Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental
URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.unifal-mg.edu.br/handle/123456789/2645
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Navegando Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental por Orientador(a) "Rodriguez, Renata Piacentini"
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Item Acesso aberto (Open Access) Aplicação de modelos cinéticos no processo de biossorção de zinco(Universidade Federal de Alfenas, 2021-03-08) Aguiar, Ana Beatriz Soares; Rodriguez, Renata Piacentini; Giraldi, Tânia Regina; Braga, Juliana KawanishiO acúmulo de zinco assim como de diversos outros metais no meio ambiente é prejudicial à natureza e à saúde humana. O zinco presente em altas concentrações no organismo humano pode ser responsável por alterações no funcionamento de órgãos e sistemas. Dentre as principais fontes antropogênicas desse metal, estão as atividades agrícolas e industriais. A adsorção utilizando materiais biológicos como adsorventes (biossorção) tem apresentado resultados satisfatórios para remoção de metais. Dessa forma, a modelagem cinética é essencial para direcionar os estudos de biossorção, uma vez que, o equacionamento e a interpretação dos resultados auxiliam na determinação da taxa de remoção de soluto, na estimativa do mecanismo de adsorção e no dimensionamento de reatores e sistemas de tratamento de efluentes. Diferentes modelos cinéticos de adsorção são descritos na literatura, entre eles, modelo de pseudo primeira ordem, modelo de pseudo segunda ordem, modelo de Weber e Morris e modelo de Elovich, os quais foram utilizados nesse projeto. A metodologia do trabalho foi dividida em duas fases. A primeira baseou-se em um estudo experimental de um sistema de biossorção de zinco avaliando o desempenho de uma biomassa anaeróbia no seu formato granular e em pó e posteriormente a aplicação do estudo cinético sob o sistema. A segunda fase consistiu na aplicação da modelagem cinética em outros sistemas de biossorção de zinco por meio do levantamento de estudos publicados na literatura. Dessa forma, foi possível avaliar diferentes sistema de biossorção de zinco, por meio da aplicação de diferentes modelos cinéticos, assim como a determinação dos parâmetros cinéticos e a identificação do modelo cinético que melhor representou os dados experimentais. Avaliando os parâmetros e o coeficiente de regressão linear (R²), os dados cinéticos foram melhor descritos pelo modelo de pseudo segunda ordem, onde o sistema de biossorção é baseado em reações químicas e a etapa limitante do processo se deve à sorção química.Item Acesso aberto (Open Access) Desenvolvimento de biossorvente a partir de lodo anaeróbio granular para aplicação em sistemas de remoção de fosfato e em sistemas para a remoção de íons metálicos(Universidade Federal de Alfenas, 2022-08-29) Silva, Marcos Martins; Rodriguez, Renata Piacentini; Zaiat, Marcelo; Sancinetti, Giselle PatríciaA remoção de determinadas classes de poluentes de águas residuárias é ainda um desafio para os projetos de engenharia, como por exemplo, quando o objetivo envolve a remoção de fósforo e de metais. O acúmulo de fósforo no meio ambiente é prejudicial à natureza e às formas de vida aquáticas, sendo as fontes antropogênicas, como as atividades agrícolas e industriais, as principais responsáveis nesse processo. A remoção de fósforo de águas residuárias nos sistemas convencionais de tratamento biológico (lodos ativados ou sistemas anaeróbios) é eficiente, porém, depende de projetos de estações de tratamento de esgoto e/ou efluentes complexas e com custo elevado de operação. Em adição à problemática de acúmulo e remoção de fósforo, estão as águas contaminadas por metais, que quando presentes no meio ambiente acarretam a diversos problemas à natureza e à saúde humana. A adsorção utilizando materiais biológicos como adsorventes (biossorção) tem apresentado resultados satisfatórios para remoção de inúmeros poluentes