Determinação do azoto total num adubo (nitrato de cálcio e amónio) por termogravimetria

A acentuada diminuição da área arável per capita nas últimas décadas exige uma maior produtividade para os terrenos agrícolas. O acréscimo na produtividade é em parte conseguido pelo uso de adubos orgânicos e/ou inorgânicos. O consumo e consequente produção de adubos acompanham a tendência ditada pela necessidade de maximizar a produção agrícola. Recentes normas europeias exigem um controlo de qualidade rigoroso para os adubos em geral e em particular para os que tem um elevado teor em azoto. Para o nitrato de cálcio e amónio (NCa), essencial para a cultura de cereais, os teores em azoto nítrico e amoniacal tem de ser rigorosamente controlados dado que o nitrato de amónio pode ser usado na produção de explosivos. Na indústria o controlo de qualidade do NCa é feito por técnicas de análise volumétrica morosas e dispendiosas. Com o objectivo de seleccionar uma técnica mais expedita para o controlo de qualidade do NCa, várias amostras (sólidos granulares) comercializadas em Portugal e algumas de origem nórdica foram caracterizadas por difracção de raios x, espectroscopia do infravermelho por reflectância e termogravimetria. Todas as amostras foram previamente peneiradas de forma a obter a sua distribuição granulométrica. A difracção de raios X confirmou que as amostras eram semi-cristalinas, o que era previsível em face do processo de produção. A baixa cristalinidade não permitiu o cálculo dos parâmetros da rede cristalina que indicariam, ou não, a formação do sal duplo. A espectroscopia do infravermelho permitiu a identificação das bandas correspondentes aos dois nitratos. Os resultados da termogravimetria permitiram identificar os processos de desidratação e de decomposição dos dois nitratos. Numa só análise foi possível quantificar a água de cristalização, o azoto nítrico, o azoto amoniacal e o teor em CaO das amostras. Os resultados obtidos por termogravimetria mostraram elevada coerência com os análogos obtidos pelas técnicas clássicas de análise volumétrica. O teor em água de cristalização, obtido por TG, concorda com a estequiometria prevista para o nitrato duplo de cálcio e amónia (10 moléculas de água de hidratação). As réplicas efectuadas mostraram excelente reprodutibilidade da análise termogravimétrica das amostras de NCa. Não obstante o investimento inicial necessário, a termogravimetria afigura-se uma solução expedita para o controlo de qualidade do NCa na indústria.

Contributo para o estudo da remoção de azoto em lixiviados de resíduos urbanos

O tratamento de águas lixiviantes produzidas em aterros de resíduos sólidos, constitui um desafio à sua operação e funcionamento em condições ambientalmente corretas. Ao longo do tempo, as características qualitativas do lixiviado apresentam uma grande variabilidade, que deve ser acompanhada por uma monitorização regular e periódica, para que o efluente do lixiviado tratado cumpra as normas de descarga que lhe estão aplicadas. Um dos problemas mais significativos que resulta dessa variabilidade ao longo do tempo é a remoção de azoto bem como a remoção da CQO (carência química de oxigénio). De forma a compreender os processos e operações associados ao tratamento de águas lixiviantes, em particular no que se refere à remoção de azoto, a presente dissertação incluiu a revisão das tecnologias que são aplicadas na generalidade das estações de tratamento de águas lixiviantes (ETAL), finalizando essa revisão com a apresentação do panorama nacional e a apresentação do caso de estudo que suporta o tema desta dissertação. O caso de estudo diz respeito ao funcionamento da estação de pré-tratamento de águas lixiviantes (EPTAL) do aterro sanitário intermunicipal da ilha de S. Miguel, nos Açores. Como tal, procurou-se avaliar a linha de tratamento e os resultados obtidos na monitorização para, perante estes, ponderar se o tratamento por osmose inversa, que está em vias de ser implementado por opção dos responsáveis desta EPTAL, permite reduzir o excesso do azoto que se verifica nas análises do efluente final do atual processo de tratamento. Salienta-se que o tratamento do lixiviado por intermédio de uma osmose inversa permitirá o cumprimento dos objetivos de qualidade, se a concentração de azoto amoniacal no lixiviado bruto for inferior a 2500 mg/L. Sabendo-se que dentro de um período mínimo de 5 anos poderá entrar em funcionamento uma instalação de incineração de resíduos urbanos, em S. Miguel, Açores, estimaram-se os custos de tratamento pela unidade de osmose inversa, durante este período de tempo, tendo em conta que este será sempre superior aos custos da atual EPTAL. O trabalho realizado permitiu concluir que o desempenho da atual EPTAL, apesar de não cumprir o regulamento de descarga municipal, poderia ser melhorado com intervenções ajustadas e com custos associados inferiores aos da osmose inversa.

