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Title: Aplicação, aumento de escala e avaliação da viabilidade técnica e econômica da tecnologia bioadsorvente de arsênio preparada a partir do bagaço de cana-de-açúcar.
Authors: Ferreira Junior, Jorge Eduardo Garcia
metadata.dc.contributor.advisor: Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Soares, Liliane Catone
Keywords: Arsênio
Biomassa - bioadsorvente
Equações diferenciais lineares - escalonamento
Análise econômico-financeira
Issue Date: 2022
metadata.dc.contributor.referee: Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Soares, Liliane Catone
Speziali, Marcelo Gomes
Luna Wandurraga, Héctor Javier
Citation: FERREIRA JUNIOR, Jorge Eduardo Garcia. Aplicação, aumento de escala e avaliação da viabilidade técnica e econômica da tecnologia bioadsorvente de arsênio preparada a partir do bagaço de cana-de-açúcar. 2022. 160 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.
Abstract: O arsênio é um elemento tóxico presente em fontes de água superficial, subterrânea e efluentes industriais que pode ser removido pelo bioadsorvente de ânions (BAA) desenvolvido pelo Grupo de Físico-Química Orgânica (GFQO) da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) e preparado a partir do bagaço de cana-de-açúcar. A produção do BAA foi realizada a partir da modificação química do bagaço de cana, um resíduo da indústria sucroalcooleira, largamente produzido no Brasil. O desenvolvimento de tecnologias a partir de subprodutos industriais contribui com o surgimento de produtos sustentáveis com elevado valor agregado para o mercado. Testes em laboratório comprovaram o desempenho satisfatório do BAA para a remoção de arsênio em meio aquoso, o que permitiu a validação das características críticas, classificando a tecnologia no nível de maturidade tecnológica 4 (TRL 4). Foram identificadas duas demandas para a aplicação do BAA: i) tratamento de efluente contaminado por arsênio gerado por mineradoras de ouro; ii) tratamento de água subterrânea contaminada por arsênio utilizada como fonte alternativa de abastecimento pela população de Ouro Preto, Minas Gerais. Os testes realizados em modo contínuo mostraram que o BAA é uma opção de base renovável satisfatória, sendo necessária a remoção dos ânionsinterferentes, antes da aplicação da tecnologia para remoção de arsênio. O desempenho do BAA foi similar ao da alumina ativada, demonstrando que a eficiência de remoção de arsênio pelo BAA alcançou níveis suficientes para competir com outras tecnologias no mercado. O processo de obtenção do BAA foi mapeado e otimizado, possibilitando a remoção da etapa de extração em Soxhlet e a recuperação de solventes nas etapas de lavagem. Foram identificadas as possíveis rotas de produção verde e o controle de cada produto químico empregado na produção do BAA. O aumento de escala do processo produtivo do BAA foi realizado em reator de aço inoxidável 304, com produção de 49,3 g do material. O adsorvente apresentou ganho de massa e capacidade de adsorção de 20,5 % e 19 ± 2 mg g -1, respectivamente. Além disso, o espectro na região do infravermelho e o teor de N (1,22 %) sugerem que a modificação química ocorreu com sucesso, sendo necessários ajustes operacionais para o alcance dos parâmetros de referência. A análise econômico-financeira do modelo de negócio inicial com aumento de produção gradativo ao longo de cinco anos, considerando a planta piloto do GFQO e o mercado potencial para os dispositivos acopláveis aos filtros de barro, obteve valor presente líquido de R$ 269.654,59, considerando uma taxa mínima de atratividade de 20 %, taxa interna de retorno de 28 %, payback de 3,0 anos, payback descontado de 3,4 anos e ponto de equilíbrio de 1,6 ano.
metadata.dc.description.abstracten: Arsenic is a toxic element present in surface and ground water and industrial effluents that can be removed by the biosorbent of anions (BAA), developed by the Group of Physical Organic Chemistry (GFQO) from the Federal University of Ouro Preto (UFOP) and prepared from sugarcane bagasse. BAA was produced by chemical modification of sugarcane bagasse, a residue from the sugar-alcohol industry, largely produced in Brazil. The development of technologies from industrial by-products contributes to the emergence of sustainable products with high added-value for the market. Laboratory tests proved the satisfactory performance of BAA for the removal of arsenic from aqueous solution, which allowed the validation of critical characteristics, classifying the technology at Technology Readiness Level 4 (TRL 4). Two demands were identified for the application of BAA: i) treatment of effluent contaminated with arsenic generated by gold mining companies; ii) treatment of groundwater contaminated with arsenic used as an alternative source of water supply by the population of Ouro Preto city, Minas Gerais. The tests showed that BAA is a suitable renewable-base option to be applied in continuous mode, requiring the removal of interfering anions, before applying the technology for arsenic removal. The performance of BAA was similar to that showed by activated alumina, demonstrating that BAA reached an efficiency of arsenic removal able to compete with other technologies on the market. The process of BAA production was mapped and optimized, allowing the removal of the Sohxlet extraction step and the recovery of solvents in the washing steps. Possible green production routes, control, and inspection were identified for the chemical reagents used to produce BAA. The scale-up of the BAA production process was carried out in a 304 stainless steel reactor, with a production of 49.3 g of material. BAA showed a weight gain and an adsorption capacity of 20.5 % e 19 ± 2 mg g -1, respectively. In addition, the infrared spectrum and the N content (1.22 %) of BAA suggested that the chemical modification was successful accomplished, requiring operational adjustments to reach the reference parameters. The financial performance of the initial business model, with a gradual increase in production over five years, considering the GFQO pilot plant and the potential market for devices attachable to clay filters, obtained net present value of USD 51,955.95 (1 USD = 5,19 BRL), considering a weighted average capital cost of 20%, internal rate of return of 28 %, payback of 3.0 years, discounted payback of 3.4 years, and breakeven point of 1.6 years.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15933
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 16/12/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante.
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