ambientais, entretanto, poucos trabalhos foram conduzidos utilizando a biossorção para a remoção de fósforo e, no caso de metais, existe ainda uma grande lacuna a respeito de métodos eficientes envolvendo a remoção desse tipo de poluente. Esse trabalho avaliou a biossorção de fósforo e dos metais zinco, níquel e cromo, utilizando pastilhas confeccionadas com lodo anaeróbio granular como biossorventes. A metodologia desse trabalho foi dividida em três fases. A primeira baseou-se na caracterização do lodo anaeróbio granular, desenvolvimento e caracterização da pastilha, e aplicação em sistemas de biossorção de fosfato, zinco, níquel e cromo. A segunda etapa baseou-se na realização de estudos cinéticos e de isotermas de adsorção e a terceira etapa incluiu testes de dessorção do íon fosfato, zinco, níquel e cromo da pastilha. Na caracterização do lodo anaeróbio granular foi observada a alta degradação do mesmo em função da temperatura, com 82,22% de perda de massa em 650°C. A pastilha usada como biossorvente apresentou eficiência entre 70 a 79% na remoção de fosfato para as concentrações 30 a 360 mg/L, em até 144h, e entre 68 e 92,41% para os metais zinco, níquel e cromo após 96h de contato. No caso dos metais, pode-se observar que os valores de eficiência diminuem em função do aumento da concentração de metais na solução aquosa. Mais de um modelo cinético se ajustou aos dados obtidos para a remoção de fosfato o que mostra que o processo de adsorção pode ser controlado por mais de um tipo de mecanismo, para metais, apenas o modelo de pseudo segunda ordem apresentou ajuste satisfatório. Para as isotermas de zinco e níquel, os modelos de ajustes de Langmuir e Freundlich foram bem ajustados, para cromo, o ajuste a tais modelos não ocorreu de maneira satisfatória, porém, o processo de adsorção se mostrou favorável para os 3 metais. O desenvolvimento de pastilhas de lodo anaeróbio granular e sua aplicação em sistemas de biossorção mostrou-se uma rota de interesse ambiental e econômico, com elevadas eficiências de remoção dos poluentes testados.Item Acesso aberto (Open Access) Efeito da origem do inóculo, do doador de elétrons e da imobilização em biorreatores sulfetogênicos acidofílicos(Universidade Federal de Alfenas, 2019-02-27) Ferraz, Rafael Marçal; Rodriguez, Renata Piacentini; Sancinetti, Giselle Patrícia; Fuess, Lucas TadeuO descarte de efluentes contendo altas concentrações de sulfato em corpos hídricos é responsável por provocar graves problemas ambientais. Uma alternativa promissora é o tratamento biológico utilizando bactérias redutoras de sulfato (BRS), microrganismos responsáveis pela redução do sulfato e geração de alcalinidade. Dessa maneira, o presente estudo avaliou a eficiência no tratamento e a estrutura das comunidades microbianas em 8 reatores anaeróbios operados em bateladas sequenciais tratando efluente sintético rico em sulfato com pH 4,0 utilizando quatro diferentes fontes de inóculo, imobilizados ou não, operados em duas fases, alternando entre elas o doador de elétrons. O percentual de remoção de sulfato com lactato variou entre 67±3% e 80±2% e com etanol entre 37±11% e 67±3%. A remoção de DQO com lactato variou de 34±9% a 70±4% e com etanol de 31±2% a 65±5%. Exceto por um reator, todos os outros apresentaram alta produção de alcalinidade (principalmente na fase lactato) e consequentemente atingiram valores de pH de efluente acima de 5,50. A remoção de ferro em todos os reatores foi acima de 90%. As análises de pirosequenciamento mostraram um aumento na abundância relativa de BRS nos reatores ao longo da operação, com a presença dos gêneros: Desulfovíbrio, Desulfobulbus, Desulfomicrobium e Syntrophobacteraceae. A análise dos índices de diversidade mostrou que houve uma diminuição da riqueza microbiana ao longo da operação. O gênero Desulfovibrio apresentou uma considerável abundância em todos os reatores imobilizados na fase etanol, enquanto que o gênero Desulfobulbus se destacou quando lactato foi o doador de elétrons. Este trabalho