Caracterização das silagens de erva da ilha Terceira

Dissertação de Mestrado, Engenharia Zootécnica (Zootecnia), 27 de abril de 2015, Universidade dos Açores.

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Efeito de tratamentos químicos e biológicos na qualidade e valor nutritivo de silagens de erva

Dissertação de Mestrado, Engenharia Zootécnica, 15 de Dezembro de 2014, Universidade dos Açores.

Estudo da influência das concentrações de N e P sobre o desenvolvimento de cianobactérias em cultura mista

Ao longo de 40 anos, muitos trabalhos têm vindo a ser desenvolvidos no âmbito do tema da eutrofização e desenvolvimento de biomassa fitoplanctónica. Em todos eles, eram sugeridos factores responsáveis, desde a latitude, luz, temperatura, mistura da coluna de água e os inputs de nutrientes. Toda a controvérsia gerada em torno da eutrofização, levou a que a inércia adoptada em situações de risco induzisse a degradação de muitos sistemas aquáticos. É quando, além da degradação estética, os problemas começam a surgir, que se compreende a necessidade de que surjam medidas de gestão e requalificação das lagoas e bacias hidrográficas. A tendência para a ocorrência de florescências de organismos como cianobactérias, implica a necessidade de maiores cuidados nos usos das massas de água, principalmente ao nível da produção de água para consumo humano e do uso recreativo. Uma boa gestão, implica um conhecimento aprofundado do comportamento destes organismos. Este trabalho, apresenta as respostas de organismos recolhidos em florescências naturais, na Lagoa das Furnas – ilha de S. Miguel (Açores) em meios com diferentes teores de azoto. As diferenças entre os resultados, permitem retirar algumas conclusões sobre as condições preferenciais ao seu desenvolvimento. De um modo geral, as culturas comportaram-se da forma esperada, desenvolvendo-se mais com doses de azoto mais elevadas. Este desenvolvimento foi verificado tanto pelo aumento das partículas ao longo de todo o ensaio, mas também pelos valores de pigmentos registados no fim deste. Por outro lado, o facto do azoto ter sido adicionado sob a forma amoniacal ou de nitratos, permite concluir que os organismos presentes nas florescências preferem assimilar as formas azotadas que impliquem um menor consumo energético. Daí que se tenham verificado desenvolvimentos mais significativos em meios em que foi adicionado azoto amoniacal. O facto de ser tratar de um trabalho baseado nas condições de desenvolvimento de organismos vivos, era de esperar alguma imprevisibilidade dos comportamentos. Sendo assim, será recomendável aprofundar o conhecimento das reacções dos organismos em cultura mista para doses diferentes de azoto, assim como a realização de ensaios em que para uma dose de N fixa, se façam variar as concentrações de P.

