https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/76507 2026-09-05T22:55:09Z 2026-09-05T22:55:09Z Lopes, Ana Maria Beims https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275377 2026-09-03T23:29:27Z 2026-01-01T00:00:00Z

Avaliação do desempenho global do decantador tubular horizontal MLSens: aspectos operacionais, morfométricos e hidrodinâmicos Lopes, Ana Maria Beims A decantação de alta taxa enfrenta, historicamente, um dilema tecnológico: a configuração tubular horizontal oferece, teoricamente, a máxima eficiência de remoção de sólidos, mas sua aplicação prática foi inviabilizada pela incapacidade de autolimpeza. Esta tese avaliou o desempenho global e os limites operacionais do decantador MLSens, uma inovação tecnológica que reintroduz a disposição horizontal dos dutos (0°) equipados com uma abertura longitudinal inferior para descarga contínua de lodo. A investigação compreendeu quatro estudos, integrando análise paramétrica experimental com água de abastecimento e lodo de ETA, caracterização morfométrica avançada de agregados (Análise de Imagem Digital e Espalhamento Dinâmico de Luz - DLS) e modelagem hidrodinâmica (Fluidodinâmica Computacional - CFD e traçadores) em escala piloto. Na análise paramétrica (Estudo I), o decantador MLSens aplicado no tratamento de água manteve a turbidez média do efluente abaixo de 2,0 uT e eficiência de remoção superior a 92%, independentemente das variações de carga na entrada (turbidez da água bruta entre 40 e 250 uT), alcançando 99,5% com matrizes entre 160 e 230 uT. A capacidade de autolimpeza foi satisfatória para o tratamento de água e preservou a funcionalidade da abertura longitudinal inferior em todo o domínio experimental. Contudo, no adensamento de lodo de ETA, houve limitações críticas que apontam a necessidade de redimensionamento da abertura para esta aplicação específica. A caracterização morfométrica (Estudo II) a partir das matrizes de 40, 145 e 250 uT identificou, na antecâmara do decantador, macroagregados de até 8 mm, dimensões não reportadas anteriormente na literatura. O decantador atuou com seletividade dimensional e promoveu um corte hidráulico de partículas acima de 1,3 mm. A fração residual no efluente foi formada por flocos com diâmetros entre 200-400 µm e finos coloidais (~45 µm). Sob a ótica hidrodinâmica (Estudo III), a validação cruzada entre simulação CFD (modelo SST k-?) e ensaios com traçador fluorescente diagnosticou uma distribuição de vazão heterogênea entre os dutos, induzida pelo jato de entrada. Ainda assim, confirmou-se a funcionalidade hidráulica da abertura inferior. O modelo comprovou que, embora exista comunicação de fluido entre o duto e a zona de lodo, não se formam correntes convectivas capazes de ressuspender os sólidos. Por fim, o teste de capacidade máxima (Estudo IV) revelou que o sistema opera com estabilidade sob velocidades longitudinais (v0) de até 216 cm/min ? cinco vezes acima dos limites clássicos de projeto, o que redefine a escala de grandeza das velocidades alcançáveis em decantadores de alta taxa. A extrapolação para escala real indicou que a tecnologia pode operar com taxas de escoamento superficial (q) teóricas da ordem de 2.900 m³/m².d, valor em torno de 16 vezes superior ao reportado na literatura, com potencial de redução proporcional da área requerida em relação às tecnologias convencionais de módulos inclinados.; Abstract: High-rate sedimentation has historically faced a technological trade-off: although horizontal tubular configurations theoretically provide maximum solids removal efficiency, their practical application has been hindered by the lack of self-cleaning capability. This thesis evaluated the overall performance and operational limits of the MLSens settler, a technological innovation that reintroduces horizontal ducts (0°) equipped with a longitudinal bottom opening for continuous sludge discharge. The investigation integrated an experimental parametric analysis using drinking water and water treatment plant (WTP) sludge, advanced morphometric characterization of aggregates (Digital Image Analysis and DLS), and hydrodynamic modeling (CFD and tracer studies) at pilot scale. The results of the parametric analysis (Study I) demonstrated the effectiveness of the MLSens settler for water treatment, maintaining effluent turbidity consistently