Tratamento numérico e ensaios experimentais da remoção de fenol em reator batelada e coluna de leito fixo utilizando carvão ativado / Numerical treatment and experimental tests of phenol removal in batch and fixed bed column using activated carbon

RESUMO Neste estudo, foram obtidas as cinéticas e isotermas de adsorção do fenol presentes em efluentes sintéticos em reator batelada e coluna de leito fixo, utilizando como adsorvente carvão ativado de casca de coco. O objetivo foi a obtenção dos parâmetros cinéticos e de equilíbrio do processo para simular diferentes condições operacionais em uma coluna de adsorção em leito fixo. Foram avaliadas a influência do pH, a massa de adsorvente, a concentração inicial de fenol e três diferentes temperaturas para os testes em reator batelada. Foi possível trabalhar no pH natural da solução e o aumento da temperatura indicou adsorção exotérmica, favorável e espontânea. Os dois modelos de isoterma (Langmuir e Freundlich) representaram bem os dados experimentais (R2 ≈ 0,9). Valores aproximados de capacidade máxima de adsorção foram encontrados para o reator batelada e para a coluna de leito fixo (qmáx = 41,69 mg.g-1 para o reator batelada e qmáx = 41,98 mg.g-1 para a coluna de leito fixo). O método de Volumes Finitos foi utilizado na discretização das equações matemáticas e um algoritmo computacional foi implementado em linguagem FORTRAN. O código computacional foi validado com dados experimentais deste trabalho (erro médio de 13%), podendo-se assim simular diferentes condições operacionais do sistema de adsorção em coluna de leito fixo com vista a futuras aplicações industriais.

ABSTRACT In this study, the kinetics and adsorption isotherms of phenol present in synthetic effluents were obtained in a batch reactor and fixed bed column, using adsorbent coconut shell activated carbon. The objective was to obtain the kinetic and equilibrium parameters of the process to simulate different operating conditions in a fixed bed adsorption column. The influence of the pH, adsorbent mass, initial phenol concentration, and three different temperatures for the batch reactor tests were evaluated. It was possible to work on the natural pH of the solution and the temperature increase indicated exothermic, favorable, and spontaneous adsorption. Both isotherm models (Langmuir and Freundlich) represented the experimental data (R2 ≈ 0.9). Approximate values of maximum adsorption capacity were found for the batch reactor and for the fixed bed column (qmax = 41.69 mg g-1 for the batch reactor and qmax = 41.98 mg g-1 for the fixed bed column). The Finite Volume method was used in the discretization of the mathematical equations and a computational algorithm was implemented in FORTRAN programming language. The computational code was validated with experimental data of this work (mean error of 13%) and it was possible to simulate different operational conditions of the fixed bed column adsorption system for future industrial applications.

Avaliação da degradação de formol do efluente gerado no laboratório de anatomia por biorreatores anaeróbios e mapeamento dos pontos críticos de controle / Evaluation of formalin degradation of effluent generated in the anatomy laboratory by anaerobic bioreactors and mapping of critical control points

