Abstract in Portuguese:

RESUMO A água condensada (AC) é um resíduo rico em açúcar e elevada temperatura (40-55°C), gerado na produção de açúcar e etanol, cuja qualidade e volume de descarte variam significativamente. A digestão anaeróbia pode combinar a degradação de resíduos com a produção de energia, agregando valor. Esta pesquisa avaliou a produção de hidrogênio em um reator acidogênico termofílico (55°C) de leito fixo de fluxo ascendente, preenchido com meio de suporte de grânulos de polietileno de baixa densidade (PBD) visando à recuperação de energia a partir da AC. Foram avaliados a variação da taxa de carga orgânica volumétrica aplicada (COVa 6-72 kg-COD.m-3.d-1), por meio do aumento progressivo da DQO afluente, variando de 500 a 6.000 mg.L-1, simulando as características desse efluente durante uma safra (5,5 meses), o efeito da suplementação de metais e a comunidade microbiana envolvida no processo. A DQO continha carboidratos (de 120 ± 15 a 1.900 ± 100 mg.L-1) e ácidos orgânicos (de 250 ± 25 a 2.230 ± 210 mg.L-1). Foram observadas baixas conversões de carboidratos nas fases com DQO inferior a 4.207 ± 284 mg.L-1 e sem solução de metal, o que resultou em valores mínimos de fluxo molar e rendimento de H2. O maior rendimento de hidrogênio foi de 1,43 ± 0,65 mmol-H2.g-1-DQOr com COVa de 72,9 ± 2,8 kg-DQO.m-3.d-1 (DQO de 6.077 ± 232 mg.L-1), obtido com a adição de solução de metais. A análise de pirosequenciamento-454 mostrou que as condições operacionais beneficiaram a seleção de microrganismos associados à classe Clostridia (abundância de 57,1%) e a prevalência do gênero Coprothermobacter (40,3%), pertencente à ordem Thermoanaerobacter.

Abstract in English:

ABSTRACT Condensed water (CW) is a sugar-rich, high-temperature (40-55°C) waste product from the sugar and ethanol industry whose quality and disposal volume vary significantly. Anaerobic digestion can combine waste degradation with energy production, adding value. This research evaluated the hydrogen production in a thermophilic acidogenic reactor (55°C) using CW, aiming at energy recovery from this by-product. The variation of the applied volumetric organic loading rate (OLRa—6–72 kg-COD.m–3.d–1), through the progressive increase of the influent COD varying from 500 to 6,000 mg.L–1, simulating the characteristics of this wastewater during a season (5.5 months), and the effect of metal supplementation were assessed, as was the microbial community involved in the process, using an ascending-flow fixed-bed reactor filled with a support medium of low-density polyethylene granules (PBD). The COD contained carbohydrates (from 120 ± 15 to 1,900 ± 100 mg.L–1) and organic acids (from 250 ± 25 to 2,230 ± 210 mg.L–1). Low carbohydrate conversions were observed in the phases with COD lower than 4,207 ± 284 mg.L–1 and without metal solution, which resulted in minimum molar flow and H2 yield values. The highest hydrogen yield was 1.43 ± 0.65 mmol-H2.g–1-CODr with OLRa of 72.9 ± 2.8 kg-COD.m–3.d–1 (COD of 6,077 ± 232 mg.L–1), obtained from the addition of metals solution. Pyrosequencing-454 analysis showed that operational conditions benefited the selection of microorganisms associated with the Clostridia class (abundance of 57.1%) and prevalence of the genus Coprothermobacter (40.3%), belonging to the order Thermoanaerobacter.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Filtros facilitam a remoção de sedimentos pegajosos e evitam o entupimento de linhas de gotejamento e emissores, mantendo assim uma operação estável do sistema de microirrigação. Neste estudo, foram realizados, primeiramente, experimentos com modelos físicos. No experimento, utilizando a teoria de sedimentos de camada rasa e os princípios das características de assentamento de partículas viscosas, foi analisada e investigada a influência de diferentes espaçamentos entre lamelas na eficiência de separação água-sedimentos sob condições de trabalho realistas. Além disso, foram realizadas simulações numéricas utilizando o modelo de mistura e os modelos RNG no software CFX para complementar e verificar os resultados experimentais. Finalmente, foi utilizado o método de regressão de projeção e perseguição para verificação. Por meio das simulações numéricas, foram estudados o campo de fluxo bifásico água-sedimento e a concentração volumétrica de sedimentos, foi investigada a influência das lamelas e de diferentes espaçamentos entre lamelas na eficiência de separação água-sedimentos do dispositivo de separação por lamelas (GPSD), e foi ainda mais explorado o melhor espaçamento entre lamelas do GPSD. Os resultados mostraram que os GPSDs tiveram melhor desempenho que os tubos comuns na separação água-sedimentos. Não havia diferença significativa no efeito de separação água-sedimentos quando o espaçamento entre lamelas era menor que 50 mm. Levando-se em conta tanto a eficiência de separação água-sedimentos quanto os benefícios econômicos na engenharia prática, o melhor espaçamento entre lamelas foi determinado como 50 mm. Comparado com GPSDs com espaçamentos entre lamelas de 80 e 110 mm, a eficiência de separação água-sedimentos do GPSD com um espaçamento entre lamelas de 50 mm foi 1,21-1,42 e 1,35-1,77 vezes maior, atingindo uma eficiência máxima de 35,41%. O filtro GPSD é pequeno em tamanho, simples em estrutura e altamente econômico.

