Emissões naturais e antrópicas de nitrogênio, fósforo e metais para a bacia do Rio Macaé (Macaé, RJ, Brasil) sob influência das atividades de exploração de petroleo e gás na Bacia de Campos

Emission factors of natural processes and anthropogenic activities were used to estimate nutrients and metal loads for the lower Macaé river basin, which hosts the operational base for the offshore oil and gas exploration in the Campos Basin. The estimates indicated that emissions from anthropogenic activities are higher than natural emissions. Major contributing drivers include husbandry and urbanization, whose effluents receive no treatment. The increasing offshore oil exploration along the Brazilian littoral has resulted in rapid urbanization and, therefore might increase the inshore emission of anthropogenic chemicals in cases where effective residue control measures are not implemented in fluvial basins of the region.

Treated domestic sewage: kinetics of Escherichia coli and total coliform inactivation by oxidation with hydrogen peroxide

Hydrogen peroxide has been used for decades in developed countries as an oxidizing agent in the treatment of water, domestic sewage and industrial effluents. This study evaluated the influence of the concentration of H2O2 and pH on the inactivation of Escherichia coli cells and the disinfection of sewage treated. The results showed that the inactivation rate increased with pH and H2O2. The presence of other contaminants dissolved in the effluent is probably the cause of these differences, because E. coli inactivation in synthetic wastewater was found to be much faster than in the real treated domestic sewage.

Biossorção passiva de cromo (VI) através da microalga Spirulina platensis

Effluents containing toxic metals are dangerous and more economical, efficient and environmentally friendly treatments must be studied, with the biosorption process with microbial biomass constituting an efficient solution. Thus, the ability of Spirulina platensis biomass for removing chromium (VI) using passive and active biosorption was evaluated. Inactive microalgae biomass and synthetic solution containing chromium (VI) were used to evaluate important factors in the process and biomass biosorption ability. Results of the experiments showed that microalgae have potential for biosorption of chromium (VI), attaining removal of 100.39 mg g-1, and that pH was the variable with the greatest influence on the process.

Imobilização e caracterização de lacase e seu uso na biodegradação de efluentes de indústrias papeleiras

Laccase from Aspergillus sp was immobilized on glutaraldehyde-activated chitosan beads. A comparative study between free and immobilized laccase was conducted and the potential of the resulting immobilized derivative in the biodegradation of pulp and paper mill effluent was evaluated. The immobilized laccase is more resistant to various denaturing conditions, which allows for the reduction of 65% of the phenols (total and low molecular weight) and loss of 60% of total color in the effluent. These results show the potential of the immobilized laccase in the biodegradation of phenols, the chemical agents responsible for the high toxicity of the effluent generated in cellulose pulp industries.

MICROEMULSÕES: COMPONENTES, CARACTERÍSTICAS, POTENCIALIDADES EM QUÍMICA DE ALIMENTOS E OUTRAS APLICAÇÕES

Microemulsions (MEs) are thermodynamically stable systems consisting of nanosized droplets dispersed in a solvent continuous medium (known as pseudo-phase), which is immiscible with the dispersed phase. These systems consist of water, a hydrophobic solvent called "oil," an amphiphile and often, a co-surfactant that is normally a medium chain alcohol. A large number of publications describe the importance of MEs in many branches of chemistry, and there is an intensive search for new applications. In addition, MEs have been applied in many areas, including oil extraction, removal of environmental pollutants from soils and effluents, dissolution of additives in lubricants and cutting oils, cleaning processes, dyeing and textile finishing, as nanoreactors to obtain nanoparticles of metals, semiconductors, superconductors, magnetic and photographic materials, and latex. However, only some studies indicate the potential applications of MEs in food and even fewer evaluate their chemical behavior. Potential applications of MEs in food comprise dissolution of lipophilic additives, stabilization of nutrients and biologically active compounds, using as an antimicrobial agent and to maximize the efficiency of food preservatives. This work consists of a literature review focusing on composition and physical and chemical characteristics of microemulsions. Despite the small number of studies on the subject reported in the literature, we demonstrate some potential applications of MEs in food chemistry.