demonstrou através dos parâmetros operacionais e abundância microbiana que é possível obter sucesso na aclimatação de um lodo com perfil metanogênico para a remoção de sulfato.Item Acesso aberto (Open Access) Efeitos da relação DQO/SO4-2 e dos doadores de elétrons na riqueza microbiana de reatores utilizados no tratamento de águas residuárias ácidas ricas em sulfato(Universidade Federal de Alfenas, 2016-12-13) Santos, Angelica Marcia Dos; Rodriguez, Renata Piacentini; Zaiat, Marcelo; Delforno, Tiago PalladinoA redução biológica de sulfato tem sido aplicado com sucesso no tratamento de águas residuárias industriais cujos despejos contém elevadas concentrações de sulfato. Nesta pesquisa, a redução biológica de sulfato foi avaliada de acordo com a relação de demanda química de oxigênio (DQO)/sulfato (SO4-2) e diferentes doadores de elétrons utilizando reatores em batelada operados por 88 dias. Os reatores foram alimentados com água residuária ácida sintética em pH 4,0 e os doadores de elétrons foram etanol, lactato de sódio e soro de leite, sendo individualmente analisados nas relações DQO/SO4-2 de 1 e 2. Na relação DQO/SO4-2 igual a 1,0, as taxas de remoções para DQO e sulfato para todos os doadores de elétrons estiveram acima de 68% para DQO e 73% para o sulfato. No entanto, na relação DQO/SO4-2 igual a 2,0, apenas o lactato resultou em altas taxas de remoções de DQO e sulfato (71 ± 17% e 90 ± 6%, respectivamente). A técnica de NMP foi utilizada para quantificação de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e os resultados demonstraram que a população de BRS aumentou 102 vezes na presença de etanol e 103 na presença de lactato, na relação DQO/SO4-2 igual a 1,0. Porém, a população de BRS diminuiu com aumento da relação DQO/SO4-2 nos doadores de elétrons etanol e lactato, enquanto o soro de leite não promoveu crescimento de BRS nas relações DQO/SO4-2 estudadas. A biomassa foi caracterizada utilizando-se a eletroforese em gel com gradiente desnaturante (DGGE). Para o Domínio Bactéria e o grupo das BRS, uma alta riqueza microbiana e baixa similaridade foi obtida em comparação ao inóculo, enquanto para o Domínio Arqueia, observaram-se poucas mudanças quando comparadas com mesmo inóculo e entre as diferentes condições avaliadas nos reatores. A filogenia do grupo das sulfato redutoras mostraram predominância da espécie Desulfovibrio para todos os substratos estudados, sendo todas as espécies encontradas caracterizadas como oxidadoras incompletas da matéria orgânica. No entanto, na relação DQO/SO4-2 igual a 1,0 e lactato como doador de elétrons, foi também encontrada a espécie Desulfacinum, que desempenha um papel importante na oxidação completa da matéria orgânica.Item Acesso aberto (Open Access) Influência da origem do inóculo no enriquecimento de comunidades microbianas ANAMMOX e SRAO(Universidade Federal de Alfenas, 2018-02-28) Paula, Rafaela Carvalho; Rodriguez, Renata Piacentini; Brucha, Gunther; Souza, Theo Syrto Octavio DeO tratamento biológico de águas residuárias ricas em nitrogênio tem alcançado maior espaço nos últimos anos. A remoção biológica anaeróbia da amônia se apresenta como um processo promissor nesta área. O processo de oxidação anaeróbia da amônia (ANAMMOX) é uma rota metabólica mediada por microrganismos, a qual se caracteriza pela oxidação anaeróbia da amônia utilizando o nitrito como aceptor final de elétrons com geração de nitrogênio gasoso. Outro processo biológico anaeróbio para remoção de amônia, recentemente descrito, denominado sulfate-reducing ammonium oxidation (SRAO), associa a oxidação da amônia à remoção de sulfato, com geração de nitrogênio gasoso e enxofre elementar. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de enriquecimento de microrganismos ANAMMOX em reatores em batelada, a partir de quatro inóculos anaeróbios (Experimento I), os quais foram: lodo termofílico utilizado no tratamento de vinhaça (I1), dois inóculos provindos de estações de tratamento de avícola: Pereiras (I2) e Dacar (I3), e um inóculo utilizado na biorremediação de drenagem ácida de mina (I4). Além disso, avaliar o potencial de adaptação de um inóculo aeróbio provindo de uma planta de lodos ativados utilizada no tratamento de águas residuárias municipais para adaptação ao processo ANAMMOX (reator R1) e SRAO (reator R2) em reatores em batelada (Experimento II). Em ambos os experimentos os reatores foram incubados a 35ºC, mantidos sob agitação e monitorados quanto ao consumo de compostos nitrogenados, sulfato, DQO e pH durante 322 dias para o Experimento I e 154 dias para o Experimento II. No experimento I, observou um longo período de intensa atividade desnitrificante, a qual somente foi desfavorecida com o aumento da concentração de nitrito e amônia. No entanto, essa atividade permaneceu até o final da operação, provavelmente devido à condição em batelada dos reatores, em que células mortas ficam retidas no reator e podem ser utilizados como doador de elétrons na via desnitrificação heterotrófica. A presença de microrganismos ANAMMOX foi detectada por meio da técnica de PCR em tempo real no reator inoculado com lodo provindo de um UASB utilizado no tratamento de efluente da avícola DACAR, provavelmente devido ao fato de o inóculo utilizado já operar com compostos nitrogenados favorecendo a presença de microrganismos ANAMMOX. No Experimento II, não foi detectada atividade ANAMMOX no reator R1 e também não foi observada atividade de redução simultânea da amônia e sulfato no reator R2, provavelmente devido ao curto tempo de operação. A presença de bactérias ANAMMOX não foi detectada nestes reatores.Item Acesso aberto (Open Access) Integração energética da produção de biogás a partir dos resíduos da produção de café(Universidade Federal de Alfenas, 2021-09-30) Mas, Irina Ramirez; Rodriguez, Renata Piacentini; Moraes, Bruna De Souza; Sancinetti, Giselle PatríciaEste estudo determinou a produção de biogás a partir da digestão anaeróbia de mucilagem de café para avaliar o potencial bioquímico de produção metano com uma avaliação de proposta de cenários ambientais utilizando resíduos de produção de café (mucilagem e água de lavagem do processo), lodo de estação de tratamento aeróbio e soro de suíno. A proposição dos cenários foi baseada no levantamento de dados previamente disponíveis na literatura e em ensaios experimentais utilizando a mucilagem do café. A atividade metanogênica especifica (AME) da mucilagem foi determinado em frascos de 500 mL e o volume de biogás produzido foi determinado pelo método do deslocamento de volume após lavagem em solução alcalina. A presença de nutrientes e o pH foram parâmetros de análise nas avaliações experimentais. Os resultados obtidos experimentalmente mostraram que o pH foi o parâmetro de maior influência na produção de biogás. A partir dos ensaios experimentais, foram propostos três cenários visando a integração da geração de energia a partir dos resíduos do café (cenário 1) com outros substratos da região, como o lodo aeróbio (cenário 2) e o soro de leite (cenário 2). A da mucilagem de café foi 804NmlCH4/gSTV quando o pH foi corrigido para 6,5. O PMB da água de lavagem do processamento de grãos de café foi estimado teoricamente pela relação de 0,35L CH4/g DQO removida, resultando em 0.087NLCH4/gSTV. As estimativas teóricas para os cenários mostraram potencial de aproveitamento energético: para o cenário base, composto somente por resíduos de café, resultou na produção de 4.919,31 m3CH4, equivalente a 145.657,15 MJ de energia térmica e 16.188,28 KWh de energia elétrica por período de safra, podendo suprir etapas de secagem de café um 11% no tempo de produção de café. Para os cenários 1 e 2, os resultados mostraram o uso alternativo de resíduos na entressafra, porque a produção energética foi a mesma tanto para o lodo, quanto para o soro de leite, neste período poderia abastecer 31 vivendas no tempo de entressafra.Item Acesso aberto (Open Access) Integração energética da produção de biogás em biorrefinarias de cana-de-açúcar