https://hdl.handle.net/1884/39824 anterior a 2002, ver Programa de Pós-Graduação em Engenharia Hidráulica Sat, 13 Jun 2026 00:25:08 GMT 2026-06-13T00:25:08Z https://hdl.handle.net/1884/105278 Avaliação de sistemas térmicos de secagem e higienização como uma alternativa sustentável para a gestão do lodo de esgoto e biogás Resumo: A gestão do lodo de esgoto representa um dos principais desafios técnicos, ambientais e energéticos do setor de saneamento, especialmente diante da necessidade de reduzir volumes, assegurar higienização, recuperar energia e ampliar as possibilidades de valorização do resíduo. Nesta tese, avaliou-se a sustentabilidade de sistemas térmicos de secagem e higienização do lodo de esgoto, articulando abordagens experimentais, operacionais e ambientais. O estudo foi estruturado em quatro etapas inter-relacionadas: investigação, em escala de bancada e piloto, da influência do pré-tratamento térmico brando sobre a desaguabilidade do lodo anaeróbio, com vistas à proposição do Sistema Térmico de Higienização do Lodo (STHIL) para ETEs de pequeno porte; elaboração do inventário de produção de lodo e biogás em uma ETE de grande porte dotada de reatores UASB; monitoramento operacional de um secador rotativo em escala plena; e avaliação ambiental de diferentes rotas de gestão do lodo e do biogás por meio da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Os resultados mostraram que o pré-tratamento térmico alterou o comportamento físico do lodo, reduzindo sua viscosidade aparente e tixotropia. Em bancada, a condição de 70 °C apresentou o melhor desempenho por centrifugação, com incremento de 15,21% no teor de sólidos da torta, enquanto, em escala piloto, o aquecimento favoreceu a liberação inicial de água, sem promover ganhos consistentes na eficiência global de desaguamento em leitos, embora sem prejuízo técnico-operacional relevante. Na ETE estudada, a baixa eficiência dos reatores UASB limitou a produção de biogás e o potencial de recuperação energética. Ainda assim, em condições reais de operação, a integração entre biogás e lodo seco permitiu suprir aproximadamente 97% da demanda térmica do secador. O lodo seco produzido apresentou cerca de 88,8% de sólidos totais, estabilidade, conformidade microbiológica compatível com biossólido Classe A segundo a regulamentação brasileira e atributos agronômicos relevantes, embora sua valorização agrícola em maior escala esteja condicionada ao controle do zinco associado aos insumos empregados no tratamento físico químico do esgoto. O secador operou com consumo específico real de calor de 3,89 MJ/kg de água removida, compatível com sistemas em escala plena, e as emissões atmosféricas mantiveram-se em conformidade com a legislação aplicável, inclusive nas condições de co combustão com lodo seco. A ACV indicou que os sistemas térmicos avaliados constituem alternativa ambientalmente promissora em relação à rota convencional, com destaque para as configurações que combinam recuperação energética do lodo seco e aproveitamento agrícola das cinzas. Em conjunto, os achados demonstram que a secagem térmica, analisada de forma integrada sob os enfoques operacional, energético e ambiental, configura uma rota tecnicamente consistente e ambientalmente favorável para a gestão sustentável do lodo de esgoto; Abstract: Sewage sludge management is one of the main technical, environmental, and energy-related challenges in the sanitation sector, particularly in view of the need to reduce volumes, ensure hygienization, recover energy, and expand opportunities for sludge valorization. This thesis evaluated the sustainability of thermal drying and hygienization systems for sewage sludge by integrating experimental, operational, and environmental approaches. The study was structured into four interrelated stages: investigation, at bench and pilot scales, of the influence of mild thermal pretreatment on the dewaterability of anaerobic sludge, aiming at the proposition of the Thermal Sludge Hygienization System (STHIL) for small wastewater treatment plants; development of an inventory of sludge and biogas production in a large-scale wastewater treatment plant equipped with UASB reactors; operational monitoring of a full-scale rotary dryer; and environmental assessment of different sludge and biogas management routes through Life Cycle Assessment (LCA). The results showed that thermal pretreatment altered the physical behavior of the sludge, reducing its apparent viscosity and thixotropy. At bench scale, the condition of 70 °C provided the best centrifugation performance, with a 15.21% increase in cake solids content, whereas at pilot scale the heating favored the initial release of water, without promoting consistent gains in overall dewatering efficiency in drying beds, although without relevant technical-operational impairment. In the studied wastewater treatment plant, the low efficiency of the UASB reactors limited biogas production and energy recovery potential. Even so, under real operating conditions, the integration of biogas and dried sludge supplied approximately 97% of the dryer thermal demand. The dried sludge produced showed about 88.8% total solids, stability, microbiological compliance compatible with Class A biosolids according to Brazilian regulations, and