Tratamento terciário de esgoto sanitário através de processos oxidativos avançados para obtenção de água de reúso

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.Atualmente a escassez de água tem se tornado um problema real e presente em âmbito mundial, devido ao aumento constante na demanda deste recurso em relação a sua oferta. Neste contexto, têm sido propostas alternativas para viabilizar a reutilização de águas com qualidade inferior, como as de esgotos domésticos tratados, para usos menos restritivos, reduzindo assim o consumo de água potável e disponibilizando-a para fins mais nobres. Uma das maiores limitações com relação à reutilização de águas provenientes de esgoto sanitário tratado é a presença de microrganismos patogênicos. O uso de cloro e seus derivados tem sido descartado, devido à formação de subprodutos mutagênicos e carcinogênicos. Outros desinfetantes alternativos como a radiação UV, H2O2, H2O2/UV e o ozônio são considerados menos perigosos. Peróxido de hidrogênio é um oxidante forte, mas a oxidação somente com peróxido de hidrogênio não é efetiva no tratamento de compostos refratários devido às lentas cinéticas de oxidação. Assim, é necessário combinar o uso de H2O2 com luz UV ou com sais de ferro. A oxidação catalítica em fase líquida com H2O2 tem se mostrado um processo eficiente na destruição de diversos compostos orgânicos. Contudo, a estabilidade do catalisador é ainda um problema a ser contornado, uma vez que a fase ativa, constituída por óxidos de ferro, pode ser lixiviada para a fase líquida e o catalisador perde sua atividade. O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho do processo Fenton heterogêneo, em reator de leito fixo, na destruição de Coliformes totais, remoção de sólidos suspensos e de sólidos dissolvidos como método de tratamento terciário de águas servidas. Foi utilizado um compósito constituído de óxidos de ferro depositados sobre carvão mineral como catalisador heterogêneo. O efeito da concentração de H2O2 e do tempo de residência no reator foram avaliados. Foi proposto um mecanismo de reação que descreve o processo de oxidação catalítica e não catalítica por peróxido de hidrogênio. A cinética de inativação não catalítica de Coliformes foi avaliada em reator descontínuo e obedeceu o modelo de Hom modificado. Na presença do catalisador heterogêneo a inativação de coliformes é resultado das reações catalíticas e não catalíticas. O catalisador sólido possui capacidade adsortiva desprezível. Testes realizados em reator de leito fixo em escala de laboratório e em escala piloto mostraram que a remoção de Coliformes é resultado da retenção física entre as partículas, e pelas reações homogêneas e heterogêneas de peroxidação. Os resultados também mostram que o catalisador é eficiente apresentando alta estabilidade, acelerando a decomposição do H2O2, resultando assim em uma elevada remoção dos parâmetros de controle de qualidade da água. Currently the water scarcity has become a real and present problem worldwide, due to the constant increase in the demand of this resource. Alternatives to make possible the reuse of water with inferior quality for less restrictive uses, as treated domestic sewer have been proposed, thus reducing the drinking water consumption and increasing its availability for nobler uses. One of the most important limitations for reuse of treated sanitary sewer is the presence of pathogenic microorganisms. The use of chlorine and its derivatives has been discouraged, due to the formation of mutagenic and carcinogenic by-products. Other alternative disinfectants, such as UV radiation, H2O2, H2O2/UV and ozone are less dangerous and deserve technical and economic attention. Hydrogen peroxide is a strong oxidant, but the oxidation with hydrogen peroxide is not effective in the decomposition of refractory compounds, since the oxidation rate is too low. Thus, it is necessary to combine the use of H2O2 with UV light or iron salts. The liquid phase catalytic oxidation with H2O2 has shown to be an efficient process to decompose several organic compounds. However, the stability of the catalyst is still a problem to be overcome; since the active phase is composed by iron oxides that are easily leached to the liquid phase causing the loss of catalyst is activity. The objective of this work is to evaluate the performance of heterogeneous Fenton process in a fixed bed reactor, to eliminate total coliforms, and to remove dissolved solid and suspended solid as a method of tertiary served water treatment. A new composite of iron oxides deposited on mineral coal was used as catalyst. The effect of the concentration of H2O2 and the time of residence in the reactor were evaluated. A reaction mechanism that describes the catalytic process and non-catalytic oxidation for hydrogen peroxide was proposed. The kinetics of catalytic and non-catalytic inactivation of colifoms was evaluated in batch and continuous reactors. The non-catalytic coliforms and E. coli inactivation followed the modified Hom mechanism. In the presence of the solid catalyst the inactivation of E.coli is a result of catalytic and non-catalytic reactions but the adsorption capacity of E.coli is negligible. The experimental tests performed in fixed bed reactor in laboratory and pilot scale showed that the E.coli and total coliforms removal was a result of physical retention between the particles of the catalyst, homogeneous and heterogeneous reactions. The catalyst was efficient to destroy E.coli and total coliforms presenting high stability and increase of decomposition of the H2O2 resulting in a high removal of parameters of the water quality control