Optimização do doseamento de uma fonte de carbono a um processo de desnitrificação biológica

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente

Otimização dos sistemas biológicos e melhorias nos tratamentos da ETARI da Refinaria de Matosinhos

A Refinaria de Matosinhos é um dos complexos industriais da Galp Energia. A sua estação de tratamento de águas residuais industriais (ETARI) – designada internamente por Unidade 7000 – é composta por quatro tratamentos: o pré-tratamento, o tratamento físico-químico, o tratamento biológico e o pós-tratamento. Dada a interligação existente, é fundamental a otimização de cada um dos tratamentos. Este trabalho teve como objetivos a identificação dos problemas e/ou possibilidades de melhoria do pré-tratamento, tratamento físico-químico e pós-tratamento e principalmente a otimização do tratamento biológico da ETARI. No pré-tratamento verificou-se que a separação de óleos e lamas não era eficaz uma vez que se formam emulsões destas duas fases. Como solução, sugeriu-se a adição de agentes desemulsionantes, que se revelou economicamente inviável. Assim, sugeriu-se como alternativa o recurso a técnicas de tratamento da emulsão gerada, tais como a extração com solvente, centrifugação, ultrassons e micro-ondas. No tratamento físico-químico constatou-se que o controlo da unidade de saturação de ar na água era feito com base na análise visual dos operadores, o que pode conduzir a condições de operação afastadas das ótimas para este tratamento. Assim, sugeriu-se a realização de um estudo de otimização desta unidade com vista à determinação da razão ar/sólidos ótima para este efluente. Para além disto, constatou-se, ainda, que os consumos de coagulante aumentaram cerca de -- % no último ano, pelo que foi sugerido o estudo da viabilidade do processo de eletrocoagulação como substituto do sistema de coagulação existente. No pós-tratamento identificou-se o processo de lavagem dos filtros como sendo a etapa com possibilidade de ser otimizada. Através de um estudo preliminar concluiu-se que a lavagem contínua de um filtro por cada turno melhorava o desempenho dos mesmos. Constatou-se, ainda, que a introdução de ar comprimido na água de lavagem promove uma maior remoção de detritos do leito de areia, no entanto esta prática parece influenciar negativamente o desempenho dos filtros. No caso do tratamento biológico, identificaram-se problemas ao nível do tempo de retenção hidráulico do tratamento biológico II, que apresentou elevada variabilidade. Apesar de identificado concluiu-se que este problema era de difícil solução. Verificou-se, também, que o oxigénio dissolvido não era monitorizado, pelo que se sugeriu a instalação de uma sonda de oxigénio dissolvido numa zona de baixa turbulência do tanque de arejamento. Concluiu-se que o oxigénio era distribuído de forma homogénea por todo o tanque de arejamento e tentou-se identificar quais os fatores que influenciariam este parâmetro, no entanto, dada a elevada variabilidade do efluente e das condições de tratamento, tal não foi possível. Constatou-se, também, que o doseamento de fosfato para o tratamento biológico II era pouco eficiente já Otimização dos sistemas biológicos e melhorias nos tratamentos da ETARI da Refinaria de Matosinhos que em -- % dos dias se verificaram níveis baixos de fosfato no licor misto (< - mg/L). Foi, por isso, proposta a alteração do atual sistema de doseamento por gravidade para um sistema de bomba doseadora. Para além disso verificou-se que os consumos deste nutriente aumentaram significativamente no último ano (cerca de --%), situação que se constatou estar relacionada com um aumento da população microbiana para este período. Foi possível relacionar-se o aparecimento frequente de lamas à superfície dos decantadores secundários com incrementos repentinos de condutividade, pelo que se sugeriu o armazenamento do efluente nas bacias de tempestade, nestas situações. Verificou-se que a remoção de azoto era praticamente ineficaz uma vez que a conversão de azoto amoniacal em nitratos foi muito baixa. Assim, sugeriu-se o recurso à técnica de bio-augmentação ou a transformação do sistema de lamas ativadas num sistema bietápico. Por fim, constatou-se que a temperatura do efluente à entrada da ETARI apresenta valores bastante elevados para o tratamento biológico (aproximadamente de --º C) pelo que se sugeriu a instalação de uma sonda de temperatura no tanque de arejamento de modo a controlar de forma mais eficaz a temperatura do licor misto. Ainda no que diz respeito ao tratamento biológico, foi possível desenvolver-se um conjunto de ferramentas que visaram o funcionamento otimizado deste tratamento. Nesse sentido, foram apresentadas várias sugestões de melhoria: a utilização do índice volumétrico de lamas como indicador da qualidade das lamas em alternativa à percentagem de lamas; foi desenvolvido um conjunto de fluxogramas para a orientação dos operadores de exterior na resolução de problemas; foi criada uma “janela de operação” que pretende ser um guia de apoio à operação; foi ainda proposta a monitorização frequente da idade das lamas e da razão alimento/microrganismo.