relevant agronomic attributes, although its broader agricultural valorization depends on controlling zinc associated with the inputs used in physicochemical wastewater treatment. The dryer operated with an actual specific heat consumption of 3.89 MJ/kg of water removed, compatible with full-scale systems, and atmospheric emissions remained compliant with the applicable legislation, including under sludge co-combustion conditions, although this led to increased emission rates of total particulate matter and NO2. The LCA indicated that the evaluated thermal systems constitute an environmentally promising alternative to the conventional route, especially the configurations combining energy recovery from dried sludge with the agricultural use of ashes. Overall, the findings demonstrate that thermal drying, when assessed from integrated operational, energy, and environmental perspectives, represents a technically consistent and environmentally favorable route for sustainable sewage sludge management Orientador: Prof. Dr. Miguel Mansur Aisse; Coorientador: Dr. Gustavo Rafael Collere Possetti; Banca: Miguel Mansur Aisse (Presidente da Banca), Gustavo Rafael Collere Possetti, Sandro José Froehner, Marcelo Risso Errera, Karina Guedes Cubas do Amaral e Adalberto Noyola Robles; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 28/04/2026; Inclui referências Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/105278 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/102095 Qualidade da água e ocorrência de drogas ilícitas em águas superficiais de Curitiba – PR : estudo de caso nos rios Atuba e Belém Resumo: As drogas ilícitas são compostos orgânicos persistentes pertencentes à classe dos contaminantes emergentes. Essas substâncias atingem os ambientes aquáticos principalmente por meio do lançamento de esgotos domésticos, tratados ou não, em decorrência da ineficiência dos sistemas de tratamento de esgoto convencionais na sua completa remoção. Embora a presença das drogas ilícitas em recursos hídricos venha sendo relatada na literatura em diferentes regiões do mundo, o comportamento dessas substâncias ainda é pouco compreendido em território nacional, existindo pouco dados a respeito de sua ocorrência em águas superficiais do Sul do Brasil, especialmente associados, de maneira integrada, a parâmetros de qualidade da água. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo investigar a ocorrência de drogas ilícitas, incluindo cocaína e estimulantes do tipo anfetamina, em águas superficiais dos rios Atuba e Belém, localizados no município de Curitiba (Paraná, Brasil), bem como avaliar sua relação com parâmetros físicos e químicos e com a cafeína, utilizada como marcador de influência antrópica. Foi realizada uma única campanha de amostragem, sendo definidos três pontos de monitoramento ao longo de cada rio, contemplando diferentes níveis de urbanização. As amostras foram analisadas quanto a parâmetros clássicos de qualidade da água, conforme metodologias descritas no Standard Methods, enquanto os contaminantes emergentes foram determinados por extração em fase sólida (SPE), seguida de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas em tandem (LC-MS/MS). Os dados foram submetidos à análise estatística por correlação de Pearson para avaliação de possíveis associações entre as variáveis. Os resultados confirmaram a presença de cocaína, benzoilecgonina e cafeína em 100% dos pontos amostrais, com variações espaciais associadas ao grau de urbanização e lançamentos de esgotos domésticos. As concentrações variaram de 10 a 242 ng L-1 para cocaína, 250 a 829 ng L-1 para benzoilecgonina e 81 a 1246 ng L-1 para cafeína. Em contrapartida, as anfetaminas não foram detectadas nas amostras analisadas. Os parâmetros físicos e químicos indicaram condições críticas de qualidade da água, com destaque para baixos teores de oxigênio dissolvido e elevadas concentrações de nutrientes, os quais apresentaram correlações significativas com os contaminantes emergentes detectados, evidenciando a influência antrópica nos trechos mais impactados. As concentrações de drogas ilícitas detectadas situaram-se em faixas semelhantes às reportadas em estudos prévios de ecotoxicidade, sugerindo risco potencial à biota aquática sob exposição crônica. De maneira geral, os resultados evidenciam a degradação ambiental dos rios Atuba e Belém e demonstram a aplicabilidade do monitoramento de contaminantes emergentes, incluindo drogas ilícitas, como ferramenta complementar para avaliação da qualidade da água e da pressão antrópica em ambientes urbanos, fornecendo subsídios relevantes para a gestão ambiental e para ações integradas de saúde e segurança pública; Abstract: Illicit drugs are persistent organic compounds belonging to the class of emerging contaminants. These substances reach aquatic environments primarily through the discharge of domestic sewage, treated or untreated, due to the inefficiency of conventional sewage treatment systems in their complete removal. Although the presence of illicit drugs in water resources has been reported in the literature across different regions of the world, the behavior of these substances remains poorly understood at the national level, with limited data available regarding their occurrence