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    Efeito de cristalizantes na durabilidade do concreto armado submetido ao ataque por √°cido sulf√ļrico biog√™nico gerado em esta√ß√£o municipai de tratamento de esgotos sanit√°rios

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    Orientador: Prof. Dr. Marcelo Henrique Farias de MedeirosTese (doutorado) - Universidade Federal do Paran√°, Setor de Tecnologia, Programa de P√≥s-Gradua√ß√£o em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 31/05/2023Inclui refer√™ncias√Ārea de concentra√ß√£o: Materiais e EstruturasResumo: √Č fundamental investigar a degrada√ß√£o do concreto causada pelo √°cido sulf√ļrico de origem biog√™nica devido a v√°rios fatores, incluindo quest√Ķes sociais, ambientais e econ√īmicas. Al√©m disso, h√° uma falta de normas brasileiras e poucos estudos no pa√≠s que identifiquem a melhor composi√ß√£o do concreto para resistir a esse tipo de ataque ou as solu√ß√Ķes mais eficazes para proteger as estruturas de concreto quando expostas a esse agente agressivo. Deste modo, o objetivo do estudo foi avaliar o efeito de cristalizantes comerciais e da solu√ß√£o de silicato de s√≥dio neutro (Na2SiO3) no aumento da durabilidade do concreto armado, submetido ao ataque sulf√ļrico de origem biog√™nica em uma ETE e de origem qu√≠mica em laborat√≥rio. Para atingir esse objetivo, foi realizada primeiramente a caracteriza√ß√£o do concreto da ETE, no qual os testemunhos foram testados com ensaios microestruturais e mec√Ęnicos. Tamb√©m foi definido em experimentos preliminares o teor √≥timo da solu√ß√£o de silicato de s√≥dio neutro, e ao final, foram moldados diferentes corpos de prova para a realiza√ß√£o de diversos ensaios como velocidade de pulso ultrass√īnico (VPU), resist√™ncia √† tra√ß√£o na flex√£o e √† compress√£o, profundidade de neutraliza√ß√£o, varia√ß√£o dimensional e de massa do concreto, microscopia eletr√īnica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difratometria de raios X (DRX), espectroscopia Raman e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Como resultados em rela√ß√£o ao Cap√≠tulo 4, foi poss√≠vel notar que o pH do interior das lajes se manteve acima da faixa de viragem da solu√ß√£o de fenolftale√≠na, a resist√™ncia √† compress√£o se manteve acima daquela especificada em projeto, e por meio das an√°lises microestruturais, foi poss√≠vel identificar a presen√ßa de etringita e gipsita ao longo de toda a profundidade do testemunho da laje. Em rela√ß√£o ao Cap√≠tulo 5, somente foi poss√≠vel verificar a influ√™ncia do ataque √°cido na VPU e resist√™ncia √† compress√£o uniaxial ap√≥s 56 dias de exposi√ß√£o, onde todos os concretos tiveram redu√ß√£o dos par√Ęmetros mec√Ęnicos aos 91 dias. Ao final do estudo no Cap√≠tulo 6, foi constatado que a velocidade de deteriora√ß√£o e perda de massa s√£o os melhores indicadores da durabilidade a longo prazo do concreto exposto ao √°cido sulf√ļrico. Os concretos com cinza volante e cristalizantes comerciais apresentaram valores mais baixos desses par√Ęmetros, indicando maior durabilidade. Os ensaios eletroqu√≠micos de densidade de corrente de corros√£o e potencial de corros√£o foram eficazes na avalia√ß√£o da durabilidade dos corpos de prova armados, com os mesmos resultados favor√°veis aos concretos com as adi√ß√Ķes mencionadasAbstract: It is essential to investigate the degradation of concrete caused by biogenic sulfuric acid due to various factors, including social, environmental, and economic issues. In addition, there is a lack of Brazilian standards and few studies in the country that identify the best concrete composition to resist this type of attack or the most effective solutions to protect concrete structures when exposed to this aggressive agent. Thus, the objective of the study was to evaluate the effect of commercial crystallizers and neutral sodium silicate solution (Na2SiO3) on increasing the durability of reinforced concrete subjected to biogenic sulfuric acid attack in an ETE and chemical