below 2.0 NTU and removal efficiencies always above 92%, regardless of influent loading variations (40?250 NTU), reaching 99.5% for matrices between 160 and 230 NTU. The self-cleaning capability was satisfactory for water treatment, preserving the functionality of the longitudinal bottom opening throughout the experimental domain; however, critical limitations were observed in WTP sludge thickening, indicating the need to redesign the opening for this specific application. Morphometric characterization (Study II) based on matrices of 40, 145, and 250 NTU revealed previously unreported flocculation phenomena in the antechamber, with the formation of exceptionally large macroaggregates (up to 8 mm) favored by low shear conditions. The settler exhibited dimensional selectivity, performing a hydraulic cut-off for particles larger than 1.3 mm. The residual fraction in the effluent consisted of flocs with a modal size between 200?400 µm and colloidal fines (~45 µm by DLS). From a hydrodynamic perspective (Study III), cross-validation between fluorescent tracer experiments and CFD simulations (SST k?? model) diagnosed a heterogeneous flow distribution among the ducts induced by the inlet jet. Nevertheless, the hydraulic functionality of the bottom opening was confirmed: although fluid communication exists between the duct and the sludge zone, no convective currents capable of resuspending solids were established. Finally, the maximum capacity test (Study IV) established new productivity paradigms. The system operated stably at maximum longitudinal velocities (v0) of up to 216 cm/min?five times higher than classical design limits. Extrapolation to full scale indicated that the technology could operate at theoretical surface overflow rates (q) on the order of 2,900 m³/m²·d, at least one order of magnitude higher than values reported in the literature, representing a significantly greater area compaction potential than current inclined-module technologies. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2026.

2026-01-01T00:00:00Z Jesus, Filomeno de https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274601 2026-07-22T23:23:44Z 2025-01-01T00:00:00Z

Avaliação sobre a aplicabilidade de utilização da ecotecnologia dos wetlands construídos para o tratamento descentralizado do esgoto no Timor-Leste Jesus, Filomeno de A Repu´blica Democra´tica de Timor-Leste, localizada no Sudeste Asia´tico, apresenta um de´ficit no atendimento de sistemas adequados de esgotamento sanita´rio. Neste contexto, objetivou-se avaliar a aplicabilidade de utilizac¸a~o da ecotecnologia dos wetlands construi´dos para o tratamento descentralizado do esgoto no referido pai´s. O desenvolvimento deste estudo deu-se para dois cena´rios de pesquisa, quais foram: (i) Cena´rio I: atendimento unifamiliar, projetado para atender 5 pessoas e (ii) Cena´rio II: sistema multifamiliar considerando uma faixa de 50, 500, 1.000, 2.000 e 2.500 pessoas. Para ambos cena´rios foram empregados diferentes arranjos tecnolo´gicos, compreendidos por tanque se´ptico (TS) seguido das modalidades de wetlands vertical (WCV), vertical com fundo saturado (WCV-FS), horizontal (WCH) ou hi´brido (WCV + WCH), considerando-se a norma ABNT NBR 17.076 (ABNT, 2024) e Resoluc¸a~o CONAMA 430/2011 e Resoluc¸a~o CONSEMA SC No 182/2021, como bases de refere^ncia para dimensionamento e de qualidade de efluente tratado, respectivamente. Para o cena´rio I, o valor de CAPEX ficou em torno de US$ 1,078, enquanto que para o cena´rio II, o CAPEX variou de US$ 10,400 a US$ 935,100. Em contrapartida, o custo operacional mensal ou anual (OPEX) tende a ser esta´vel, sem grandes variac¸o~es ao longo do tempo, estando na faixa de US$ 210/ano para o cena´rio I e variando de US$ 210/ano a US$ 474/ano para o cena´rio II. O estudo infere para a implementac¸a~o wetlands construi´dos como uma soluc¸a~o sustenta´vel para o tratamento de esgoto em comunidades de Timor-Leste, integrando uma ecotecnologia de manutenc¸a~o simples e apresentando-se como uma potencial alternativa para a melhoria do cena´rio nacional em termos de controle da poluic¸a~o hi´drica, sau´de pu´blica e reuso.; Abstract: The Democratic Republic of Timor-Leste, located in Southeast Asia, has a deficit in the provision of adequate sanitation systems. In this context, the aim was to evaluate the