DESENVOLVIMENTO DE UMA TÉCNICA ULTRASSÔNICA PARA AVALIAR TEORES DE ÓLEO E GRAXA EM EFLUENTES DE BIOCOMBUSTÍVEIS

Ultrasound as a metrology tool has many applications in health care, industrial, and chemical analyses. Ultrasonic techniques are rapid, low-cost, non-invasive, and highly repeatable. Although ultrasound can be used to measure emulsions, no effort had been made thus far to optimize its sensitivity for metrological analysis. In this work, a technique for analyzing oil in water was validated. The wave velocity and attenuation were chosen as the ultrasonic parameters. The technique was implemented in the boundary region established by law for effluents from industrial plants involved with biofuel manufacturing. A technical effort of this study was to establish stable emulsions in concentrations close to the desired limit of study. The phase behaviours of pseudo-ternary oil, sodium chloride, and sodium lauryl sulphate were studied. The composition in the widest region of the diagram allowed for the formation of a stable emulsion, from which the ultrasound measurement was carried out. An analytical curve was obtained using ultrasonic attenuation to determine the content of oils and greases in wastewater ranging 15–240 ppm. The speed of sound did not appear to be an applicable parameter for this application. The technique was demonstrated to be an important alternative solution for the continuous monitoring of wastewater with regard to oil concentrations.

LOW COST ANALYZER FOR THE DETERMINATION OF PHOSPHORUS BASED ON OPEN-SOURCE HARDWARE AND PULSED FLOWS

The need for automated analyzers for industrial and environmental samples has triggered the research for new and cost-effective strategies of automation and control of analytical systems. The widespread availability of open-source hardware together with novel analytical methods based on pulsed flows have opened the possibility of implementing standalone automated analytical systems at low cost. Among the areas that can benefit from this approach are the analysis of industrial products and effluents and environmental analysis. In this work, a multi-pumping flow system is proposed for the determination of phosphorus in effluents and polluted water samples. The system employs photometric detection based on the formation of molybdovanadophosphoric acid, and the fluidic circuit is built using three solenoid micropumps. The detection is implemented with a low cost LED-photodiode photometric detection system and the whole system is controlled by an open-source Arduino Uno microcontroller board. The optimization of the timing to ensure the color development and the pumping cycle is discussed for the proposed implementation. Experimental results to evaluate the system behavior are presented verifying a linear relationship between the relative absorbance and the phosphorus concentrations for levels as high as 50 mg L-1.

Sorption kinetics and intrapaticulate diffusivity of As(III) bioremediation from aqueous solution, using modified and unmodified coconut fiber

The pollution and toxicity problems posed by arsenic in the environment have long been established. Hence, the removal and recovery remedies have been sought, bearing in mind the efficiency, cost effectiveness and environmental friendliness of the methods employed. The sorption kinetics and intraparticulate diffusivity of As (III) bioremediation from aqueous solution using modified and unmodified coconut fiber was investigated. The amount adsorbed increased as time increased, reaching equilibrium at about 60 minutes. The kinetic studies showed that the sorption rates could be described by both pseudo-first order and pseudo-second order process with the later showing a better fit with a value of rate constant of 1.16 x 10-4 min-1 for the three adsorbent types. The mechanism of sorption was found to be particle diffusion controlled. The diffusion and boundary layer effects were also investigation. Therefore, the results show that coconut fiber, both modified and unmodified is an efficient sorbent for the removal of As (III) from industrial effluents with particle diffusion as the predominant mechanism.