sulfuric acid attack in the laboratory. To achieve this objective, the concrete of the ETE was first characterized, where the specimens were tested with microstructural and mechanical tests. The optimal content of the neutral sodium silicate solution was also defined in preliminary experiments, and different specimens were molded for various tests, such as ultrasonic pulse velocity (UPV), flexural and compressive strength, neutralization depth, concrete dimensional and mass variation, scanning electron microscopy (SEM), energydispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). As results in relation to Chapter 4, it was observed that the pH inside the slabs remained above the phenolphthalein turning range, the compressive strength remained above that specified in the project, and through microstructural analysis, the presence of ettringite and gypsum was identified throughout the depth of the slab specimen. In relation to Chapter 5, it was only possible to verify the influence of acid attack on UPV and compressive uniaxial strength after 56 days of exposure, where all concretes had a reduction in mechanical parameters after 91 days. At the end of the study in Chapter 6, it was observed that Portland cement composites with the addition of neutral sodium silicate were also susceptible to sulfuric acid degradation, but to a lesser extent when compared to those with the addition of alkaline sodium silicate. At the end of the study, it was found that the speed of deterioration and mass loss are the best indicators of long-term durability of concrete exposed to sulfuric acid. Concretes with fly ash and commercial crystallizers showed lower values of these parameters, indicating greater durability. Electrochemical tests of corrosion current density and corrosion potential were effective in evaluating the durability of reinforced specimens, with the same favorable results for concretes with the mentioned addition

    Dynamic and hydrodynamic behavior of hybrid anaerobic reactor (UAHB) subject to varying hydraulic load rate on the treatment of domestic sewage

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    The anaerobic digestion process is very important in the treatment of sewage, as it is an efficient, simple process and low cost of implementation, operation and maintenance. Although Brazil has provided consolidated anaerobic processes, sanitation is still poor in the country, and the optimization of anaerobic reactors aims to improve the viability, effectiveness and expansion of treatment systems for sewage. The aim of this research project is to evaluate the reactor's performance through dynamic and hydrodynamic behavior of hybrid anaerobic reactor (UAHB) with a range of hydraulic retention time (HRT) of 4 to 12 hours and COD (gross samples) 250 - 1250 mgO2L -1. The reactor, with a volume of 22.1 L was operated with support means corrugated rings of Polyvinyl chloride (PVC) and kept at room temperature, the influent feed, simulating the synthetic wastewater. the physicochemical parameters were analyzed: temperature of the liquid and air, pH, total alkalinity (TA), bicarbonate alkalinity (BA), volatile acids (VA), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD ), Turbidity, Total Solids (TS), total suspended solids (TSS), nitrogen Total Kjeldahl (NTK-N), ammonia nitrogen (amon-N), nitrite (NO2-N), nitrate (NO3-N) and Total phosphorus (P). It evaluated the hydrodynamic behavior and the determination of hydraulic anomalies, the stimulus-response pulse technique with injection of the tracer eosin Y. At the end of the experiments, statistical analysis was performed to find the optimal operating condition as well as the statistical models for validation experiments. In all operating conditions it was observed that the UAHB Reactor became apparent dynamic equilibrium (ADE) with alkalinity production to neutralize the volatile acids produced in acetogenesis process of anaerobic digestion. The increased of organic loading rate