Abstract in English:

ABSTRACT Filters facilitate the removal of sticky sediments and prevent clogging of drip lines and emitters, thereby sustaining stable micro-irrigation system operation. In this study, physical model experiments were carried out at first. In the experiment, utilizing the shallow layer sediment theory and the principles of settling characteristics of viscous particles, the influence of different gill-piece spacing on water–sediment separation efficiency was analyzed and investigated under realistic working conditions. Furthermore, numerical simulations were performed using the mixture model and RNG k – ɛ models within the CFX software to supplement and verify the experimental results. Finally, the projection pursuit regression method is used for verification. Through the numerical simulations, the water–sediment two-phase flow field and volume concentration of sediment were studied, the influence of gill-pieces and different gill-piece spacing on the water–sediment separation efficiency of the gill-piece separation device (GPSD) was investigated, and the optimal gill-piece spacing of the GPSD was further explored. The results showed that GPSDs performed better than ordinary tubes in water–sediment separation. There was no significant difference in the water–sediment separation effect when the gill-piece spacing was less than 50mm. By taking both the water–sediment separation efficiency and economic benefits into consideration in practical engineering, the optimal gill-piece spacing was determined to be 50mm. Compared to GPSDs with gill-piece spacings of 80 and 110 mm, the water–sediment separation efficiency of the GPSD with a gill-piece spacing of 50 mm was 1.21–1.42 and 1.35–1.77 times higher, reaching a peak efficiency of 35.41%. The GPSD filter is small in size, simple in structure, and highly cost effective.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A presença de íons fluoreto nas águas subterrâneas utilizadas para abastecimento público pode expor grande parte da população mundial a problemas de saúde, incluindo a deterioração de dentes e ossos. Nesse contexto, as atividades agrícolas relacionadas ao cultivo do tabaco envolvem o uso intensivo de fertilizantes fosfatados, que contêm quantidades significativas de fluoreto. Assim, a aplicação desses fertilizantes, aliada às chuvas e à irrigação das plantações, contribui para o aumento dos níveis de fluoreto nas águas subterrâneas. Neste estudo, um resíduo da cadeia produtiva do tabaco, o caule, foi utilizado como suporte para a síntese de um composto trimetálico de alumínio, cálcio e zinco (Al-Ca-Zn), denominado Al-Ca-Zn-tab. Esse material se apresenta como um adsorvente alternativo, obtido a partir da reciclagem de um resíduo agrícola. A síntese do Al-Ca-Zn-tab envolveu duas etapas principais: impregnação e pirólise do material a 500°C. A análise da Superfície de Resposta indicou um efeito positivo da dosagem do adsorvente, enquanto o pH não influenciou significativamente a adsorção. A eficiência de remoção de fluoreto atingiu 71,7%, com acúmulos reais de até 2,78 mg g 1 e máximos de 13,59 mg g 1. A adsorção do fluoreto na superfície do Al-Ca-Zn-tab seguiu a isoterma de Freundlich e o modelo cinético de ordem geral. Além disso, os dados termodinâmicos indicaram a predominância de fenômenos de fisissorção, com características exotérmicas. O mecanismo de adsorção proposto baseia-se na troca iônica dos grupos hidroxila superficiais presentes em óxidos e hidróxidos, combinada com interações hidrostáticas decorrentes da presença de cátions bi e trivalentes.