Estágio num laboratório de análises de águas e efluentes

Este relatório de estágio foi elaborado no âmbito da unidade curricular dissertação/projeto/estágio do Mestrado em Processos Químicos e Biológicos no Departamento de Engenharia Química e Biológica (DEQB) no Instituto Superior de Engenharia de Coimbra (ISEC). O presente relatório reflete o estágio que decorreu na Associação para a Inovação Tecnológica e Qualidade (AEMITEQ), um laboratório acreditado pelo Instituto Português de Acreditação (IPAC) cuja atividade principal consiste na realização de análises físico-químicas de águas, efluentes e solos, entre outros. O principal objetivo deste estágio consistiu na revalidação e na estimativa da incerteza de acordo com a norma ISO 11352:2012 do procedimento laboratorial: “Método de Análise de Azoto Amoniacal em Águas”. A proposta de revalidação de um método teve origem na alteração no modo de identificação dos documentos normativos nos anexos técnicos de acreditação. Em consequência desta alteração houve a necessidade de evidenciar perante o IPAC que o método em questão permanecia validado. A necessidade de estimar a incerteza de acordo com a norma ISO 11352:2012 teve origem na suspensão do guia do IPAC - OGC007, uma vez que a incerteza estimada pelo laboratório baseava-se neste guia. Estes objetivos foram realizados com sucesso. Outro dos objetivos deste estágio consistiu na integração nas atividades correntes do laboratório e na familiarização e execução das técnicas analíticas adotadas pela AEMITEQ com supervisão, tanto no âmbito da acreditação como fora do âmbito da acreditação. Este objetivo foi concretizado com sucesso, uma vez que obtive qualificação em vários ensaios acreditados. De uma forma generalizada, o estágio permitiu a integração num ambiente empresarial, designadamente num laboratório acreditado como a AEMITEQ. Desta forma, é possível concluir que o estágio foi realizado com sucesso, uma vez que no final fui convidada a realizar estágio profissional na AEMITEQ

Qualidade comparada da congelação de géneros alimentícios por processo criogénico, por meio de azoto líquido e por anídrico carbónico

A congelação alimentar é um dos mais importantes processos de conservação de géneros alimentícios a nível mundial. Este estudo analisa de forma comparada os processos de congelação clássica e criogénica de produtos alimentares em geral, e em particular do camarão. Focaliza as mudanças ocorridas durante o processo de congelação bem como a importância e consequência dos cristais de gelo formados durante o processo. É feita uma abordagem à velocidade da frente de frio e ao efeito que o ciclo congelação-descongelação trás à qualidade final do produto. Os dados colectados permitem evidenciar uma clara vantagem no uso da congelação criogénica no que respeita à qualidade final do produto uma vez que este apresenta uma clara melhoria das suas propriedades globais em especial na oleosidade e sabor. Por outro lado, demonstra-se que a congelação clássica permite uma maior contenção de custos associados à congelação uma vez que possibilitou uma poupança de dois milhões de Euros após um funcionamento ao longo de 11 anos, segundo os pressupostos estabelecidos. Constatou-se que a crio-congelação deverá ser aplicada no processamento de produtos de elevado valor comercial, ou em locais onde as tarifas eléctricas tenham um valor elevado, ou ainda em produtos que, devido à sua constituição, assim o exija. Considerando estas conclusões principais, o estudo inviabiliza, neste momento, o uso de azoto líquido na congelação total de camarão dentro do território de Moçambique para comércio em Portugal.