Diante das estratégias de ensino e aprendizagem adotadas na disciplina de Anatomia da Escola de Enfermagem de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (EERP/USP), que requer a conservação de peças cadavéricas em solução de formol, no Laboratório Multidisciplinar são gerados significantes volumes de efluentes contendo este composto. Considerando as características tóxicas dessa substância, tanto aos seres vivos quanto ao meio ambiente, torna-se imprescindível o gerenciamento e tratamento deste resíduo gerado antes do descarte na rede coletora de esgotos. Embora diferentes métodos, sejam eles químicos ou biológicos, possam ser utilizados para promover o tratamento prévio ao descarte de soluções contendo formol, o uso de tratamentos biológicos, como o reator anaeróbio, possibilita o tratamento de grandes volumes de resíduos, gera menor exposição ocupacional e possui reduzido custo do processo. No ano de 2017 a EERP/USP implementou o Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF), dimensionado para atender grandes volumes de efluentes com solução de formol gerados na unidade. Neste contexto, este estudo inédito em escala industrial, além de monitorar a eficiência da remoção da solução de formol dos efluentes gerados do sistema de biorreatores também caracterizamos os pontos críticos de controle do processo de tratamento do RAHLF, durante o período de fevereiro a junho e de setembro a novembro do ano de 2020. Os resultados na entrada do RAHLF apresentaram uma média de 480,19 ± 116,06 mg.L-1, com amplitude amostral de 238,37 mg.L-1 a 774,60 mg.L-1, já na saída do RAHLF demonstraram média de 1,39 ± 0,56 mg.L-1, com amplitude amostral de 0,04 mg.L-1 a 2,32 mg.L-1, evidenciando assim a eficiência na degradação do formol pelos biorreatores em média de 99,70%. A partir dos dados foi evidenciado que além do desempenho satisfatório do RAHLF para o pré-tratamento de água residuária contendo formol, o reator também apresentou estabilidade de operação durante o desenvolvimento do estudo. Com o conhecimento de todas as etapas e dos pontos críticos do processo foi possível a organização do fluxograma do processo, desde o local gerador até a disposição do efluente para a rede coletora de esgoto municipal. A partir do fluxograma, foi possível desenvolver protocolo de operação, visando minimizar ao máximo potenciais ocorrências de falhas durante o processo. Este estudo gerou conhecimento que contribui para melhor compreensão da biotecnologia anaeróbia implantada para alcançar a degradação da solução de formol no efluente do Laboratório Multidisciplinar da EERP/USP. A implantação e funcionamento adequado do biodigestor refletem o compromisso socioambiental da universidade com a sociedade e com o meio ambiente, na busca de ações que promovam tanto a saúde pública quanto a sustentabilidade ambiental. Os resultados constituirão também uma base de dados para outros gestores de biodigestores implantados na universidade, sendo de grande importância para a continuidade de investigações relacionadas com o tratamento dos efluentes em laboratórios de ensino

For the development of teaching and learning strategies adopted in the discipline of Anatomy at the University of São Paulo at College of Nursing in Ribeirão Preto (CNRP/USP), which requires the preservation of cadaveric parts in a formaldehyde solution, the Multidisciplinary Laboratory generates significant volumes of effluents containing this compound. Considering the toxic characteristics of this substance, both to living beings and to the environment, it is essential to manage and treat this wastewater before its disposal in the sewage collection system. Although different methods, whether chemical or biological, can be used to promote treatment prior to disposal of solutions containing formaldehyde, the use of biological treatments, such as the anaerobic reactor, allows the treatment of large volumes of waste, generates less occupational exposure and has reduced process cost. In 2017, EERP/USP implemented the Anaerobic Horizontal Fixed Bed Reactor (AHFBR), dimensioned to supply large volumes of wastewater with a formaldehyde solution generated at the unit. In this context, this unprecedented study on an industrial scale, in addition to monitoring the efficiency of the removal of the formaldehyde solution from the effluents generated from the bioreactor system, we also characterized the critical control points of the AHFBR treatment process, during the period from February to June and from September to November of 2020. The results of the affluent of the AHFBR presented an average of 480.19 ± 116.06 mg.L-1, with a sample range of 238.37 mg.L-1 to 774.60 mg. L-1, already in the effluent of the AHFBR obtained average of 1.39 ± 0.56 mg.L-1, with a sample range of 0.04 mg.L-1 to 2.32 mg.L-1, thus evidencing the efficiency in formaldehyde degradation by bioreactors on average of 99.70%. From the data, it evidenced that in addition to the satisfactory performance of the AHFBR for the pre-treatment of wastewater containing formaldehyde, the reactor also showed operating stability during the development of the study. With the knowledge of all the steps and critical points of the process, it was possible to organize the process flowchart, from the generating site to the disposal of the effluent to the municipal sewage collection network. From the flowchart, it was possible to develop an operation protocol, aiming to minimize as many potential occurrences of failures during the process as possible. This study generated knowledge that contributes to a better understanding of the anaerobic biotechnology implemented to achieve the degradation of the formaldehyde solution in the effluent of the Multidisciplinary Laboratory at CNRP/USP. The implantation and proper functioning of the biodigester reflect the university's socio-environmental commitment to society and the environment, in the search for actions that promote both public health and environmental sustainability. The results will also constitute a database for other managers of biodigesters implemented at the university, being of great importance for the continuity of investigations related to the treatment of effluents in teaching laboratories

