ar por m3 de efluente e taxa de 180 m3/m2/d produziu excelentes resultados nos ensaios com a instalação piloto de flotação, com elevadas remoções de carga de DQO (80,6%), de fósforo total (90,1%) e de sólidos suspensos totais (92,1%) e com turbidez entre 1,6 e 15,4 uT e residuais de ferro de 0,5 mg/L, com remoção estimada, na forma de lodo, de 77 gramas de SST por m3 de efluente tratado. Nestas mesmas condições, no sistema RALEx+FAD, foram observadas remoções globais de 91,6% de carga de DQO, de 90,1% de carga de fósforo e de 96,6% de carga de SST. O emprego da flotação por ar dissolvido (FAD) mostrou-se alternativa bastante atraente para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Se a coagulação estiver bem ajustada, o sistema composto de reator anaeróbio seguido de unidade de flotação consegue alcançar excelente remoção de matéria orgânica, redução significativa da concentração de fósforo e de sólidos suspensos, além de precipitação dos sulfetos dissolvidos, gerados no reator anaeróbio. Bons resultados foram alcançados mesmo quando o reator RALEx produziu efluentes de baixa qualidade durante seu período de partida. Nesse período, o sistema de flotação atuou como barreira eficaz, evitando a emissão de efluente de baixa qualidade do sistema.