Abstract in English:

ABSTRACT The presence of fluoride ions in groundwater used for public supply may expose a large portion of the world's population to the deterioration of teeth and bones, among other health issues. Within this context, the agricultural activities related to tobacco imply the use of large amounts of phosphate fertilizers, which contain significant residual amounts of fluoride. Thus, fertilizer application combined with rainfall and irrigation of tobacco crops contributes to high fluoride levels in groundwater. In this study, a residue from the tobacco production chain, the tobacco stems, was utilized as a support medium for synthesizing an Al-Ca-Zn trimetallic compound, referred to as Al-Ca-Zn-tab. It presents an alternative adsorbent based on the recycling of an agricultural residue. The main steps involved in the Al-Ca-Zn-tab synthesis were impregnation and pyrolysis of the material at 500°C. The response surface analysis demonstrated the positive and increasing effect of the adsorbent concentration, while the pH did not significantly affect the adsorption. The efficiencies of fluoride removal reached up to 71.7%, with actual accumulations of up to 2.78 mg g−1 and maximum accumulations of 13.59 mg g−1. The fluoride adsorption on the Al-Ca-Zn-tab followed the Freundlich isotherm and the general-order kinetic model. Moreover, thermodynamic data suggested the predominance of the physisorption phenomenon with exothermic characteristics. Finally, the proposed adsorption mechanism is based on the ion exchange of the surface hydroxyl groupings of the oxides and hydroxides, along with hydrostatic interactions resulting from the presence of bi- and trivalent cations.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Vários estudos têm se concentrado em materiais cimentícios alternativos para reduzir as emissões globais de gases de efeito estufa (GEE). Este artigo tem como objetivo avaliar a contribuição da substituição parcial do cimento Portland por resíduos de construção civil de cerâmica vermelha (RCCCV) na mitigação dos GEE, por meio da Análise de Ciclo de Vida (ACV). Os impactos foram analisados considerando teores de substituição do cimento pelo RCCCV de 0, 5, 10, 20 e 40%, para concretos com resistências à compressão de 30 MPa (C30) e 45 MPa (C45). A fronteira do sistema adotada foi cradle-to-gate, e os dados do inventário foram processados no software OpenLCA 1.10.3, utilizando a base de dados Ecoinvent 3.7.1. As análises foram conduzidas pelo método CML-IA baseline, abordagem midpoint, para as categorias "Potencial de Aquecimento Global" e "Depleção da Camada de Ozônio", e pelo método Cumulative Energy Demand para o cálculo da "Energia Incorporada". Os resultados indicaram uma redução de 26% nos impactos ambientais em todas as categorias analisadas com o aumento do teor de substituição. Além disso, a variação entre os concretos C30 e C45 com 40% de substituição foi de aproximadamente 3%. A fabricação das matérias-primas e o transporte (analisados em conjunto) foram os principais responsáveis pelas emissões de GEE.