High-density culture of Vero cells in novel perfusion bioreactor system

Viruses are the obligatory intracellular parasites infecting microbes, plants, animals, and humans. They aredead outside host cell but can take-over the host’s cell machinery as soon as they are into it. Several studies oninhibitor compounds have been done for animal viruses including those that are affecting humans, but thereis inadequacy in terms of research and literature for plant viruses that are responsible for losses in crop yieldand quality loss all across the globe. This could be focal point to study plant viruses, their transmission andpathogenicity, and to establish widely used, effective, and advanced approaches for their control. The purposeof this review is to discuss various approaches to control plant viruses that have been developed and applied tocombat plant viral infections. We have divided these approaches into two categories conventional (meristemtip culture, cryotherapy, thermotherapy, and chemotherapy) and advanced (nucleic acid-based approacheslike RNA Silencing, cross-protection, transgenic plants, gene pyramiding, and protein-protein interaction).Moreover, we have discussed and compared the principles, methodologies, advantages, and disadvantages ofeach technique. The approaches have been explored to promote their application in best suited way on variousplants to control viral diseases and to improve food crops quality with increase in production.

OPTIMIZACIÓN DE PARÁMETROS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE RUPTURA EN LA ADSORCIÓN DE Cr(VI) SOBRE CÁSCARA DE CACAO / PARAMETER OPTIMIZATION FOR Cr(VI) ADSORPTION BREAKDOWN CURVES ONTO COCOA SHELL

RESUMEN El objetivo de la presente investigación fue evaluar la cáscara de la mazorca cacao (Theobroma cacao L.) para su uso en la adsorción de cromo hexavalente en solución acuosa, usando columna de lecho empacado, aplicando el método de superficie de respuesta (MSR), con el fin de determinar los valores óptimos de las variables incidentes en el proceso y, posteriormente, con estos valores, realizar los ensayos de adsorción. Se utilizó un diseño de experimentos compuesto central con puntos estrellas. La biomasa, se lavó, se secó, se disminuyó tamaño y se tamizó; los experimentos, se llevaron a cabo a 25°C, a diferentes tamaños de partícula, de caudal y de cantidad de biomasa, en columnas en sistema en continuo, obteniéndose un porcentaje de remoción de 39,16%, de Cr(VI). Al realizar los experimentos en sistema por lotes, se obtuvo que a tamaño de partícula 0,355mm, se favorece la adsorción. De los ensayos de adsorción en columna, utilizando los parámetros óptimos arrojados obtenidos por el MSR, se obtuvo un porcentaje de remoción de 62,65%, encontrando que los modelos de Yoon-Nelson y Thomas fueron los que ajustaron los datos experimentales de la curva de ruptura, con R2= 0,98. Se concluye que la cáscara de cacao es un buen precursor de bioadsorbentes y que las variables más influyentes en la adsorción de Cr(VI) en sistema por lotes y continuo son el tamaño de partícula y la altura del lecho.

SUMMARY The aim of the present investigation was to evaluate the cocoa shell (Theobroma cacao L.) for its use in the adsorption of hexavalent chromium in aqueous solution using packed bed column, applying the surface response method (SRM) in order to determine the optimum values of the variables involved in the process. The adsorption tests were carried out with these values. Was used a central composite experiment design with star points. The biomass was washed, dried, decreased size and sieved; the experiments were carried out at 25°C, at different particle sizes, flow rate and amount of biomass, in columns in continuous system; obtaining a percentage of removal of 39.16% of C (VI). Was obtained when performing the experiments in batch system that at a size of 0.355mm particle favors the adsorption. From the adsorption tests in the column using the optimum parameters obtained by the MSR, was obtained a removal percentage of 62.65%; finding that the models of Yoon-Nelson and Thomas were those that adjusted the experimental data of the rupture curve, with R2 =0.98. It's concluded that the cocoa shell is a good precursor of bioadsorbents and that the most influential variables in Cr (VI) adsorption in batch and continuous systems are particle size and bed height.