Adsorptive removal of harmful organic compound from aqueous solutions

Adsorption is one of the most commonly used methods in water treatment processes. It is attractive due to it easy operation and the availability of a wide variety of commercial adsorbents. This doctoral thesis focuses on investigating and explaining the influence of external phase conditions (temperature, pH, ionic strength, acidity, presence of cosolutes) on adsorption phenomena. In order to cover a wide range of factors and phenomena, case studies were chosen from various fields where adsorption is applied. These include the adsorptive removal of surface active agents (used in cleaning chemicals, for example) from aqueous effluents, the removal of hormones (estradiol) from drinking water, and the adsorption of antibiotics onto silica. The latter can beused to predict the diffusion of antibiotics in the aquatic system if they are released into the environment. Also the adsorption of living cells on functionalized polymers to purify infected water streams was studied. In addition to these examples, the adsorptive separation of harmful compounds from internal water streams within a chemical process was investigated. The model system was removal of fermentation inhibitors from lignocelluloses hydrolyzates. The detoxification of the fermentation broth is an important step in the manufacture of bioethanol from wood, but has not been studied previously in connection with concentrated acid hydrolyzates. New knowledge on adsorption phenomena was generated for all of the applications investigated. In most cases, the results could be explained by combining classical theories for individual phenomena. As an example, it was demonstrated how liquid phase aggregation could explain abnormal-looking adsorption equilibrium data. In addition to the fundamental phenomena, also process performance was of interest. This aspect is often neglected in adsorption studies. It was demonstrated that adsorbents should not be selected for a target application based on their adsorption properties only, but regeneration of the spent adsorbent must be considered. It was found that using a suitable amount of organic co-solvent in the regeneration can significantly improve the productivity of the process.

Assessment of endocrine disrupting activities in the aquatic environment

Hormonstörande ämnen är syntetiska eller naturliga ämnen som stör organismers hormonsystem och bidrar till könsförvirring och sterilitet. Sådana ämnen kommer i ökande takt ut i vattenmiljön genom rester av läkemedel, bekämpningsmedel och industriprodukter. Eftersom det finns många likheter mellan hormonsystemen hos människan och övriga ryggradsdjur kan till exempel fiskar användas som modellsystem för att underöka detta problem. I tidigare undersökningar har man funnit hormonella störningar, bl.a. feminisering och maskulinisering hos fiskar som utsatts för avfallsvatten från kommunala reningsverk eller avfallsvatten från pappersindustrin. Målet med denna avhandling var att undersöka om renat avfallsvatten från kommunala reningsverk längs Finlands kust innehåller hormonstörande ämnen i sådana mängder att de kan försorsaka hormonstörande effekter på fisk. Målet i denna avhandling var också att utveckla cellulära testsystem baserade på fiskceller, eftersom behovet av tillförlitliga och kostnadseffektiva cellbaserade tester för att underlätta riskbedömningen av hormonstörande ämnen är mycket stort för tillfället. Som testsystem har storspiggen använts, som besitter flera användbara biomarkörer för att mäta hormonstörande ämnens påverkan. Resultaten tyder på att problemen med hormonstörande påverkan på fisk inte är lika utbredda i Finland som i många andra europeiska länder. Detta beror troligtvis på att finska reningsverk har effektiva reningstekniker som reducerar mängden hormonstörande ämnen, eller på att utspädningen av avloppen i recipienterna är större än i många andra länder. Dock kan problemen inte helt uteslutas eftersom vissa feminiserande (estrogena) effekter kunde observeras hos fisken i de undersökta recipienterna utanför kommunala reningsverk. I kontrollerade laboratorieförsök där storpsiggar exponerades för kommunalt avloppsvatten uppmättes även här effekter som tyder på förekomst av estrogener i avloppsvattnet. De cell-baserade testsystemen klarade av att förutspå hormonella effekter hos hel fisk och kan därför vara mycket användbara i fortsatta studier av hormonstörande ämnens verkningsmekanismer i preliminära toxicitetsbedömningar.

Porvoon jalostamon haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääritysmenetelmät

Työssä käytiin läpi Porvoon jalostamon haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääritysmenetelmiä ja arvioitiin nykyisin käytössä olevien sekä uusien menetelmien soveltuvuutta Porvoon jalostamon päästömääritykseen. Nykyisten menetelmien arviointia tehtiin käymällä läpi eri alueiden 2000-luvun päästömäärät sekä vertaamalla päästömääriä muiden jalostamojen vastaaviin päästömääriin. Haihtuvista orgaanisista yhdisteistä puhuttaessa jätetään yleisesti metaani määritelmän ulkopuolelle ja käytetään termiä NMVOC-yhdisteet. Työssä laskettiin arvio Porvoon jalostamon metaanin päästömäärälle ja arvioitiin sen vaikutusta NMVOC-kokonaispäästömäärään. Metaanin kokonaispäästömäärien havaittiin olevan noin kymmenen kertaa haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästömääriä pienempiä, ja näin ollen niiden lisäämisellä NMVOC-päästöihin ei ole juuri vaikutusta. Myös menetelmien investointi- ja käyttökustannuksia, sekä pidemmän aikavälin kustannuksia arvioitiin. Kustannuksiltaan tällä hetkellä Porvoon jalostamolla käytössä olevat menetelmät ovat kustannustehokkaita. Uusista menetelmistä DIAL, SOF ja OGI ovat kustannuksiltaan huomattavasti kalliimpia, myös pitkän aikavälin vertailulla. Nykyisten menetelmien vuosittaiset kustannukset aiheutuvat mittausten vaatimista henkilötyötunneista. Uusista menetelmistä SOF ja DIAL vaativat ulkopuolisten mittaajien käyttämistä. Massavirran määrityksen suhteen vielä kehitysvaiheessa olevalla OGI-kameralla mitatessa voidaan käyttää mittaajina omaa henkilökuntaa. Toisin kuin DIAL- ja SOF-menetelmien laitteistot, OGI-kamera ostetaan omaksi ja näin ollen sitä voidaan käyttää tarpeen vaatiessa vuoden ympäri esimerkiksi suurien vuotajien paikallistamiseen ja LDAR-kiristysohjelman tukena. Tarkastelun perusteella olisi suositeltavaa tarkastaa nykyisin käytettävistä laskentamenetelmistä erityisesti prosessi- ja säiliöalueen sekä jätevesijärjestelmä päästömäärät käyttäen tarkempia DIAL-, SOF- tai myöhemmin OGI-menetelmiä ja muokata laskentamenetelmiä vastamaan näillä määritettyjä päästömääriä.

Recovery of carboxylic acids from aqueous solutions

Carboxylic acids are commonly used organic acids and have many applications in industries producing food and pharmaceutical products, surfactants and detergents. Especially formic, acetic, propionic and butyric acid are important organic chemicals. These compounds can be found in many side streams and plant effluents. Recovery costs of carboxylic acids are high when they are removed from dilute solution. Conventional processes for the recovery of carboxylic acids from aqueous solutions are classical distillation or extractive distillation, azeotropic distillation or liquid-liquid extraction. The literature part of this Master’s of Science Thesis comprises possible extractants in liquid-liquid extraction of carboxylic acids from aqueous solutions and methods for their regeneration form the extract. The experimental part of this Thesis investigates liquid-liquid extraction of carboxylic acids from aqueous solutions. The aim of this work was to find a suitable extractant for liquid-liquid extraction and suitable process conditions to recover carboxylic acids from aqueous solutions. Also, back extraction of carboxylic acids and their thermal decomposition in relation to distillation of were. Experiments showed that there is more than one possible extractant for liquid-liquid extraction of carboxylic acids. Results also showed that it is possible to separate carboxylic acids and regenerate all the used extractants by vacuum distillation at suitable temperature.

Suljetun jäähdytysvesiverkon mallinnus

Työssä selvitettiin Neste Oil Porvoon jalostamon tuotantolinja 2 jäähdytysvesiverkon tilaa. Jäähdytysvesiverkon hydraulinen malli päivitettiin ja verifioitiin painemittauksin. Mallia tarkennettiin säätöventtiilien mallinnuksen sekä virhelähteiden tarkastelun perusteella havaituin muutoksin. Mallin verifioinnissa havaittiin huomattavia eroja mallin ja mitattujen paineiden välillä. Tämä johti mallin tarkempaan tarkasteluun, sekä virhelähteiden ja niiden vaikutusten selvittämiseen. Putkivarusteiden mallinnusmenetelmiä, sekä mallinnusperiaatteita vertailtiin keskenään. Koska jäähdytysveden kokonaiskierto oli riittämätön, tarkasteltiin kolmea vaihtoehtoa riittävän kiertovesimäärän aikaansaamiseksi. Nykyisten kiertovesipumppujen rinnanoperointi, sekä riittävän suureksi skaalatun pumpun käyttö simuloitiin. Kolmantena tapauksena arvioitiin lämmönvaihdinkohtaisen kuristussuunnitelman vaikutus putkiston painehäviöön, sekä putkistolle sopiva kiertovesipumppu. Vaihtoehdoille laskettiin suuntaa-antavat investointi- ja käyttökustannukset. Tarkastelun perusteella riittävän suureksi skaalattu pumppu todettiin kannattavimmaksi pienen hintaeron, sekä luotettavamman jäähdytysvesikierron käyttövarmuuden vuoksi. Työssä onnistuttiin tuottamaan yleispätevää tietoa suljetun jäähdytysvesiverkon hydrauliseen mallinnukseen vaikuttavista tekijöistä, sekä niiden vaikutuksesta mallin tarkkuuteen. Selvityksen perusteella tarkasteltua mallia saatiin tarkemmaksi.