integradas de 1ª e 2ª geração(Universidade Federal de Alfenas, 2015-07-24) Manochio, Carolina; Rodriguez, Renata Piacentini; Zaiat, Marcelo; Jesus, Charles Dayan Farias DeA produção de etanol no Brasil é baseada na extração do caldo de cana-de-açúcar para fermentação e destilação, enquanto o bagaço é queimado nas caldeiras para a cogeração de energia. Embora, este processo aproveite de modo geral toda a biomassa disponível, também gera grande quantidade de resíduo, conhecido como vinhoto ou vinhaça, que ao ser utilizado na fertirrigação pode causar diversos problemas ambientais. Além disso, a necessidade de expandir a produção de biocombustíveis gera uma grande problemática com relação à utilização de terras destinadas à produção de alimentos. Nesse sentido, a produção de etanol de segunda geração (2G) surge como alternativa para aumentar a produtividade do bioetanol, mantendo a mesma área de cana plantada, mas trazendo consigo a problemática do aumento da vinhaça gerada. Tendo em vista os desafios criados em torno desta temática, foi desenvolvido um modelo onde se empregou o tratamento biológico anaeróbio de vinhaça para a produção de metano a ser utilizado como fonte de energia em uma usina autônoma de etanol. O bagaço que seria queimado para este fim foi então conduzido para a produção de etanol 2G, aumentando a produtividade deste combustível. Utilizando a ferramenta Solver, do software Excel, foi possível obter com este modelo até 23 L t-1cana de etanol 2G sem comprometer a autossuficiência energética da planta, de modo que os 9,82 m³ t-1cana de metano produzido pela biodigestão possibilitou o redirecionamento de 17% do bagaço para a produção deste combustível. Desta forma seria possível obter, uma receita anual de até R$ 58 mi. Além do aumento da produtividade, este modelo também previu a redução de impactos ambientais causados pela aplicação da vinhaça no solo, como a prevenção de emissões de cerca de 33.000 tN2O safra-1, e a geração de valor econômico com a venda de produtos e créditos de carbono, que poderiam custear a operação da biodigestão na unidade.Item Acesso aberto (Open Access) Precipitação de metais provenientes de drenagem ácida de minas por sulfeto gerado por via biológica(Universidade Federal de Alfenas, 2014-07-22) Vieira, Bárbara Franco; Rodriguez, Renata Piacentini; Zaiat, Marcelo; Souza, Theo Syrto Octavio DeMinerais sulfetados expostos às condições atmosféricas podem ocasionar impactos. O rejeito da atividade mineradora, metais reduzidos, em contato com o oxigênio e água, resulta na liberação de prótons, íons sulfato e metais no meio aquoso, processo acelerado por bactérias. Ao meio formado dá-se o nome de Drenagem Ácida de Minas (DAM). A biorremediação vem sendo investigada para o tratamento deste efluente. Bactérias redutoras de sulfato possibilitam simultaneamente elevação de pH, remoção de sulfato e consequentemente de metais por precipitação na forma de sulfetos metálicos. Publicações anteriores revelam bons resultados, entretanto poucas investigaram simultaneamente a geração de alcalinidade, redução de sulfato, oxidação de etanol e remoção de metais em condições que gradativamente se aproximam das condições reais da DAM. Este projeto investigou o processo de precipitação dos metais ferro, zinco e cobre por sulfeto gerado a partir de um reator biológico em batelada para redução de sulfato de drenagem ácida de minas tendo como doador de elétrons o etanol. O trabalho foi dividido em duas etapas sendo que a primeira possuía variação do pH e a segunda na concentração de metais. Foi observado que independente do pH inicial, ocorreu geração de alcalinidade, sendo o pH final observado em todos os ciclos entre 6 e 7. O abaixamento do pH inicial esteve relacionado diretamente às melhores taxas de remoção de sulfato, sendo as remoções alcançadas de 39, 44 e 52%, para o pH inicial de 6, 5 e 4, respectivamente. A remoção de sulfato também melhorou conforme se aumentou a concentração de metais. Enquanto havia apenas