Relato de uma experiência pedagógica no ensino de química: formação profissional com responsabilidade ambiental

The toxic heavy metals can not be transformed in other less toxic substances as organic wastes through chemical process. Various chemistry courses at Faculty of Philosophy, Sciences and Humanities (FFCLRP/USP) use heavy metals in their experimental classes. In this context, a course were created: "Heavy Metal Wastes generated in the teaching and research laboratories: disposal or recovery" and has a specific goal to capacitate the students to define the adequate strategy for disposal or recovery of the chemical wastes, in particular heavy metals, through an interdisciplinary approaching. This course was given to 25 students during the second semester of 2000 and 2001. The environmental responsibility desired for the professional and citizen can be promoted.

Gerenciamento de resíduos laboratoriais: recuperação de elementos e preparo para descarte final

This work shows some laboratory waste management developed in order to recover some elements or to prepare the waste for a correct final disposal. The 25 elements chosen cover basically all chemical behaviors found for the metals in the Periodic Table. The treatments adopted were based on the classical behavior in aqueous solution (wet chemistry) but an important condition for a full success was the previous knowledge of the qualitative composition of the wastes treated. Some general trends were found: the final liquid waste was always saline and normally presented a higher volume than the original waste; most original wastes were acid in nature; steps such as solid-liquid separation, washing, evaporating and calcining were currently performed. This work was also a very good experience in chemistry in solution for students and showed them the need of treating wastes for a better environment.

Mahdollisuudet pakkausten hiilijalanjäljen pienentämiseen. Case: kuituvalos

Ilmastonmuutoksen myötä tuotteiden hiilijalanjälkien laskeminen on yleistynyt. Tässä työssä perehdytään pakkausten aiheuttamiin kasvihuonekaasupäästöihin niiden elinkaaren aikana. Työssä lasketaan hiilijalanjälki myymäläpakkaukselle, joka on valmistettu kuituvaloksesta. Vertailua varten lasketaan hiilijalanjälki paisutetusta polystyreenistä valmistetulle pakkaukselle samassa käyttötarkoituksessa. Tavoitteena on selvittää, miten pakkausten kasvihuonekaasutaseet eroavat toisistaan, ja mitkä elinkaaren aikaiset vaiheet muodostavat merkittävimmät päästöt. Työssä käytetään PAS 2050 -ohjeistusta hiilijalanjäljen laskentaan. Laskennassa on huomioitu suorien ja epäsuorien päästöjen lisäksi myös vältetyt päästöt. Tulosten mukaan materiaalien välisen paremmuuden ratkaisee käytetty jätteenkäsittelytapa. Mikäli kuituvalos kierrätetään, on sen hiilijalanjälki paisutettua polystyreeniä (EPS) pienempi. Tarkastellut jätteenkäsittelytavat EPS:lle olivat kaatopaikkasijoitus ja energiahyötykäyttö. Mikäli kuituvalos kompostoidaan tai käytetään hyödyksi energiana, on sen hiilijalanjälki suurempi kuin EPS:n. Kuituvaloksella selkeästi merkittävimmäksi kasvihuonekaasujen aiheuttajaksi osoittautui pakkauksen valmistusvaihe. EPS:llä merkittäviä vaiheita olivat raaka-aineen tuotanto ja kuljetukset. Tulokset antavat kuvan materiaalien ilmastonmuutospotentiaalista, mutta on huomioitava, ettei hiilijalanjälkitarkastelussa huomioida muita pakkausten ympäristövaikutuksia niiden elinkaaren ajalta.

A gestão de resíduos de laboratório na visão de alunos de um curso de graduação de quimica e áreas afins

This work presents the students´ profile before and after working in the course "Laboratory Chemical Waste Treatment" in the last ten years. The structure of the course is also described. Although students have shown an increasing previous experience on waste management, many fundamental aspects are missing, especially knowledge on the directives focusing environmental aspects. Visits to industrial plants are also essential to better understand the impact of wastes in environment. Most students nowadays consider waste management as an essential part of their professional formation. A good waste management program must consider several topics of extreme relevance.

Um panorama sobre a abordagem ambiental no currículo de cursos de formação inicial de professores de química da região sudeste

This work analysed the contents of 701 disciplines from 22 chemistry courses that prepare chemistry teachers in 16 public Universities in Southeastern Brazil. Only a small number (23) of disciplines showed an explicit relationship between human activities and the environment. A total of 11 theoretical and 193 experimental disciplines explored to some extent scientific and technological aspects related to the environment, but did not include their relationship with society. As the experimental disciplines supposedly include some kind of waste treatment, this may explain why secondary school chemistry teachers work mainly on recycling programs and waste issues at their schools. The aim of this work is to provide information on which to base a much needed discussion about how to better prepare our chemistry teachers to act as Environmental Educators at school, as the Brazilian Education Legislation requires.