Alkylointiyksikön neutralointi- ja puhdistusprosessin kehittäminen

Tämä diplomityö käsittelee Neste Oilin Porvoon jalostamon HF-alkylointiyksikön alasajon ja huoltopysäytyksen rajapintaa. Työssä tarkastellaan erilaisia vaihtoehtoja alasajon aikaisen neutralointi- ja puhdistusprosessin kehittämiseen huomioiden materiaalitekninen näkökulma. Työn alkuosassa esitellään alkyloinnin perusperiaate, huoltopysäytysprosessi sekä eri neutralointi- ja puhdistusprosessit, joista tarkemmin nykyisin jalostamolla käytettävä EnvTech:n prosessi. Työssä on myös kerrottu alkyloinnin erityisvaatimukset materiaaleille, joista tarkemmin on esitelty perusmateriaaleina käytettävät hiiliteräs A106 sekä Monel® 400. Näiden perusmateriaalien kohdalla on myös esitelty kirjallisuuden pohjalta niiden käyttäytyminen fluorivety-ympäristössä. Työn loppuosassa on esitelty eri vaihtoehtoja, jotta käyttövarmuutta voitaisiin kehittää yhdessä mahdollisesti kasvavien tuotantomäärien kanssa. Putkistojen kohdalla työssä on käsitelty kehityskohteeksi valittua erästä pääkolonni-osaan kuuluvaa linjastoa. Eri vaihtoehtoja on vertailtu teknistaloudelliselta näkökulma ja putkiston kohdalla on työssä päädytty geometrian muuttamiseen sekä koon kasvattamiseen. Työssä on myös esitetty kuumatypetysvaiheen uudelleen aikataulutusta alasajovaiheen nopeuttamiseksi sekä jatkotutkimusehdotuksia putkiston passivoimisesta, rautafluoridikalvon paikalleen jättämiseksi ja huoltopysäytyssyklin kehittämiseksi.

Ammoniumkloridi Porvoon ja Naantalin jalostamoiden vetyverkoissa

Tässä työssä on käsitelty ammoniumkloridia Porvoon ja Naantalin jalostamoiden vetyverkoissa. Tietoa ammoniumkloridin aiheuttamista ongelmista ja niihin vaikuttavista tekijöistä on kerätty ja niiden pohjalta on pyritty löytämään keinoja, joilla ongelmaa voidaan vähentää tai poistaa. Kirjallisuusosassa on käsitelty ammoniumkloridia, sen aiheuttamaa korroosiota ja materiaalien ammoniumkloridikestävyyttä. Lisäksi kirjallisuusosassa on käsitelty ammoniumkloridin muodostumiseen tarvittavan vetykloridin määritysmenetelmiä sekä ammonium- ja kloridi-ionien määritysmenetelmiä. Työn soveltavassa osassa kerättiin tietoa ammoniumkloridin aiheuttamista ongelmista ja ammoniumkloridin muodostumiseen vaikuttavista tekijöistä. Lisäksi Porvoon jalostamolla suoritettiin mittauksia, joilla määritettiin ammoniakki- ja vetykloridipitoisuuksia vetyvirroista. Tulosten perusteella saatiin käsitys jalostamon ammoniumkloridiongelman nykytilanteesta ja tutkittiin ammoniumkloridia muodostavien ammoniakin ja vetykloridin lähteitä. Lisäksi keinoja vähentää ammoniumkloridin muodostumista tunnistettiin.