Tratamento de efluente de curtume por biofiltro aerado Submerso pré-tratado com microfiltro de membrana

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Avaliação da auto-suficiência energética de reatores anaeróbios no tratamento de esgoto sanitário e de água preta

The purpose of this project is to verify whether anaerobic reactors applied to sewage treatment are energetically self-sufficient. This evaluation can be made by balancing the methane produced through the anaerobic transformation stages (hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis) and the reactor energy consumption requirements. The original project included methanogenic activity tests, which could not be performed due to setbacks in the installation of an analytical instrument. Scientific articles about bench- and full-scale anaerobic reactors were investigated instead. An average substrate-to-methane conversion efficiency of 58,2±18,6% was found for the bench-scale reactors and higher efficiencies (89,2%) were found for the cases which had higher Organic Loading Rates (OLRs) values. The average energy output was 0,013 kWh/Lsewage, value unable to meet the energy needs for the reactor operation, considering equipments normally used such as temperature controller. This balance can become positive if few hypotheses are made, for example (i) to eliminate the use of temperature controller (ii) to alter the operation pattern from continuous to intermittent. Based on energy balance assessment of eight bench-scale reactors, it was observed that the implementation of a system for biogas utilization is not energetically feasible. However, interesting results were found for a full-scale sewage treatment plant, ETE Ouro Verde – Foz do Iguaçu, PR, Brazil. Even though its substrate-tomethane conversion efficiency was about 10% only, the energy balance was quite positive, with energy consumption of 68 kWh/month and energy production of 660 kWh/month. This analysis leads us to conclude that energy recovery from full-scale sewage treatment plants should be practiced by other plants

Uso de wetland construído no tratamento de efluente de ranicultura

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Recuperação de biomassa bacteriana produzida no tratamento de efluente industrial

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Uso de reator aeróbio de leito fluidizado com circulação como dispositivo de pós-tratamento do efluente de um reator uasb compartimentado tratando esgotos sanitários

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

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.

Avaliação do tratamento eletroquímico (direto e indireto) como alternativa de degradação do corante azul de metileno

Textile industry has been a cause of environmental pollution, mainly due to the generation of large volumes of waste containing high organic loading and intense color. In this context, this study evaluated the electrochemical degradation of synthetic effluents from textile industry containing Methylene Blue (AM) dye, using Ti/IrO2-Ta2O5 and Ti/Pt anodes, by direct and indirect (active chlorine) electrooxidation. We evaluated the influence of applied current density (20, 40 and 60 mA/cm2 ), and the presence of different concentrations of electrolyte (NaCl and Na2SO4), as well as the neutral and alkaline pH media. The electrochemical treatment was conducted in a continuous flow reactor, in which the electrolysis time of the AM 100 ppm was 6 hours. The performance of electrochemical process was evaluated by UV-vis spectrophotometry, chemical oxygen demand (COD) and total organic carbon (TOC). The results showed that with increasing current density, it was possible to obtain 100 % of color removal at Ti/IrO2-Ta2O5 and Ti/Pt electrodes. Regarding the color removal efficiency, increasing the concentration of electrolyte promotes a higher percentage of removal using 0,02 M Na2SO4 and 0,017 M NaCl. Concerning to the aqueous medium, the best color removal results were obtained in alkaline medium using Ti/Pt. In terms of organic matter, 86 % was achieved in neutral pH medium for Ti/Pt; while a 30 % in an alkaline medium. To understand the electrochemical behavior due to the oxygen evolution reaction, polarization curves were registered, determining that the presence of NaCl in the solution favored the production of active chlorine species. The best results in energy consumption and cost were obtained by applying lower current density (20 mA/cm2 ) in 6 hours of electrolysis.

Desenvolvimento de membranas porosas de alumina para fins de tratamento de efluente industrial têxtil

Textile production has been considered as an activity of high environmental impact due to the generation of large volumes of waste water with high load of organic compounds and strongly colored effluents, toxic and difficult biodegradability. This thesis deals with obtaining porous alumina ceramic membranes for filtration of textile effluent in the removal of contaminants, mainly color and turbidity. Two types of alumina with different particle sizes as a basis for the preparation of formulation for mass production of ceramic samples and membranes. The technological properties of the samples were evaluated after using sintering conditions: 1,350ºC-2H, 1,450ºC-30M, 1,450ºC-2H, 1,475ºC-30M and 1,475ºC-2H. The sintered samples were characterized by XRD, XRF, AG, TG, DSC, DL, AA, MEA, RL, MRF-3P, SEM and Intrusion Porosimetry by Mercury. After the characterization, a standard membrane was selected with their respective sintering condition for the filterability tests. The effluent was provided by a local Textile Industry and characterized at the entry and exit of the treatment plant. A statistical analysis was used to study the effluent using the following parameters: pH, temperature, EC, SS, SD, oil and grease, turbidity, COD, DO, total phosphorus, chlorides, phenols, metals and fecal coliform. The filtered effluent was evaluated by using the same parameters. These results demonstrate that the feasibility of the use of porous alumina ceramic membranes for removing contaminants from textile effluent with improved average pore size of 0.4 micrometre (distribution range varying from 0,025 to 2.0 micrometre), with total porosity of 29.66%, and average percentages of color removal efficiency of 89.02%, 92.49% of SS, turbidity of 94.55%, metals 2.70% (manganese) to 71.52% (iron) according to each metal and COD removal of 72.80%