applicability of wetlands constructed applied for the decentralized wastewater treatment in that country. This study was developed for two research scenarios, which were: (i) Scenario I: single-family service, designed to 5 PE and (ii) Scenario II: multi-family system considering a range of 50, 500, 1,000, 2,000 and 2,500 PE. For both scenarios, different technological arrangements were used, comprising a septic tank (TS) followed by the vertical wetland (WCV), partially saturated vertical wetland (WCV-FS), horizontal wetland (WCH) or hybrid wetland (WCV + WCH), considering the ABNT NBR 17.076 standard (ABNT, 2024) and CONAMA Resolution 430/2011 and CONSEMA SC Resolution 182/2021, as reference bases for dimensioning and quality of treated effluent, respectively. For scenario I, the CAPEX value was around US$ 1,079, while for scenario II, the CAPEX ranged from US$ 10,400 to US$ 935,100. In contrast, the OPEX tends to be stable, without major variations over time, being in the range of US$ 210/year for scenario I and varying from US$ 210/year to US$ 474/year for scenario II. The study suggests the implementation of constructed wetlands as a sustainable solution for wastewater treatment in communities in Timor-Leste, integrating simple maintenance ecotechnology and presenting itself as a potential alternative for improving the national scenario in terms of water pollution control, public health and reuse. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2025.

2025-01-01T00:00:00Z Domingos, Dayane Gonzaga https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/273020 2026-03-27T23:25:42Z 2026-01-01T00:00:00Z

Produção de carvão ativado a partir de cortiça para aplicações ambientais em adsorção de poluentes e dessalinização de água Domingos, Dayane Gonzaga A intensificação da crise hídrica global, aliada ao aumento da geração de resíduos sólidos, tem impulsionado a busca por tecnologias ambientais que conciliem eficiência técnica, sustentabilidade e baixo impacto energético. Nesse contexto, a conversão de resíduos lignocelulósicos em materiais funcionais de alto desempenho representa uma alternativa promissora para o tratamento e a recuperação de recursos hídricos. Este estudo, propõe desenvolver um material de carbono funcional obtido a partir de rolhas de cortiça recicladas, explorando sua aplicação em processos de adsorção de contaminantes orgânicos e dessalinização de águas salobras por deionização capacitiva (CDI). As rolhas de cortiça foram submetidas à carbonização controlada (500?900 °C) e ativação química com KOH (850 °C), originando carvões ativados (CAC) com estrutura hierárquica micro/mesoporosa, elevada área superficial (até 1773 m² g?¹) e abundância de grupos funcionais oxigenados. O desempenho eletroquímico e adsortivo dos materiais foi avaliado de forma integrada, correlacionando as propriedades texturais e químicas à eficiência dos processos. Nos sistemas CDI, os eletrodos de cortiça ativada apresentaram eficiências de carga superiores a 95% e capacidades de adsorção de sal (mSAC) de até 14,96 mg g?¹, desempenho comparável ou superior a materiais comerciais como YP-80F. A otimização do ponto de carga zero (EPZC), obtida via ajuste da temperatura de carbonização, permitiu eliminar o efeito de repulsão de coíons e maximizar o transporte iônico, reduzindo o consumo energético específico para aproximadamente 2 J mg?¹. Em ensaios de adsorção de poluentes, o carvão ativado de cortiça demonstrou remoções superiores a 98% para o corante metileno azul e 95% para o vermelho reativo, com cinética ajustada ao modelo de pseudo-segunda ordem e isotermas de Freundlich, confirmando a predominância de mecanismos de quimissorção e interação eletrostática. Em sistema de leito fixo, as curvas de ruptura ajustadas aos modelos de Thomas e Yoon? Nelson revelaram comportamento favorável para aplicações contínuas, validando a estabilidade do material após múltiplos ciclos de regeneração. Os resultados comprovam que o carvão ativado de cortiça é um material multifuncional e sustentável, capaz de atuar eficientemente tanto na remoção de contaminantes industriais quanto na dessalinização eletroquímica de águas. A pesquisa propõe, assim, uma rota tecnológica ecologicamente alinhada à economia circular, transformando resíduos pós-consumo em materiais de alto valor agregado para o