Monitoring and calibration of quality model of Passo Fundo river

Passo Fundo é considerado uma referência no interior do Rio Grande do Sul, por se tratar de uma das maiores cidades presentes na região norte do estado. A crescente demanda populacional tem sido responsável pela geração excessiva de esgoto e consequente lançamento de carga poluidora, fato este que acaba por agravar a qualidade da água dos rios que atravessam a cidade, sendo o Rio Passo Fundo o principal deles. Este trabalho objetivou monitorar a qualidade da água em um trecho do Rio Passo Fundo, localizado na zona de influência da área urbana da cidade de Passo Fundo-RS, e realizar a calibração aos dados monitorados utilizando o modelo de qualidade QUAL2K. O monitoramento ocorreu em um período de 117 dias, com inicio em janeiro de 2011, realizando-se amostragens em cinco pontos selecionados com intervalos mensais. Os parâmetros analisados foram vazão, pH, oxigênio dissolvido (OD) e demanda bioquímica de oxigênio (DBO5). Os resultados obtidos apontam que o parâmetro pH está de acordo com a Resolução CONAMA nº 357/05 e 430/11 para corpos hídricos classe 2, conforme enquadramento do rio em estudo. Os demais parâmetros OD e DBO5 apresentaram desacordo com a resolução em algumas coletas, para classe 2. A variação espacial média apresentou carga expressiva de lançamentos de efluentes, principalmente ao inicio do percurso em análise que resultou em DBO5 de 11,07 mg/L, diminuindo a concentração a jusante para próximo de 6,70 mg/L. O aumento da vazão é a causa predominante para a diminuição dessa carga devido à diluição. O modelo QUAL2K permitiu a obtenção dos coeficientes cinéticos e de degradação do rio Passo Fundo, bem como a quantificação das cargas poluidoras, mostrando-se como um instrumento para a gestão dos recursos hídricos, uma vez que se conseguiu observar que a autodepuração é baixa e, em sua maior parte, decorrente do aumento da vazão.Passo Fundo is considered a reference in the interior of Rio Grande do Sul, because it is one of the largest cities present in the northern region of the state. The growing population demand has been responsible for the excessive generation of effluent and consequent increasing of pollutant load, a fact that ends up aggravating the water quality of the rivers that through the city, being the Rio Passo Fundo the main one. This study monitored the waterquality in a section of river Passo Fundo, located in the influence zone from urban area in Passo Fundo city, RS, and performed calibration of data monitored through QUAL2K quality model. The monitoring occurred in a period of 117 days, starting in January 2011, and it was performed sampling in five selected points with monthly intervals. The analyzed parameters were flow, pH, dissolved oxygen (DO) and biochemical oxygen demand (BOD5). The results for pH are according to CONAMA Resolution No. 357/2005 and 430/11 for Class 2, corresponding classification of the river studied. The other parameters DO and BOD5 showed disagreement with the legislation in some samples, for class 2. The average spatial variation showed significant load from effluent, mainly in the first point of analysis (11,07 mg/L), decreasing downstream, with concentration of 6,70 mg/L. The flow increasing is the predominant cause for the decreased of this pollutant load due to dilution. The model QUAL2K allowed to obtain kinetic and degradation coefficients of river Passo Fundo, as well as pollutant loads quantification, Therefore, it showed how a tool to water resources management, since it was able to observe that the depuration is low and, for the most part, due to increased flow