Recuperação de chumbo, mercúrio e elementos dos grupos 4 a 7 da tabela periódica de seus resíduos

This work shows routes to recover some elements from their laboratory wastes and broken apparatus (thermometers and densimeters). Most elements chosen present a chemical behavior in aqueous solution which is not currently studied in the ordinary experimental classes. The routes were based on the previous knowledge of the qualitative composition of the wastes treated. Wastes containing chromium were the most difficult to treat. The elements were recovered in good yields and can be reused in new experiments. This work was a very good experience in chemistry for students and shows the need of managing wastes for a better environment.

Recuperação de compostos de iodo de reagentes e soluções laboratoriais

This work presents simple routes to recover iodine compounds from oxidized laboratory chemicals and aqueous solutions (HI and KI) used in laboratory chemistry classes. These routes are based on the oxidation of iodide ions (I-) to iodine (I2) by an oxidant (H2O2) or reduction of oxidized iodine by red phosphorus or hydrazine. Both routes presented high yields. The oxidative route is of general use whereas the reductive one is appropriate for restoring original iodine reagents. Final wastes were generated in low amounts. This work is appropriate for teaching many laboratory techniques (e.g., distillation, titration and filtration) in the chemical laboratory.

Juvan kunnan jätevedenpuhdistamon ympäristöasioiden parantaminen

Diplomityö on osa Mikkelin ammattikorkeakoulun YTI:ssä vuosina 2005 - 2008 toteutettua ”Yritysten ympäristöriskit” EU-osarahoitteista hanketta. Työn tarkoituksena oli tunnistaa, arvioida ja luokittaa Etelä-Savossa, Juvalla toimivan yhdyskuntajätevedenpuhdistamon ympäristöriskit sekä antaa neuvoja löytyneiden riskien hallintaan. Jätevedenpuhdistamon toiminnasta syntyvät mahdolliset ympäristöriskitekijät tunnistettiin kirjallisuusselvitysten sekä haastattelujen avulla. Riskien tunnistamisen jälkeen riskien kartoittamiseen, arviointiin ja luokittamiseen käytettiin osia eri riskianalyysimenetelmistä. Riskit jaettiin viiteen eri riskiluokkaan; vakavasta riskistä merkityksettömään riskiin. Juvan kunnan jätevedenpuhdistamolla esiintyi neljän pienimmän riskiluokan riskejä, ja vakavia riskejä ei kartoituksessa tullut esille lainkaan. Riskejä arvioitiin niin sanotuissa normaalioloissa. Merkittävin yksittäinen riskitekijä jätevedenpuhdistamolla oli haitallisen tai poikkeavan aineen kulkeutuminen jäteveden mukana puhdistamolle. Tämä voisi heikentää puhdistamon puhdistustulosta merkittävästi. Kun laitosta ajetaan ympäristöluvassa asetettujen vaatimusten mukaisesti ja alueella sijaitsevat teollisuuslaitokset noudattavat heille annettuja määräyksiä, ei Juvan jätevedenpuhdistamolta aiheudu merkittäviä päästöjä maa-perään tai pohjavesiin.