tratamento e a recuperação de recursos hídricos.; Abstract: The intensification of the global water crisis, coupled with the growing generation of solid waste, has driven the search for environmentally friendly technologies that combine technical efficiency, sustainability, and low energy demand. In this context, the conversion of lignocellulosic residues into high-performance functional carbon materials represents a promising alternative for water treatment and resource recovery. This study proposes the development of a functional carbon material derived from recycled cork stoppers, exploring its application in the adsorption of organic contaminants and the desalination of brackish water through capacitive deionization (CDI). The cork stoppers were subjected to controlled carbonization (500?900 °C) followed by chemical activation with KOH (850 °C), resulting in activated carbons (CAC) with a hierarchical micro/mesoporous structure, high specific surface area (up to 1773 m² g?¹), and a rich abundance of oxygen-containing functional groups. The electrochemical and adsorptive performances of the materials were evaluated in an integrated manner, correlating their textural and surface chemical properties with process efficiency. In CDI systems, the activated cork electrodes exhibited charge efficiencies above 95% and salt adsorption capacities (mSAC) up to 14.96 mg g?¹, achieving performance comparable to or exceeding that of commercial materials such as YP-80F. Optimization of the zero charge potential (EPZC), obtained through carbonization temperature adjustment, effectively eliminated the co-ion repulsion effect and maximized ion transport, reducing the specific energy consumption to approximately 2 J mg?¹. In pollutant adsorption tests, the activated cork carbon achieved removal efficiencies above 98% for methylene blue and 95% for reactive red dyes, with kinetics following the pseudo-second-order model and Freundlich isotherms, confirming the predominance of chemisorption and electrostatic interaction mechanisms. In fixed-bed systems, breakthrough curves fitted to the Thomas and Yoon? Nelson models demonstrated favorable behavior for continuous operation, confirming the material?s stability after multiple regeneration cycles. The results demonstrate that activated cork carbon is a multifunctional and sustainable material capable of efficiently removing industrial contaminants and enabling electrochemical desalination of water. This research therefore proposes an environmentally aligned technological pathway within the framework of the circular economy, transforming post-consumer residues into high-value carbon materials for water treatment and resource recovery applications. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2026.

2026-01-01T00:00:00Z Fischer, Fabricio Natan https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/271999 2026-01-29T23:25:06Z 2026-01-01T00:00:00Z

Implementação e partida operacional de wetlands construídos empregados no gerenciamento de lodo de tanque séptico Fischer, Fabricio Natan A limpeza programada de tanques sépticos é a principal atividade de manutenção para garantir a eficácia desses sistemas de tratamento de esgoto descentralizado e evitar impactos ambientais. Nesse cenário, os Wetlands Construídos para Lodo de Tanque Séptico (WCLTS) surgem como uma Solução Baseada na Natureza (SbN) eficiente e sustentável, integrando-se como componente estratégico de uma Unidade de Gerenciamento de Lodo de Tanque Séptico (UGLTS). O objetivo geral deste trabalho é avaliar as etapas de implementação e o início de operação de uma UGLTS do tipo WCLTS a partir de estratégias operacionais distintas. A infraestrutura da UGLTS compreende tanques de recebimento, sistema de bombeamento e os módulos WCLTS M1 e M2 que possuem 60 m² cada, com maciço filtrante composto por camadas de areia grossa e brita, plantados com macrófitas Salix spp. O regime operacional diferencia-se entre os módulos: o M1 opera com maciço filtrante saturado e recirculação do efluente drenado, enquanto o M2 funciona com drenagem livre e fluxo vertical unidirecional. A implantação da UGLTS englobou atividades de engenharia civil, como terraplanagem, e impermeabilização com geomembrana, entre outras, concluindo-se com o plantio das macrófitas em setembro de 2024. As fases operacionais