Uma caracterização dos teores de azoto ureico no leite (AUL/MUN) nas explorações leiteiras da Ilha Terceira

Dissertação de Mestrado, Engenharia Zootécnica, 04 de Junho de 2014, Universidade dos Açores.

Estudo do efeito de dois intervalos de crescimento e seis níveis de azoto na produção de matéria seca e na qualidade de uma pastagem de Lolium perenne, em consociação com Trifolium repens e Trifolium pratense

Dissertação de Mestrado, Engenharia Zootécnica, 13 de Janeiro de 2016 , Universidade dos Açores.

Reacção de cisão da molécula de azoto em xénon supercrítico

Apenas há 100 anos atrás foi finalmente estabelecido que os sistemas biológicos têm a capacidade de fixar o azoto. A Química ainda se encontrava atrasada, mas em 1913, Haber e Bosh projectaram a primeira instalação comercial de fixação do azoto e fundaram a indústria química inorgânica moderna. Os mecanismos destes dois processos relacionados são, no entanto, muito diversos. Laplaza e Cummins apresentaram na revista Science uma reacção que representa o culminar de 30 anos de trabalho da comunidade química na fixação de azoto em condições próximas das atmosféricas. Esta descoberta apresenta um complexo inorgânico simples que pode quebrar a ligação tripla da molécula de azoto para formar um novo nitrilo-complexo sem a necessidade de qualquer outro reagente. Esta publicação inspirou o trabalho apresentado nesta tese. Como a transferência de massa entre as fases – gasosa (azoto) e o solvente líquido – constituía um factor limitativo da cinética da reacção, assim a utilização de um solvente supercrítico pareceu ser uma melhoria óbvia. O xénon é o único fluido supercrítico, à temperatura ambiente suficientemente inerte quimicamente para ser usado como solvente em contacto com uma substância extremamente reactiva, capaz de quebrar a ligação da molécula de azoto. Neste trabalho, a reacção descoberta por Laplaza e Cummins foi efectuada em xénon supercrítico. A realização desta reacção envolveu diversas etapas: 1. As sínteses do composto Mo(NRAr)3 (1) (onde R é C(CD3)2CH3 e Ar é 3,5-C6H3(CH3)2), usando caixa de luvas e técnicas sob atmosfera de árgon; 2. A construção de uma nova instalação, projectada para a realização da reacção do composto 1 com o azoto em xénon supercrítico, com monitorização contínua através de espectrofotometria visível; 3. A introdução de sucessivas modificações devido a dificuldades experimentais imprevistas conduziu à reconstrução substancial da primeira instalação utilizada, de forma a ser possível medir a solubilidade do composto 1 em xénon supercrítico, e de proporcionar a difusão do azoto no xénon. 4. Medições da solubilidade do complexo 1 em xénon supercrítico, à temperatura ambiente e pressões entre 6 e 10MPa; 5. Medições da cinética da reacção do composto 1 com azoto gasoso, usando xénon supercrítico como solvente, em diversas condições, com diversos ambientes de solventes, em diferentes quantidades do composto 1, e usando métodos de detecção completamente diferentes do método espectroscópico inicialmente programado; 6. Utilização de simulações em CFD (Computer Fluid Dynamics) para interpretar os resultados obtidos. Estas simulações sugerem que a elevada densidade do xénon induz a sedimentação lenta do excesso (não dissolvido) do composto 1, que controla a distribuição do produto da reacção dentro do reactor. A conclusão principal foi a de que a cisão da ligação da molécula do azoto pelo composto 1 pode ser obtida em segundos em xénon supercrítico.

Estudo da influência do material de enchimento na remoção de matéria orgânica, azoto e sólidos em leitos de macrófitas do tipo ESSH

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária

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