Alusöljyvahingossa kuolleiden eläinten turvallinen käsittely

Diplomityö on osa Kymenlaakson ammattikorkeakoulun SÖKÖ II-hanketta, missä tehdään toimintamalli suuren öljyntorjuntaoperaation koordinointiin rannikon öljytorjunnasta vastaaville viranomaisille. Työn tavoitteena oli selvittää alusöljyvahingossa kuolleiden eläinten sekä eläinten keräilystä ja hoidosta syntyvien jätteiden käsittelymenetelmät ja soveltuvat käsittelylaitokset. Lisäksi tavoitteena oli selvittää kuolleiden eläinten välivarastointialueen tekniset vaatimukset ja öljyiselle eläinjätteelle soveltuva kuljetuskalusto. Työn teoriaosuudet toteutettiin kirjallisten lähteiden ja asiantuntijahaastatteluiden avulla. Tärkeäksi osaksi työtä muodostui kustannuslaskelma, missä laskettiin kuolleiden eläinten keräilystä aina loppukäsittelyyn asti muodostuvat kustannukset. Työn teoriaosuudet loivat pohjan kustannuslaskelmalle. Kuolleiden eläinten loppukäsittelyyn valittiin kolme eri laitosta ja kolme eri käsittelytekniikkaa, mitkä ovat: rumpu-uuni, siirrettävä termodesorptio ja renderöinti. Kuolleet eläimet kannattaa keskitetysti kerätä ja kuljettaa yhdelle alueelle, missä suoritetaan kuolleiden eläinten välivarastointi kylmäkonteissa ja tilastointi sekä elävien eläinten pesu ja hoito. Kustannuslaskelman perusteella siirrettävä termodesorptiolaitos on halvin käsittelyvaihtoehto, mutta kustannuserot muihin laitoksiin ovat pienet. Koko kuolleiden eläinten turvallisen käsittelyn kustannukset ovat alle promillen koko suuren öljyvahingon kustannuksista. Loppukäsittelylaitosta valittaessa on käsittelykustannuksia tärkeämpää selvittää laitoksen sen hetkinen jätteenkäsittelytilanne ja vapaa käsittelykapasiteetti kuolleille eläimille.

Hiilijalanjäljen laskeminen purku- ja korjausrakentamiskohteille

Tämä opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Enviroc Oy:n kanssa. Työn tarkoituksena on ollut kehittää suomalaisiin olosuhteisiin soveltuva laskentamalli purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjäljelle. Kehitettyä mallia voi käyttää yrityksessä lainsäädännön vaatimusten noudattamisen todentamiseen sekä purku- ja korjausrakentamiskohteiden toimintatapojen vertailuun. Työssä käsitellään purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjälkeen vaikuttavia asioita, joita ovat työmaan energiankulutus sekä syntyvien jätteiden lajittelu, kuljetukset, käsittely ja hyödyntäminen tai loppusijoitus. Laskentamalli on kehitetty laskemalla esimerkkikohteille hiilijalanjäljet elinkaarimallintamisen avulla. Työssä on tarkasteltu myös vaihtoehtoisia jäteskenaarioita sekä laskentamallin luotettavuutta. Työn lopputuloksena on saatu kolmen eri kokoluokan esimerkkikohteen hiilijalanjäljet ja laskentamallin periaatekaaviot. Jätteiden toimituspisteiden ja jätejakeiden kulkureittien vaihtelevuuden sekä eri kohteista muodostuvien erityyppisten jätejakeiden johdosta yhden kokonaisvaltaisen laskentamallin kehittäminen on haasteellista. Myös tietojen hankinta kohteista ja jatkokäsittelyistä ja etenkin primääritietojen saaminen on ongelmallista. Tämänhetkinen laskentamalli perustuu enimmäkseen sekundääritietoihin ja arvioihin, joten mallin luotettavuuden lisäämiseksi olisi panostettava primääritiedon määrän lisäämiseen. Laskennan perusteella jäteskenaariovaihtoehdoista lajitteleva toimintamalli osoittautui hiilijalanjäljen kannalta suotuisimmaksi pienemmissä kohteissa ja käsittelylaitospainotteinen malli suuressa kohteessa. Merkittäviä tekijöitä kohteiden hiilijalanjälkien muodostumiselle olivat metallien käsittely, jätteiden poltto sekä neitsytraaka-aineista valmistetun teräksen ja fossiilisten polttoaineiden vältetyt päästöt. Merkittävimmiksi kasvihuonekaasuiksi purku- ja korjausrakentamiskohteiden laskennassa osoittautuivat hiilidioksidin lisäksi halogenoidut hiilivedyt ja metaani.

Nitrogen fertilization by deep-bedding swine production and its effects on the properties of a Quartzarenic Neosol

The objective of this study was to evaluate the effects of the nitrogen fertilization in the form of swine deep bed in the properties of a quartz-sand neosol. The organic compound used was the deep bed made with rice hulls, from a commercial swine finishing system farm. Deep bed samples have been collected at various points in the installation in order to obtain a representative composite sample which has been fractionated in a 2.0 mm sieve and submitted to a 50-day maturation period. Then, agronomic value analyses were done. The experimental design was completely randomized. The treatments consisted of 0; 75; 150 and 300 mg dm-3 of N doses of deep bed as well as an additional treatment with ammonium sulfate at a 150 mg dm-3 of N. The experimental period in the greenhouse was 45 days, where the soil was cultivated with maize. After the experiment completion, further soil properties analyses were done. From the results, it was noted that the organic fertilization with deep bed provided a significant increase in the levels of potassium, in the sum of the bases, in the effective CEC, in the CEC at pH 7.0 and in the percentage of saturation.

