Water quality modeling of the São Joaquim stream, Brazil

Water quality modeling is applied as a supporting tool for water quality management. It is useful in identifying environmental impacts from pollutants discharged into rivers and in predicting self-depuration capacity. This study aimed to simulate the water quality along a stretch in São Joaquim stream basin, in order to identify the main polluting sources in the stream and to propose measures to control pollution. The mathematical model, based on the mass balance in plug flow reactor, was implemented in an electronic spreadsheet. The modeling process involved the following stages: collecting the input data, calibration, sensitivity analysis, uncertainty analysis, and the generation of the scenarios. The calibration of the model has generated r2 above 0.68, and it was the indication that the model can explain most of the variance found in the measured data. The wastewater and the stream flow were considered the most sensitive parameters in the model. The uncertainty analysis has shown the probability of the dissolved-oxygen to be higher than or equal to 2 mg L-1, the minimum value allowed for the class 4, is 5.3 %. The main pollution sources in stream are the discharge of untreated domestic wastewater from São Joaquim City, and the surface runoff from the agricultural area. The study has shown that a wastewater treatment station must installed in the basin, in order to remove at least 93% of the organic matter currently discharged in the stream

Caracterização quantitativa do volume de cavidades em um dispositivo de cavitação hidrodinâmica usando dinâmica de fluidos computacional

Hydrodynamic cavitation has been extensively studied for its potential to remove emerging pollutants. Despite the advance of the experimental studies involving this phenomenon, computational studies that evaluate the influence of the geometry of the cavitation devices on the flow parameters are still necessary. The purpose of this article was to evaluate the influence of the change in the geometry of a Venturi device on the volume of cavities formed in its divergent section using Computational Fluid Dynamics (CFD). The geometric parameters modified in the Venturi were: the diffuser angle and the relation between the height and the width of the throat (h/w). The volume of cavities is an important parameter because it influences the cavitation intensity. A cavitational bench system was constructed in order to obtain input data for simulation. The results showed that the increase in the diffuser angle from 6.5° to 18.5° gradually reduced the volume of cavities from 93 mm3 to 10 mm3. Between the relations h/w = 0.05 and h/w = 0.45 was observed the formation of cavities between 106 mm3 and 77 mm3, however between h/w = 0.45 and h/w = 1.0 there was the formation of 213 mm3. Therefore, Venturi’s with diffuser angle less than 6.5º and relation h/w greater than 0.45 produce greater volume of cavities. The greater volume of cavities will not necessarily produce greater cavitational intensity, since cavitation clouds can be formed and reduce the implosion intensity of the cavitation bubbles.A cavitação hidrodinâmica tem sido amplamente estudada por seu potencial em remover poluentes emergentes. Apesar do avanço dos estudos experimentais envolvendo este fenômeno, ainda são necessários estudos computacionais que avaliem a influência da geometria dos dispositivos de cavitação nos parâmetros de escoamento. O objetivo deste artigo foi avaliar, por meio da Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), a influência da mudança da geometria de um dispositivo de Venturi sobre o volume de cavidades formadas em sua seção divergente. Os parâmetros geométricos modificados no Venturi foram: o ângulo divergente e a relação entre a altura e a largura da garganta (h/w). O volume das cavidades é um parâmetro importante porque influencia a intensidade da cavitação. Um sistema de bancada cavitacional foi construído a fim de obter dados de entrada para simulação. Os resultados mostraram que o aumento do ângulo divergente de 6,5° para 18,5° reduziu gradativamente o volume das cavidades de 93 mm3 para 10 mm3. Entre as relações h/w = 0,05 e h/w = 0,45 observou-se a formação de cavidades entre 106 mm3 e 77 mm3, porém entre h/w = 0,45 e h/w = 1,0 ocorreu a formação de 213 mm3. Portanto, Venturi's com ângulo divergente menor que 6,5º e relação h/w maior que 0,45 produzem maior volume de cavidades. O maior volume de cavidades não necessariamente produzirá maior intensidade cavitacional, uma vez que nuvens de cavitação podem se formar e reduzir a intensidade de implosão das bolhas de cavitação