ferro a remoção de sulfato foi de 57% em média, com ferro e zinco de 61% e com ferro, zinco e cobre a remoção chegou a 82% em média. Em todas as condições a remoção de DQO foi alta, com no mínimo 91% de média e chegando a 100%. As remoções de metais chegaram a 92% em média para ferro, 99% para zinco e em 100% para cobre. O parâmetro cinético (k) variou de acordo com os distintos valores de remoção de sulfato. Na fase inicial onde houve adaptação do inóculo, o ajuste cinético de ordem 1 não representou bem o comportamento do reator refletindo uma instabilidade nessa fase da operação (0,14±0,15) h-1. A partir do decaimento do pH inicial, o ajuste cinético de ordem 1 representou bem o comportamento dos dados e o parâmetro k aumenta consideravelmente sendo que quando todos os metais já haviam sido adicionados foi obtido o maior valor (0,44±0,04) h-1. Quanto ao ferro, os parâmetros cinéticos obtidos indicaram que o valor do k foi menor quando a precipitação do ferro concorria com a presença de zinco e cobre. A avaliação do sulfato nesta configuração de reator biológico permitiu estabelecer condições favoráveis de operação e mostrou que sistemas sulfetogênicos respondem melhor em baixos pHs e na presença de alguns metais, conforme as condições da DAM sintética se aproxima das reais. Essa condição é essencial quando se objetiva a utilização de sistemas sulfetogênicos para biorremediação de drenagem ácida de minas.Item Acesso aberto (Open Access) Tratamento biológico de drenagem ácida de minas (DAM) em reator anaeróbio de manta de lodo (UASB)(Universidade Federal de Alfenas, 2015-07-23) Cunha, Mirabelle Perossi; Rodriguez, Renata Piacentini; Foresti, Eugenio; Damasceno, Leonardo Henrique SoaresA drenagem ácida de minas (DAM) é um grave problema ambiental proveniente das indústrias de mineração, pois possui altas cargas de sulfato, elementos tóxicos e metais pesados, que podem provocar doenças nos seres humanos ou causar a morte de vidas aquáticas. Sua geração acontece quando minerais sulfetados, principalmente a pirita (FeS2), são oxidados na presença de água, oxigênio e bactérias, levando a produção de íons H+. A fim de contornar as desvantagens de custo e baixa remoção de sulfato do tratamento convencional, estudos têm sido conduzidos com diferentes configurações de reatores anaeróbios para o tratamento biológico através da utilização das bactérias redutoras de sulfato (BRS). Estas convertem o sulfato presente na água, junto com uma fonte de carbono (doador de elétron), produzindo H2S, que é utilizado para a precipitação dos sulfetos metálicos insolúveis, além de, naturalmente, aumentar o pH para próximo de neutro devido a produção de . O reator utilizado no presente trabalho foi um reator UASB (upflow anaerobic sludge blanket) com capacidade total de 10 l, sendo montado com 4,5 de volume útil líquido e 4,5 de biomassa granular proveniente de um reator metanogênico. Etanol foi utilizado como fonte única de carbono e energia, na relação DQO/SO42- de 1,0. Os parâmetros de avaliação da operação do reator foram a carga volumétrica de sulfato (CVS), tempo de detenção hidráulica (TDH) e adição de metais. Os resultados obtidos indicaram um aumento da remoção média de sulfato de (48±13) % para o (77±8) % quando o TDH foi mudado para 16h e a CVS subiu para 0,75 g l-1 d-1. Com a redução do TDH para 12h (CVS de 3,00 g l-1 d-1), a remoção de sulfato atingiu (80±9) %. A remoção de metais cujas concentrações eram 100 mg l-1 de Fe2+, 20 mg l-1 de Zn2+ e 5 mg l-1 de Cu2+, estiveram acima de 96% em todas as condições avaliadas. Para os 533 dias de operação, o pH efluente médio esteve entre (6,3±0,6), e a remoção média de DQO foi de (85±8) %. A análise de parâmetros cinéticos de remoção de sulfato se mostraram bastantes satisfatórios, com um kap no valor de (2,8±0,6) h-1 para o TDH de 16h e CVS de 0,75 g l-1 e adição de Fe, Zn e Cu, e melhor (1622,0±267,8) mg l-1 h-1 quando a carga de sulfato foi de 1500 mg l-1 e TDH de 16h com adição de Fe, Zn e Cu simultaneamente.