Isolation of microorganisms of cheese whey with lipolytic activity for removal of COD

The aim of this study was to isolate microorganisms that produce lipase and to assess the efficiency of COD removal intreatment of cheese whey under different operating conditions. The microorganisms were isolated from cheese whey and a commercial product; it was selectedthreemicroorganisms that obtained the best response to the lipolytic activity test through the enzyme index. Then, the microorganisms were inoculated in sterilized cheese whey samples, for two pH values (6.2 and 7.0), incubated at 35 °C and 150 rpm in shaker and the lipolityc activity and the efficiency of COD removal were measured in two time periods (24 and 48h). After incubation, it was observed that the treatments showed a good removal efficiency of COD for the pre-treatment and the isolated microorganism (S1) from the cheese whey showed the highest lipase production. Regarding the pH and time variables, there was not significant effect between the two evaluated factors. Among all treatments, T2 (S1, pH 7.0 and 24h) obtained more enzyme production (4.87 U mL-1).

Nitrogen fertilization by deep bedding swine production and its effects on dry matter production and accumulation of nutrients by maize

The goal of this study was to evaluate the nitrogen fertilization as deep litter for pigs in order to produce biomass and accumulate nutrients by the corn. A deep litter made of rice husk as organic compound, from a commercial pig farm during finishing phase, was used. After three consecutive batches of pigs, the deep litter was subjected to a maturation period of 50 days, and samples of this material were taken for analysis of agronomic value. The experimental design was completely randomized with five replicates. The treatments consisted of doses of 0, 75, 150 and 300mg dm-3 of N of deep litter, as well as an additional treatment with ammonium sulfate, with a dosage of 150mg dm-3 of N. After 45 days, corn plants were harvested in order to evaluate the total dry weight and nutrient concentrations of their aerial parts. Dry matter increases were found with more application of deep litter. Regarding control fertilization, the use of increasing dosages of deep litter allowed accumulation of K, reduced the availability of P, Ca, Mg, Zn and B and did not alter the concentrations of N, Cu, Fe and Mn.

Etelä-Karjalan alueen yritysten jätevirrat ja jätteenkäsittelyn kannattavuus alueella

Diplomityön tavoitteena oli selvittää Etelä-Karjalan alueen yritysten jätevirtoja ja sekalaisen rakennusjätteen koostumusta. Jätevirtojen selvityksessä keskityttiin metsäteollisuuden, rakennusteollisuuden ja kaupan alan jätevirtoihin. Tarkoituksena oli selvittää mahdollisessa jätteenkäsittelylaitoksessa hyödynnettävien jätejakeiden määrät. Selvitettyjen tietojen perusteella arvioitiin erilaisten jätteenkäsittelyvaihtoehtojen kannattavuutta yritysnäkökul-masta Etelä-Karjalan alueella. Rakennusjätteen koostumusta tutkittiin lajittelemalla ja pun-nitsemalla sekalaisia rakennusjätekuormia jätejakeittain. Etelä-Karjalan alueen jätevirtoja selvitettiin muun muassa yrityshaastatteluin ja hyödyntämällä Lassila & Tikanoja Oyj:n tietokantaa. Sekalaisen rakennusjätteen lajittelututkimuksessa selvisi, että sekalaisissa rakennusjäte-kuormissa on lähes 50 m-% hyödynnettävissä olevia jätejakeita. Energiajaetta kuormissa oli yhteensä noin 34 m-% ja kaatopaikkajätettä noin 52 m-%. Kaupan alalta syntyy pää-sääntöisesti paljon pakkausmateriaaleista koostuvaa energiajaetta, kun taas metsäteollisuu-desta syntyy paljon erilaisia prosessijätteitä, joita ei voida hyödyntää työssä tutkituilla me-netelmillä. Lappeenrannan ja Imatran alueilla arvioidaan syntyvän energiajaetta metsäteol-lisuudesta, kaupan alalta ja rakennusteollisuudesta yhteensä noin 4 300 t, puujätettä noin 5 000 t ja sekalaista rakennusjätettä noin 11 700 t. Metsäteollisuuden, rakennusteollisuuden ja kaupan alan jätevirrat Etelä-Karjalassa eivät ole riittävät taloudellisesti kannattavan jätteenkäsittelylaitoksen perustamiseksi. Arvioinnissa huomioitiin laitoksen investointikustannukset sekä muut aiheutuvat kustannukset. Energiajakeen siirtokuormausasema todettiin kannattavaksi tilanteessa, jossa energiajae toimitettaisiin Etelä-Karjalan sijasta Lahteen tai Kouvolaan.