Integração dos processos de flotação e foto-fenton para redução de óleos e graxas de água produzida em campos de petróleo

During production of oil and gas, there is also the production of an aqueous effluent called produced water. This byproduct has in its composition salts, organic compounds, gases and heavy metals. This research aimed to evaluate the integration of processes Induced Air Flotation (IAF) and photo-Fenton for reducing the Total Oils and Greases (TOG) present in produced water. Experiments were performed with synthetic wastewater prepared from the dispersion of crude oil in saline solution. The system was stirred for 25 min at 33,000 rpm and then allowed to stand for 50 min to allow free oil separation. The initial oil concentration in synthetic wastewater was 300 ppm and 35 ppm for the flotation and the photo-Fenton steps, respectively. These values of initial oil concentration were established based on average values of primary processing units in Potiguar Basin. The processes were studied individually and then the integration was performed considering the best experimental conditions found in each individual step. The separation by flotation showed high removal rate of oil with first-order kinetic behavior. The flotation kinetics was dependent on both the concentration and the hydrophilic-lipophilic balance (HLB) of the surfactant. The best result was obtained for the concentration of 4.06.10-3 mM (k = 0.7719 min-1) of surfactant EO 2, which represents 86% of reduction in TOG after 4 min. For series of surfactants evaluated, the separation efficiency was found to be improved by the use of surfactants with low HLB. Regarding the TOG reduction step by photo-Fenton, the largest oil removal reached was 84% after 45 min of reaction, using 0.44 mM and 10 mM of ferrous ions and hydrogen peroxide, respectively. The best experimental conditions encountered in the integrated process was 10 min of flotation followed by 45 min of photo-Fenton with overall TOG reduction of 99%, which represents 5 ppm of TOG in the treated effluent. The integration of processes flotation and photo-Fenton proved to be highly effective in reducing TOG of produced water in oilfields

Produção biogênica de sulfetos em amostras de água e óleo

Durante a exploração de petróleo offshore (fora da costa), a injeção de água do mar no processo de recuperação secundária de petróleo, ocasiona a produção de sulfeto de hidrogênio (H2S) pela presença das bactérias redutoras de sulfato (BRS), que reduzem o sulfato presente na água em sulfeto. A produção intensiva de H2S tem sido um dos maiores problemas das indústrias petrolíferas, pois constitui-se uma das principais causas de corrosão em linhas de produção (tubulações), equipamentos e tanques metálicos. Os principais micro-organismos presentes em amostras salinas provenientes de tanques de armazenamento de água e óleo da indústria do petróleo são as bactérias anaeróbias heterotróficas totais (BANHT) e as bactérias redutoras de sulfato (BRS). Atualmente, a quantificação desses grupos microbianos é realizada através da técnica do Número Mais Provável (NMP) que estima o resultado em aproximadamente 28 dias. Neste trabalho foi utilizada a metodologia de produção semi-contínua de sulfetos biogênicos por 15 dias, numa tentativa de correlacionar com os resultados de quantificação de BANHT e BRS através da técnica convencional do NMP. Nesse caso, avaliou-se as condições mais adequadas para a produção biogênica de sulfetos em tanques, alterando-se parâmetros tais como salinidade, temperatura e composição do meio de cultura. Verificou-se que os aumentos da salinidade e da temperatura do meio implicaram na diminuição da atividade biogênica semi-contínua de geração de sulfetos. E conforme dilui-se o meio de cultura, o crescimento de bactérias foi reduzido, assim como a geração de sulfetos. A quantificação de BRS e BANHT foi avaliada pela técnica do NMP de acordo com o método do FDA em 2011 e de Harrigan em 1998. Este último subestima a população microbiana, desconsiderando os limites e erros provenientes da técnica

Desenvolvimento de metodologias para análise direta de óleos vegetais empregando microemulsões de água em óleo e meios não aquosos