Caracterização quantitativa do volume de cavidades em um dispositivo de cavitação hidrodinâmica usando dinâmica de fluidos computacional

Hydrodynamic cavitation has been extensively studied for its potential to remove emerging pollutants. Despite the advance of the experimental studies involving this phenomenon, computational studies that evaluate the influence of the geometry of the cavitation devices on the flow parameters are still necessary. The purpose of this article was to evaluate the influence of the change in the geometry of a Venturi device on the volume of cavities formed in its divergent section using Computational Fluid Dynamics (CFD). The geometric parameters modified in the Venturi were: the diffuser angle and the relation between the height and the width of the throat (h/w). The volume of cavities is an important parameter because it influences the cavitation intensity. A cavitational bench system was constructed in order to obtain input data for simulation. The results showed that the increase in the diffuser angle from 6.5° to 18.5° gradually reduced the volume of cavities from 93 mm3to 10 mm3. Between the relations h/w = 0.05 and h/w = 0.45 was observed the formation of cavities between 106 mm3 and 77 mm3, however between h/w = 0.45 and h/w = 1.0 there was the formation of 213 mm3. Therefore, Venturi’s with diffuser angle less than 6.5º and relation h/w greater than 0.45 produce greater volume of cavities. The greater volume of cavities will not necessarily produce greater cavitational intensity, since cavitation clouds can be formed and reduce the implosion intensity of the cavitation bubbles

Study of the catalytic activity of multilayer graphene (MLG), molybdenum oxide (MoO₂), and manganese ferrite (MnFe₂O₄) on the melanoidin removal by ozonation process

Melanoidin is a compound produced by food industries and distilleries, which has negative impacts on the water environment due to the high content of dissolved organic carbon and dark color. Consequently, this work aims to study the catalytic properties of multilayer graphene (MLG), molybdenum oxide (MoO₂), and manganese ferrite (MnFe₂O₄) in the ozonation process to remove melanoidin from water solution. The results show that the reaction rate constant (k) of the melanoidin decolorization process using catalytic ozonation is 1.7 times higher than the non-catalytic ozonation process. The same results were observed for all catalytic materials with no significant difference among them. On the other hand, MLG was the most efficient catalyst in removing total organic carbon. The removal efficiency was 32% for the non-catalytic ozonation process and 63% for the catalytic ozonation using MLG. This increase in efficiency is attributed to a better production of hydroxyl radicals in the presence of MLG, which was confirmed using isopropanol as a radical scavenger. The efficiencies using MoO₂ and MnFe₂O₄ were were 46% and 51%, respectively. The results show that catalytic ozonation by MLG is a promising treatment for melanoidin removal

Material biossorvente para remoção de metais potencialmente tóxicos em água de abastecimento

O objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial do pó da casca de coco verde no processo de biossorção de íons metálicos (Pb2+ e Ni2+) presentes na água de abastecimento público. Empregou-se o método univariado para otimizar o processo de biossorção. As isotermas de Freundlich e Langmuir foram empregadas para avaliara característica física ou química do material. Os resultados mostraram que em pH igual a 4, tempo de 25 minutose granulometria da fibra de 60 mesh ocorreram as maiores remoções, na faixa de 97% para Pb2+ e 95% para Ni2+. Com relação à concentração inicial da biomassa, observou-se que a concentração de 25 g.L-1 do material biossorvente foi suficiente para uma máxima remoção dos íons metálicos em estudo. Com relação às isotermas, foi possível identificar, a partir dos resultados de adsorção, que as espécies metálicas se ajustaram melhor ao modelo de Freundlich, adsorção física. Dessa forma, os resultados apresentados mostram que a fibra da casca de coco apresenta características apropriadas para o processo de biossorção de chumbo e níquel. Esse material biossorvente pode ser utilizado juntamente com os processos clássicos de tratamento de água para remoção de metais potencialmente tóxicos.O objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial do pó da casca de coco verde no processo de biossorção de íons metálicos (Pb2+ e Ni2+) presentes na água de abastecimento público. Empregou-se o método univariado para otimizar o processo de biossorção. As isotermas de Freundlich e Langmuir foram empregadas para avaliara característica física ou química do material. Os resultados mostraram que em pH igual a 4, tempo de 25 minutose granulometria da fibra de 60 mesh ocorreram as maiores remoções, na faixa de 97% para Pb2+ e 95% para Ni2+. Com relação à concentração inicial da biomassa, observou-se que a concentração de 25 g.L-1 do material biossorvente foi suficiente para uma máxima remoção dos íons metálicos em estudo. Com relação às isotermas, foi possível identificar, a partir dos resultados de adsorção, que as espécies metálicas se ajustaram melhor ao modelo de Freundlich, adsorção física. Dessa forma, os resultados apresentados mostram que a fibra da casca de coco apresenta características apropriadas para o processo de biossorção de chumbo e níquel. Esse material biossorvente pode ser utilizado juntamente com os processos clássicos de tratamento de água para remoção de metais potencialmente tóxicos

Eficiência de biocompostos potenciados com adubo químico e aeração facilitada

The aims were to reduce composting time, to evaluate the application of produced composts and to size two composting yards (conventional and potentiated). Eight compost heaps with 400 kg of food industry or urban organic waste were built: 1) control; 2) facilitated aeration; 3) potentiated with facilitated aeration and chemical fertilizer; and 4) chemical fertilizer. The analyzed parameters were pH, temperature, humidity and C/N ratio. Compost heap reached stabilization at 90 days without chemical fertilizer and at 25 days when potentiated, regardless of the waste origin. Stabilized composts were applied to lettuce crop under natural conditions and compared with commercial compost. Composts with chemical fertilizer were the most effective in enabling lettuce seedling growth. For medium-sized cities, the conventional composting yard requires 6.58 ha, whereas the potentiated composting yard requires 1.69 ha, considering the recorded stabilization time of 90 and 25 days, respectively. The potentiated composting was the most efficient because its shorter stabilization time, did not require manual turning and produced compost with higher nutrient content. Besides that, requires an area 74.32% smaller than the conventional yard, fact that enables using this process to treat industrial and urban solid organic waste.Este estudo objetivou reduzir o tempo de compostagem, avaliar a aplicação dos compostos produzidos e dimensionar dois pátios de compostagem (convencional e potencializado). Oito pilhas de compostagem com 400 kg de resíduos orgânicos da indústria alimentícia ou urbanos foram construídos: 1) controle; 2) aeração facilitada; 3) potencializado com aeração facilitada e fertilizante químico; e 4) fertilizante químico. Os parâmetros analisados foram pH, temperatura, umidade e razão C/N. As pilhas de compostagem estabilizaram em 90 dias sem fertilizante e 25 dias quando potencializada. Compostos estabilizados foram aplicados à cultura da alface em condições naturais e comparados com composto comercial. Os compostos com fertilizantes foram os mais eficazes para o crescimento das mudas de alface. Para cidades de médio porte, o pátio de compostagem convencional requer 6,58 ha, enquanto o pátio de compostagem potencializada requer 1,69 ha, considerando o tempo de estabilização de 90 e 25 dias, respectivamente. A compostagem potencializada foi mais eficiente devido ao seu menor tempo de estabilização, por não exigir torneamento manual e produzir composto com maior teor de nutrientes. Ainda, requer uma área 74,32% menor que o pátio convencional, o que possibilita a utilização desse tratamento para resíduos sólidos orgânicos urbanos e industriais