incluíram testes hidráulicos iniciais, uma etapa de start up com lodo diluído em esgoto tratado para aclimatação e, por fim, a operação continuada apenas com lodo séptico bruto, realizadas ao longo de 2025. As avaliações conduzidas abrangeram testes de vazão de alimentação, monitoramento analítico de parâmetros físico-químicos e a aferição semanal da altura do lodo acumulado na superfície dos WCLTS. Como resultados, o tempo médio para o abastecimento do volume de 7.000 L de lodo em cada módulo WCLTS foi estabelecido entre 20 e 23 minutos por ciclo. Observou-se que o desenvolvimento das macrófitas Salix spp. reduziu a necessidade de remoção de plantas invasoras, sendo necessária a poda da parte aérea para manter a funcionalidade do sistema. No comparativo de desempenho, o módulo M1 apresentou resultados superiores, atingindo 95% de remoção de DQO e 76% de Sólidos Totais (ST), enquanto o M2 alcançou 90% de remoção de DQO, mas apenas 56% de ST. O acúmulo de lodo foi superior no M2 (6,0 a 13,0 cm) em comparação ao M1 (1,5 a 6,0 cm) devido à maior frequência de alimentação de lodo bruto (em média de 4,52 kgST/m².5 meses no M2 e 6,76 kgST/m².5 meses no M1). Infere-se, como conclusão a partir da operação continuada por 5 meses dos módulos WCLTS, que a estratégia de saturação do maciço filtrante e recirculação do efluente líquido drenado apresenta melhor desempenho de tratamento, comparativamente à estratégia de drenagem livre, embora isto conduza para uma operação mais apurada (com mais etapas).; Abstract: The scheduled cleaning of septic tanks is the main maintenance activity to ensure the effectiveness of these decentralized wastewater treatment systems and to prevent environmental impacts. In this context, Constructed Wetlands for Septic Tank Sludge (CWSTS) emerge as an efficient and sustainable Nature-Based Solution (NBS), integrating as a strategic component of a Septic Tank Sludge Management Unit (STSMU). The general objective of this study is to evaluate the implementation stages and the initial operation of a CWSTS-type STSMU based on different operational strategies. The STSMU infrastructure comprises receiving tanks, a pumping system, and the CWSTS modules M1 and M2, each with an area of 60 m², containing a filter bed composed of layers of coarse sand and gravel, planted with macrophytes of the genus Salix spp. The operational regime differs between the modules: M1 operates with a saturated bottom and recirculation of the drained effluent, while M2 operates with free drainage and unidirectional vertical flow. The implementation of the UGLTS included civil engineering activities, such as earthmoving and geomembrane waterproofing, among others, concluding with the planting of macrophytes in September 2024. The operational phases included initial hydraulic tests, a start-up stage using sludge diluted with treated wastewater for acclimation, and finally continuous operation using only raw septic sludge, carried out throughout 2025. The evaluations conducted included influent flow tests, analytical monitoring of physicochemical parameters, and weekly measurements of the height of sludge accumulated on the CWSTS surface. As results, the average time required to feed a volume of 7,000 L of sludge into each CWSTS module was established between 20 and 23 minutes per cycle. It was observed that the development of Salix spp. macrophytes reduced the need for removal of invasive plants, although pruning of the aerial parts was necessary to maintain system functionality. In the performance comparison, module M1 showed superior results, achieving 95% removal of COD and 76% removal of Total Solids (TS), while M2 achieved 90% COD removal but only 56% TS removal. Sludge accumulation was higher in M2 (6.0 to 11.0 cm) compared to M1 (1.5 to 6.0 cm) due to the higher frequency of raw sludge feeding (on average 4.52 kgTS/m²·5 months in M2 and 6.76 kgTS/m²·5 months in M1). It is inferred, as a conclusion from the continuous operation of the CWSTS modules over five months, that the strategy of filter bed saturation combined with recirculation of the drained liquid effluent presents better treatment performance compared to the free drainage strategy, although it requires more refined operation (with more steps). Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2026.

2026-01-01T00:00:00Z