Amostras de óleo vegetal foram preparadas na forma de microemulsão de água em óleo (w/o) utilizando dodecil sulfato de sódio (SDS) como surfactante e um álcool como co-surfactante. As microemulsões foram caracterizadas através de medidas de viscosidade, índice de refração, condutividade elétrica, espalhamento de luz dinâmico e voltametria. Ensaios preliminares para a quantificação de analitos por análise direta foram realizados por voltametria linear e eletroforese capilar. As microemulsões de água em óleo de soja apresentaram gotículas de dimensões nanométricas e estabilidade termodinâmica dependente da temperatura, da concentração dos eletrólitos dissolvidos e da natureza do co-surfactante empregado. Por outro lado, o raio hidrodinâmico das gotículas (Rh) diminui com o aumento da temperatura. Quanto aos valores de condutividade, maiores do que os obtidos para o óleo de soja e para a água deionizada, aumentam com a temperatura, na faixa de 20 a 65 oC, e com o teor de água na microemulsão, entre 5 e 7,5 % de água. A maior estabilidade termodinâmica foi alcançada para uma microemulsão contendo 40,0 % de óleo, 43,2 % de pentanol, 10,8 % de SDS e 6,0 % de água, em massa, na razão 1:4 [SDS]:[álcool] Medidas voltamétricas com um ultramicroeletrodo de Pt em microemulsões contendo ferroceno ou ácido oléico dissolvidos evidenciaram a dependência linear das correntes limite anódica e catódica com a concentração da espécie eletroativa. Já a oxidação do ferroceno por voltametria cíclica, usando o mesmo ultramicroeletrodo, mostrou que a diminuição dos coeficientes de difusão nestes meios permite realizar medidas em estado transiente, empregando velocidades convencionais de varredura em potencial. Experimentos por cromatografia eletrocinética em microemulsão reversa (RMEEKC) com n-pentanol como fase contínua permitiram a separação de solutos neutros e aniônicos em amostras de óleo vegetal e gordura animal. Finalmente, foi desenvolvido um procedimento rápido para a separação e identificação dos biofenóis presentes em óleos, utilizando como eletrólito de corrida uma mistura de metanol e 1-propanol contendo KOH. Os resultados evidenciam a possibilidade de análise direta de óleos vegetais empregando métodos eletroanalíticos em microemulsões w/o, e métodos por eletroforese capilar, quer em microemulsões, quer em meio não aquoso.

Estudo da intensificação da coalescência de emulsões de água em óleo com a aplicação de onda estacionária de ultrassom.

Considerando que o petróleo quando extraído dos poços em águas profundas chega a ter teor de água superior a 50% e que antes de ser enviado à refinaria deve ter uma quantidade de água inferior a 1%, torna-se necessário o uso de técnicas de redução da quantidade de água. Durante a extração do petróleo formam-se emulsões de água em óleo que são muito estáveis devido a um filme interfacial contendo asfaltenos e/ou resinas ao redor das gotas de água. Nesse trabalho é apresentada a utilização de ondas estacionárias de ultrassom para realizar a quebra dessas emulsões. Quando gotículas de água com dimensões da ordem de 10m, muito menores que o comprimento de onda, são submetidas a um campo acústico estacionário em óleo, a força de radiação acústica empurra as gotículas para os nós de pressão da onda. Uma célula de coalescência com frequência central ao redor de 1 MHz, constituída por quatro camadas sendo uma piezelétrica, uma de acoplamento sólido, uma com o líquido e outra refletora, foi modelada empregando o método da matriz de transferência, que permite calcular a impedância elétrica em função da frequência. Para minimizar o efeito do gradiente de temperatura entre a entrada e a saída da cavidade da célula, quando está em operação, foram utilizados dois transdutores piezelétricos posicionados transversalmente ao fluxo que são excitados e controlados independentemente. Foi implementado um controlador digital para ajustar a frequência e a potência de cada transdutor. O controlador tem como entrada o módulo e a fase da corrente elétrica no transdutor e como saída a amplitude da tensão elétrica e a frequência. Para as células desenvolvidas, o algoritmo de controle segue um determinado pico de ressonância no interior da cavidade da célula no intervalo de frequência de 1,09 a 1,15 MHz. A separação acústica de emulsões de água em óleo foi realizada em uma planta de laboratório de processamento de petróleo no CENPES/PETROBRAS. Foram testados a variação da quantidade de desemulsificante, o teor inicial de água na emulsão e a influência da vazão do sistema, com uma potência de 80 W. O teor final de água na emulsão mostrou que a aplicação de ultrassom aumentou a coalescência de água da emulsão, em todas as condições testadas, quando comparada a um teste sem aplicação de ultrassom. Identificou-se o tempo de residência no interior da célula de separação como um fator importante no processo de coalescência de emulsões de água e óleo. O uso de desemulsificante químico é necessário para realizar a separação, porém, em quantidades elevadas implicaria no uso de processos adicionais antes do repasse final do petróleo à refinaria. Os teores iniciais de água na emulsão de 30 e 50% indicam que o uso da onda estacionária na coalescência de emulsões não tem limitação quanto a esse parâmetro. De acordo com os resultados obtidos em laboratório, essa técnica seria indicada como uma alternativa para integrar um sistema de processamento primário em conjunto com um separador eletrostático.