Abstract in English:

ABSTRACT Several studies have focused on alternative cementitious materials to reduce global greenhouse gas (GHG) emissions. The aim of this study was to analyze the contribution of the partial substitution of Portland cement by red ceramic construction waste (RCCW) in the reduction of GHGs, through the life cycle assessment (LCA). The impacts were analyzed by varying the levels of substitution of cement by RCCW at 0, 5, 10, 20, and 40% and compressive strengths of 30 (C30) and 45 (C45) MPa. The system boundary adopted was "cradle to gate," and the inventory data were processed in OpenLCA 1.10.3 software and Ecoinvent 3.7.1 database, using the "CML-IA baseline" method with midpoint approach, for the global warming potential and ozone depletion categories, and the "cumulative energy demand" method for calculating embodied energy. The results showed a 26% reduction in environmental impacts in all categories analyzed with an increasing substitution content and, the variation was of approximately 3% between the C30 and C45 concretes with 40% substitution. The manufacturing of raw materials and transportation (processes analyzed together) showed a greater influence on GHG emissions.

Abstract in Portuguese:

Resumo Este artigo examina a aplicação do processo de hidrólise externa de lodo (ESHP), incluindo o processo de hidrólise térmica, o processo de hidrólise biológica e a hidrólise termoalcalina, no tratamento de sólidos em estações de tratamento de águas residuais. O objetivo é avaliar os benefícios e desafios associados ao ESHP, com foco em seu impacto nos balanços de massa e energia da fase sólida, obtidos por meio da aplicação de um modelo matemático simplificado, alimentado com dados da literatura. Este estudo emprega uma modelagem simplificada da fase sólida, considerando o ESHP, a digestão anaeróbia, a desidratação do lodo e a secagem térmica. Os parâmetros de projeto são baseados em estimativas conservadoras da literatura. As análises indicam que a otimização do processo pode reduzir significativamente a demanda energética, especialmente por meio da diminuição do teor de água nos processos da fase sólida, que são grandes consumidores de energia térmica. Os resultados mostram que o ESHP oferece vantagens significativas, incluindo o aumento da capacidade da infraestrutura e a otimização do consumo energético. Esse processo permite que as plantas sequem termicamente todo o lodo sem depender de fontes externas de energia, como o gás natural. Além disso, viabiliza uma maior extração de energia do lodo seco por meio de tecnologias térmicas mais limpas, como a pirólise. O estudo também destaca a importância do ajuste do teor de sólidos no lodo para aprimorar os balanços de massa e energia. Em conclusão, o ESHP melhora o desempenho do tratamento de lodo, resultando em uma redução de mais de 20% na produção de torta de lodo e em uma diminuição de 7 a 25% no volume de lodo seco termicamente. Essas descobertas fornecem insights valiosos para concessionárias e demais partes interessadas envolvidas no projeto e na operação de estações de tratamento de águas residuais, com foco na otimização dos balanços de massa e energia, além da eficiência de custos.

Abstract in English:

ABSTRACT This article examines the application of external sludge hydrolysis processes (ESHP), such as thermal hydrolysis process (THP), biological hydrolysis process (BHP), and thermal alkaline hydrolysis (TAH), in the treatment of solids at wastewater treatment plants. The aim of this study was to evaluate the benefits and challenges associated with ESHP, focusing on its impact on the mass and energy balances of the solid phase. This evaluation is carried out suing a simplified mathematical model fed with data from the literature. This study uses simplified modeling of the solid phase, considering ESHP, anaerobic digestion, sludge dewatering, and thermal drying. The design parameters are based on conservative estimates from the literature. The findings indicate that enhanced process performance can significantly reduce energy demand, especially by lowering the water content in solid-phase processes, which is a major contributor to thermal energy consumption. The results show that ESHP offers significant advantages, including increased infrastructure capacity and energy optimization. This process allows plants to thermally dry all sludge without relying on external energy sources such as natural gas. Moreover, it facilitates greater energy extraction from dried sludge using cleaner thermal technologies like pyrolysis. The study also emphasizes the importance of adjusting the solids content in sludge or, alternatively, directing the energy flow first to the waste activated sludge (WAS) to perform hydrolysis. This adjustment aims to improve the overall mass and energy balances. In conclusion, ESHP enhances sludge treatment performance, leading to more than a 20% reduction in sludge cake production and a 7–25% decrease in thermally dried sludge.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A urgência para a readequação dos modelos de produção e consumo é destacada pela crescente demanda por recursos naturais e a intensa degradação ambiental. Este quadro é agravado pela rápida evolução tecnológica, resultando em uma quantidade significativa de Resíduos de Equipamentos Eletroeletrônicos (WEEE) descartados inadequadamente. A implementação de sistemas reversos é identificada como uma alternativa para mitigar os danos ambientais causados pelo descarte inadequado dos WEEE, promovendo a Economia Circular. Esta pesquisa teve como objetivo caracterizar o atual contexto da literatura referente às responsabilidades em Cadeias de Suprimentos Reversas de WEEE. Por meio de uma revisão sistemática da literatura, foram selecionadas publicações nas bases Scopus, Science Direct e Web of Science para a investigação sobre o tema. Os resultados identificaram responsabilidades na esfera da “Gestão e Operação”, “Integração”, “Legal”, “Econômica”, “Materiais”, “Tecnológica” e “Capacitação”. Ao concluir esta pesquisa, delineou-se o panorama atual das publicações que abordam as responsabilidades relacionadas à Cadeias de Suprimentos Reversas de WEEE. Este levantamento contribuiu para identificar lacunas e oportunidades destinadas ao avanço de novas pesquisas, além de estimular desenvolvimentos substanciais na literatura sobre o tema.

Abstract in English:

ABSTRACT The urgency for a redefinition in production and consumption models is highlighted by the growing demand for natural resources and the intense environmental degradation, exacerbated by rapid technological evolution, resulting in a significant quantity of improperly discarded Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE). The implementation of reverse systems is identified as an alternative to mitigate environmental damage from the improper disposal of WEEE, promoting the circular economy. This research aims to characterize the current literature context regarding responsibilities in reverse supply chains of WEEE. Through a systematic literature review, articles were selected from Scopus, ScienceDirect, and Web of Science for investigation. The results identified responsibilities in the realms of “Management and Operation,” “Integration,” “Legal,” “Economic,” “Product and Waste,” “Technological,” and “Capacity.” Concluding this research, the current landscape of papers addressing responsibilities related to the reverse supply chain of WEEE, as discussed in the literature, has been outlined. This survey significantly contributes to identifying gaps and opportunities for advancing new research, as well as fostering substantial developments in the literature on the subject.

Abstract in English:

ABSTRACT This article examines the future of rainwater recycling through a study of numerous scholarly articles, research papers, and studies on rainwater collection, its advantages, potential health hazards, and environmental consequences. Rainwater collecting systems have gained popularity as feasible alternatives to traditional water resources because of their ability to alleviate water scarcity. A comprehensive search of peer-reviewed journal articles from 2004 to 2024 was conducted using Medline, PubMed, EBSCOhost, and Google Scholar, with specific search terms and Boolean operators. The assessment explores the importance of effective disinfection and filtration technologies for reducing microbiological pollutants. It also addresses the effects of toxic contaminants, such as heavy metals, highlighting the necessity of efficient management techniques. The review provides insights into optimising rainwater collection practices for better sustainability and resilience against the impacts of climate change by evaluating regional variances and global regulatory frameworks. This paper advocates for integrated approaches that are aligned with global water security goals and sustainable development objectives by providing information to policymakers, academics, and practitioners regarding the state and future directions of rainwater recycling.