CARACTERIZAÇÃO DE RESÍDUOS DA FUNDIÇÃO DE FERRO E AVALIAÇÃO DE POSSÍVEIS APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL

A geração e a disposição de resíduos oriundos da fundição de metaisdespertam a necessidade de alternativas que promovam seu melhorreaproveitamento em processos produtivos. Assim, este estudo realizoua caracterização química, mineralógica e granulométrica de resíduosde fundição de ferro cinzento e nodular e avaliou sua aplicabilidade naconstrução civil. A areia verde, escória e material particulado apresentaramem sua composição química a presença majoritária de dióxido de silício(SiO2), além de óxido de alumínio (Al2O3), óxido de potássio (K2O) e óxidode ferro (Fe2O3). A análise mineralógica revelou a presença de quartzo emtodos os resíduos e de hematita, na escória. Os três resíduos apresentaramgranulometrias compreendidas entre 0,002 e 0,6 mm. Identificou-se que osresíduos possuem potencialidade de uso na produção de cimento, argamassase materiais cerâmicos, como substituintes parciais dos agregados miúdos doconcreto e como material da camada de sub-base de pavimentos.The generation and disposal of foundry waste result in the need for alternatives or solutions that promote a better waste reuse in the production processes. Having this in mind, this study carried out the chemical, mineralogical and granulometric characterization of gray and nodular iron foundry wastes and evaluated their applicability in civil construction. The green sand, slag and particulate material presented, in their chemical composition, the major presence of SiO2, followed by Al2O3, K2O and Fe2O3. The mineralogical analysis revealed the presence of quartz in all residues and hematite in the slag.These three residues had particle sizes ranging from 0.002 to 0.6 mm. It was identified that the residues have great potentiality of use in the production of cement, concrete as material of the sub-base layer of pavements

Integrated analysis of water quality from two rivers used for public supply in southern Brazil

Abstract: Aim This study aimed to evaluate the water quality of streams that are used for public supply, through an integrated analysis using a biotic index, as well as physicochemical and microbiological parameters. Methods The data were obtained monthly, from November 2014 to April 2015, at eight locations in two rivers in the south of Brazil. The landscape is predominantly rural, with the occurrence of small reforested areas, as well as yerba mate and grape cultivations. Macroinvertebrate samples were collected monthly using a Surber sampler. Water temperature and dissolved oxygen concentration were measured in the field using a portable oximeter. The following parameters were measured in the laboratory: pH, Turbidity, BOD, Conductivity and Nitrate. Results The evaluation carried out in the rivers revealed good water quality, but some sample sites presented reduced water quality. The waters of the Leãozinho River were classified as doubtful at site 1 and as good at sites 2, 3 and 4. Ligeirinho River presented an acceptable rating at sites 1 and 4 and was classified as good at sites 2 and 3. The BMWP’ index was significantly correlated with the abundance of macroinvertebrates, EPT richness and BOD. The abundance and richness of macroinvertebrates in Leãozinho and Ligeirinho Rivers were associated with the physical, chemical and microbiological parameters. Conclusion This study reinforces the importance of biomonitoring in the evaluation of water quality for human consumption, considering that environmental management and monitoring practices should integrate physicochemical, microbiological and biological parameters