Adsorción de diésel en solución acuosa sobre aserrín cedro (cedrela odorata l) en columna de lecho fijo

Se evaluó el uso de aserrín de Cedro (Cedrela odorata L.) en la adsorción de diésel en solución acuosa. El potencial del aserrín como adsorbente en sistema continuo fue investigado, variando la cantidad de biomasa y el caudal, usando columnas de plástico transparente de diámetro 3,5 cm y una altura de 18,5 cm, con tiempo de contacto de 180 min, tomando alícuotas de 50 mL en diferentes intervalos. La medición de la concentración residual fue realizada por cromatografía de gases, donde se estableció la saturación de la columna a las mejores condiciones; se determinó que a los 600 minutos se llega a un equilibrio, en el cual posiblemente se produce una alta saturación de la biomasa, que alcanza una capacidad de 62,93mg/g. Esta fue determinada con el modelo de Thomas a un flujo de 0,1 mL/s y 4 g de aserrín de cedro.

The use of Cedar sawdust (Cedrela odorata L.) in the adsorption of diesel in aqueous solution was evaluated. Sawdust adsorbent potential in continuous system was analyzed, varying the amount of biomass and the flow rate, using transparent plastic columns of diameter 3.5 cm and 18.5 cm height, with a contact time of 180 min, taking aliquots of 50 mL in different intervals; the measurement of residual concentration was made through gas chromatography, finally, saturation of the column at the best conditions was established. Determining that at 600 minutes balance is reached, in which a high saturation of the biomass possibly occurs, reaching a capacity of 62.93mg / g determined with the Thomas model at a flow of 0.1 mL / s. 4 g of cedar sawdust.

Avaliou-se o uso de serragem de cedro (Cedrela odorata L.) na ad-sorção de diesel em solução aquosa. O potencial da serragem como adsorvente em um sistema contínuo foi investigado através da variação da quantidade de biomassa e a taxa de fluxo, utilizando colunas de plástico transparente de diâmetro de 3,5 cm e uma altura de 18,5 cm, com o tempo de contato de 180 minutos, tendo alíquotas de 50 mL em diferentes intervalos; a medição da concentração residual foi feita por cromatografia gasosa; finalmente, a saturação da coluna foi estabelecida nas melhores condições. Determinou-se que aos 600 minutos é alcançado um equilíbrio, no qual possivelmente ocorre uma alta saturação da biomassa, atingindo uma capacidade de 62,93mg / g, determinada com o modelo de Thomas a um fluxo de 0,1 mL / s. 4 g de serradura de cedro.

Desempenho de reator anaeróbio-aeróbio de leito fixo no tratamento de esgoto sanitário / Performance of anaerobic-aerobic packed-bed reactor in the treatment of domestic sewage

Este artigo relata a avaliação do desempenho de um reator anaeróbio-aeróbio, preenchido com espuma de poliuretano, para tratamento de esgoto sanitário. Inicialmente, foram testados diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH) no reator que operou apenas em condições anaeróbias. Em seguida, foi operado o reator combinado anaeróbio-aeróbio. O melhor resultado para o reator em operação exclusivamente anaeróbia foi para o TDH de 10 horas, no qual se conseguiu reduzir a DQO de 389 ± 70 mg/L para 137 ± 16 mg/L. Para o reator anaeróbio-aeróbio, a DQO foi reduzida de 259 ± 69 mg/L para 93 ± 31 mg/L para TDH de 12 h (6 h no estágio anaeróbio e 6 h no aeróbio). A comparação de todos os resultados obtidos evidenciou a importância do pós-tratamento aeróbio na remoção de parcela de matéria orgânica não removida em tratamento unicamente anaeróbio.

This paper reports on the performance evaluation of an upflow anaerobic-aerobic reactor, filled with polyurethane matrices, for domestic sewage treatment. Initially, different hydraulic retention times were assayed with the reactor operating exclusively in anaerobic condition. Afterwards, anaerobic-aerobic combined reactor was operated. The anaerobic operation with HRT of 10 h provided the best organic matter removal with COD reduction from 389 ± 70 mg/L to 137 ± 16 mg/L. Under anaerobic-aerobic condition, the COD dropped from 259 ± 69 mg/L to 93 ± 31 mg/L with HRT of 12 h (6 h in anaerobic and 6 h in aerobic stages). Finally, comparing all the obtained results, it was possible to verify the importance of the aerobic post treatment in the removal of part of the organic matter not removed in an exclusively anaerobic treatment.