in surface waters of Southern Brazil, especially regarding integrated assessments with water quality parameters. In this context, this study aimed to investigate the occurrence of illicit drugs, including cocaine and amphetamine-type stimulants, in the surface waters of the Atuba and Belém rivers, located in Curitiba (Paraná, Brazil), as well as to evaluate their relationship with physical and chemical parameters and caffeine, used as a marker of anthropogenic influence. A single sampling campaign was conducted, with three monitoring points defined along each river to represent different levels of urbanization. Samples were analyzed for classic water quality parameters according to methodologies described in Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, while emerging contaminants were determined by solid-phase extraction (SPE) followed by liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Data were subjected to Pearson correlation statistical analysis to evaluate potential associations between variables. Results confirmed the presence of cocaine, benzoylecgonine, and caffeine in 100% of the sampling sites, with spatial variations associated with the degree of urbanization and domestic sewage discharges. Concentrations ranged from 10 to 242 ng L-1 for cocaine, 250 to 829 ng L-1 for benzoylecgonine, and 81 to 1246 ng L-1 for caffeine. In contrast, amphetamines were not detected in any samples. Physical and chemical parameters indicated critical water quality conditions, notably low dissolved oxygen levels and high nutrient concentrations, which showed significant correlations with the detected emerging contaminants, evidencing anthropogenic influence in the most impacted stretches. The detected illicit drug concentrations were within ranges similar to those reported in previous ecotoxicity studies, suggesting a potential risk to aquatic biota under chronic exposure. Overall, the results highlight the environmental degradation of the Atuba and Belém rivers and demonstrate the applicability of monitoring emerging contaminants as a complementary tool for assessing water quality and anthropogenic pressure in urban environments, providing relevant data for environmental management and integrated health and public safety actions Orientador: Prof. Dr. Júlio César Rodrigues de Azevedo; Coorientadora: Dra. Isabella Ferreira Melo; Banca: Júlio César Rodrigues de Azevedo (Presidente da Banca), Miguel Mansur Aisse, Renata Ruaro; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 05/02/2026; Inclui referências; Área de concentração: Engenharia Ambiental Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/102095 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/66353 Análise da influência das características geomorfológicas sobre as vazões máximas em bacias hidrográficas no estado do Paraná Resumo: Entre a ocorrência da precipitação e a formação das vazões, existem diversos processos hidrológicos que ocorrem de forma subjacente. As características da forma do relevo das bacias hidrográficas (BH), objeto de estudo da ciência geomorfológica, exercem influência sobre estes processos e consequentemente podem atuar como controle dominante nas respostas hidrológicas. Nesta dissertação, é levantada a hipótese de que as vazões máximas em diferentes bacias hidrográficas do Estado do Paraná apresentam variações na sua magnitude em razão da influência das características geomorfológicas. As diversas variáveis utilizadas para caracterizar as bacias hidrográficas podem ser relacionadas à escala, morfometria, topografia, aos sistemas de drenagem, dentre outros, e apresentam variações conforme as condições locais. Nesse sentido, a outra hipótese levantada é que determinadas características exercem maior influência sobre a magnitude das vazões máximas. Para avaliar estas hipóteses, foram selecionadas 53 bacias hidrográficas monitoradas e localizadas nas quatro principais bacias hidrográficas do Estado do Paraná (rios Iguaçu, Ivaí, Tibagi e Piquiri). Para cada bacia foram extraídas 25 características geomorfológicas que potencialmente afetam as vazões máximas, relacionadas à escala, forma, topografia e rede de drenagem. Os modelos de regressão múltipla foram utilizados para correlacionar variáveis e, portanto, para avaliar a influência das características geomorfológicas sobre as vazões máximas. Dessa maneira, a partir da matriz de características geomorfológicas, utilizou-se técnicas multivariadas para obtenção de um novo conjunto de dados (escores fatoriais) que apresentam correlações nulas ou baixas entre si, sendo essas utilizadas como variáveis explicativas. Quanto aos parâmetros do escoamento, foram utilizadas as distribuições de probabilidade Generalizada de Valores Extremos (GEV) e Gumbel para obtenção das vazões com tempos de recorrência de 2, 5, 10, 100 e 1000 anos a partir das séries históricas de vazões máximas anuais consistidas, estacionárias e homogêneas. Os resultados indicaram que, com exceção da BH Tibagi, para uma mesma bacia hidrográfica, as vazões com diferentes tempos de recorrência são explicadas pelas mesmas características geomorfológicas. Para a BH Tibagi, há variação das características determinantes conforme o tempo de recorrência considerado. Verificou-se também que as características