resulted in increased efficiencies in the removal of COD (gross and filtered samples), BOD and Turbidity, but reduced removals of Total Solids and Total Suspended Solids. The decrease in HRT reduced the removal efficiencies of COD parameters (grosss and filtered samples), BOD, Total Solids, Total Suspended Solids and Turbidity. Regarding the hydrodynamic in all operating conditions was observed long tail effect, the flow regime inside the reactor UAHB was rated as complete mixing tanks in series (N-CSTR). The presence of dead zones in the reactor was checked, the hydraulic efficiency was averaged 65% for the three conditions and it was not possible to observe the presence of short circuits for the three HRT tested. For the statistical analysis of the central rotary compound design (CRCD), the optimum operating condition for the reactor was to HRT 12 h and COD (gross samples) 553 mgCOD.L-1.CAPESO processo de digest√£o anaer√≥bia √© muito importante no tratamento dos esgotos sanit√°rios, por ser eficiente, simples e de baixo custo de implanta√ß√£o, opera√ß√£o e manuten√ß√£o. Embora o Brasil tenha √† disposi√ß√£o processos anaer√≥bios consolidados, o saneamento b√°sico ainda √© deficiente no pa√≠s, e a otimiza√ß√£o de reatores anaer√≥bios tem o intuito de melhorar a viabilidade, efetividade e amplia√ß√£o dos sistemas de tratamento dos esgotos sanit√°rios. O objetivo deste projeto foi avaliar o desempenho atrav√©s do comportamento din√Ęmico e hidrodin√Ęmico de reator anaer√≥bio h√≠brido (UAHB), com varia√ß√£o do tempo de deten√ß√£o hidr√°ulica (TDH) de 4 a 12 h e da DQO (amostras brutas) de 250 a 1250 mgO2L-1. O reator, com volume √ļtil de 22,1 L, foi operado com meio suporte de an√©is corrugados de Policloreto de Polivinila (PVC) e mantido a temperatura ambiente, sendo o afluente de alimenta√ß√£o, sint√©tico simulando o esgoto sanit√°rio. Foram analisados os par√Ęmetros f√≠sico-qu√≠micos: temperatura do l√≠quido e do ar, pH, alcalinidade total (AT), alcalinidade a bicarbonato (AB), √°cidos vol√°teis (AV), demanda qu√≠mica de oxig√™nio (DQO), demanda bioqu√≠mica de oxig√™nio (DBO520), Turbidez, S√≥lidos Totais (ST), S√≥lidos Suspensos Totais (SST), nitrog√™nio total kjeldahl (N-NTK), nitrog√™nio amoniacal (Namon), nitrito(N-NO2-), nitrato (N-NO3-) e f√≥sforo total (P). Foi avaliado o comportamento hidrodin√Ęmico e verificada a exist√™ncia de anomalias hidr√°ulicas, pela t√©cnica de est√≠mulo-resposta tipo pulso com inje√ß√£o do tra√ßador eosina Y. Ao final dos experimentos, foi realizada a an√°lise estat√≠stica para encontrar a condi√ß√£o operacional √≥tima, bem como os modelos estat√≠sticos para valida√ß√£o dos experimentos. Em todas as condi√ß√Ķes operacionais foi poss√≠vel observar que o reator UAHB entrou em equil√≠brio din√Ęmico aparente (EEDA) com produ√ß√£o de alcalinidade para neutralizar os √°cidos vol√°teis produzidos no processo de acidog√™nese e acetog√™nese da digest√£o anaer√≥bia. O aumento da carga org√Ęnica volum√©trica acarretou no aumento das efici√™ncias de remo√ß√£o em DQO (amostras brutas e filtradas), DBO520 e Turbidez, mas reduziu as remo√ß√Ķes de S√≥lidos Totais e S√≥lidos Suspensos Totais. A diminui√ß√£o do TDH reduziu as efici√™ncias de remo√ß√£o dos par√Ęmetros DQO (amostras brutas e filtradas), DBO520, S√≥lidos Totais, S√≥lidos Suspensos Totais e Turbidez. Em rela√ß√£o √† hidrodin√Ęmica, em todas as condi√ß√Ķes operacionais foi observado o efeito de cauda longa, o regime de escoamento no interior do reator UAHB foi classificado como de tanques de mistura completa em s√©rie (NCSTR). Foi verificada a presen√ßa de zonas mortas no reator, a efici√™ncia hidr√°ulica foi em m√©dia 65% para as tr√™s condi√ß√Ķes e n√£o foi poss√≠vel observar a presen√ßa de curtos-circuitos para os tr√™s TDH testados. Pela an√°lise estat√≠stica do delineamento composto central rotativo (DCCR), a condi√ß√£o √≥tima de opera√ß√£o para o reator foi para o TDH 12 h e DQO (amostras brutas) 553 mgO2.L-1
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