Hydrometallurgical recovery of valuable metals from secondary raw materials

Wastes and side streams in the mining industry and different anthropogenic wastes often contain valuable metals in such concentrations their recovery may be economically viable. These raw materials are collectively called secondary raw materials. The recovery of metals from these materials is also environmentally favorable, since many of the metals, for example heavy metals, are hazardous to the environment. This has been noticed in legislative bodies, and strict regulations for handling both mining and anthropogenic wastes have been developed, mainly in the last decade. In the mining and metallurgy industry, important secondary raw materials include, for example, steelmaking dusts (recoverable metals e.g. Zn and Mo), zinc plant residues (Ag, Au, Ga, Ge, In) and waste slurry from Bayer process alumina production (Ga, REE, Ti, V). From anthropogenic wastes, waste electrical and electronic equipment (WEEE), among them LCD screens and fluorescent lamps, are clearly the most important from a metals recovery point of view. Metals that are commonly recovered from WEEE include, for example, Ag, Au, Cu, Pd and Pt. In LCD screens indium, and in fluorescent lamps, REEs, are possible target metals. Hydrometallurgical processing routes are highly suitable for the treatment of complex and/or low grade raw materials, as secondary raw materials often are. These solid or liquid raw materials often contain large amounts of base metals, for example. Thus, in order to recover valuable metals, with small concentrations, highly selective separation methods, such as hydrometallurgical routes, are needed. In addition, hydrometallurgical processes are also seen as more environmental friendly, and they have lower energy consumption, when compared to pyrometallurgical processes. In this thesis, solvent extraction and ion exchange are the most important hydrometallurgical separation methods studied. Solvent extraction is a mainstream unit operation in the metallurgical industry for all kinds of metals, but for ion exchange, practical applications are not as widespread. However, ion exchange is known to be particularly suitable for dilute feed solutions and complex separation tasks, which makes it a viable option, especially for processing secondary raw materials. Recovering valuable metals was studied with five different raw materials, which included liquid and solid side streams from metallurgical industries and WEEE. Recovery of high purity (99.7%) In, from LCD screens, was achieved by leaching with H2SO4, extracting In and Sn to D2EHPA, and selectively stripping In to HCl. In was also concentrated in the solvent extraction stage from 44 mg/L to 6.5 g/L. Ge was recovered as a side product from two different base metal process liquors with Nmethylglucamine functional chelating ion exchange resin (IRA-743). Based on equilibrium and dynamic modeling, a mechanism for this moderately complex adsorption process was suggested. Eu and Y were leached with high yields (91 and 83%) by 2 M H2SO4 from a fluorescent lamp precipitate of waste treatment plant. The waste also contained significant amounts of other REEs such as Gd and Tb, but these were not leached with common mineral acids in ambient conditions. Zn was selectively leached over Fe from steelmaking dusts with a controlled acidic leaching method, in which the pH did not go below, but was held close as possible to, 3. Mo was also present in the other studied dust, and was leached with pure water more effectively than with the acidic methods. Good yield and selectivity in the solvent extraction of Zn was achieved by D2EHPA. However, Fe needs to be eliminated in advance, either by the controlled leaching method or, for example, by precipitation. 100% Pure Mo/Cr product was achieved with quaternary ammonium salt (Aliquat 336) directly from the water leachate, without pH adjustment (pH 13.7). A Mo/Cr mixture was also obtained from H2SO4 leachates with hydroxyoxime LIX 84-I and trioctylamine (TOA), but the purities were 70% at most. However with Aliquat 336, again an over 99% pure mixture was obtained. High selectivity for Mo over Cr was not achieved with any of the studied reagents. Ag-NaCl solution was purified from divalent impurity metals by aminomethylphosphonium functional Lewatit TP-260 ion exchange resin. A novel preconditioning method, named controlled partial neutralization, with conjugate bases of weak organic acids, was used to control the pH in the column to avoid capacity losses or precipitations. Counter-current SMB was shown to be a better process configuration than either batch column operation or the cross-current operation conventionally used in the metallurgical industry. The raw materials used in this thesis were also evaluated from an economic point of view, and the precipitate from a waste fluorescent lamp treatment process was clearly shown to be the most promising.