que influenciam as vazões máximas apresentam variação conforme a bacia hidrográfica. À exceção da BH Piquiri, a metodologia utilizada neste estudo também destaca que quanto maior a severidade das cheias, menos elas são explicadas pelas características geomorfológicas. Os resultados desta dissertação demonstram os padrões complexos relacionados às respostas hidrológicas das bacias hidrográficas, justificados pela heterogeneidade espacial, temporal e as diferenças de escalas consideradas, e reafirmam a necessidade de estudos regionais para a compreensão dos processos subjacentes dominantes na explicação da variação das vazões máximas. Palavras-chaves: Geomorfologia. Vazões máximas. Estatística multivariada. Regressão múltipla exploratória.; Abstract: Between the occurrence of precipitation and the formation of flows, there are several hydrological processes that occur in an underlying way. The basin's relief characteristics, object of geomorphological science studies, have a role influencing these processes and consequently can act as dominant control in the hydrological responses. In this dissertation, it was considered the hypothesis that the maximum flow rate in different basins of the State of Paraná could have variations in their magnitude due to the influence of the geomorphological characteristics. The different variables used to characterize river basins can be related to scale, morphometry, topography, drainage systems, among others, and present variations according to local conditions. In this sense, another hypothesis was raised, that certain characteristics have a greater influence on the magnitude of the maximum flows. To evaluate these hypotheses, 53 gauged basins, located in the four main basins of the State of Paraná (Iguaçu, Ivaí, Tibagi and Piquiri rivers) were selected. For each basin, 25 geomorphological characteristics that could potentially affect the maximum flows, related to scale, shape, topography and drainage network, were extracted. The multiple regression models are suitable to correlate variables and, therefore, to evaluate the influence of geomorphological characteristics on maximum flows. Therefore, from the matrix of geomorphological characteristics, it was used multivariate techniques to obtain a new set of data (factorial scores) that present null or low correlations, being used as explanatory variables. For the flow parameters, the Generalized Values of Extreme Values (GEV) and Gumbel probability distributions model were used to obtain the flows with recurrence intervals of 2, 5, 10, 100 and 1000 years from the consistent, stationary and homogeneous historical series of maximum annual flows. The results indicated that, with the exception of BH Tibagi, for the same basin, the flows with different recurrence intervals are explained by the same geomorphological characteristics. For BH Tibagi, there are variations of the determining characteristics according to the recurrence intervals considered. It was also verified that the characteristics that influence the maximum flows vary according to the river basin. With the exception of BH Piquiri, the methodology used in this study also highlights that the stronger the severity of flooding, the less it is explained by geomorphological characteristics. The results of this study demonstrate the complex patterns related to the hydrological responses of the hydrographic basins, justified by the spatial heterogeneity, temporal and the differences of scales considered, and reaffirm the need for regional studies to understand the dominant underlying processes in the explanation of the variation of the maximum flows. Keywords: Geomorphology. Maximum flow. Multivariate statistics. Exploratory Regression. Orientador: Prof. Dr. Júlio Gomes; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 17/06/2019; Inclui referências: p. 131-137 Tue, 01 Jan 2019 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/66353 2019-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98434 Implementação de modelo hidrodinâmico e de transporte de sedimentos após engordamento artificial de areia na orla de Matinhos-PR Resumo: O município de Matinhos-PR passou por um intenso processo de alteração da sua orla com o intuito de controlar as severas erosões que a infraestrutura da cidade sofria em decorrência de ressacas, especialmente nas marés de sizígia. Este estudo busca a implementação de um modelo hidrodinâmico, associado ao modelo de geração e propagação de ondas SWAN, para simular o transporte de sedimentos no litoral de Matinhos-PR após a realização de uma alimentação artificial de areia e da construção de estruturas marítimas perpendiculares à linha de costa para sua proteção, com o objetivo de estimar os efeitos das intervenções realizadas nos deslocamentos das correntes e dos sedimentos nas proximidades da praia. O modelo foi implementado através do software Delft3D a partir da batimetria, da série temporal de níveis do mar, dados de ventos e ondas para simular as principais forçantes para o transporte de sedimentos. Os resultados demonstraram que o modelo foi capaz de representar os efeitos das estruturas marítimas e sua interface com o mar, além de possibilitar uma avaliação comparativa entre o cenário atual da orla de Matinhos e o cenário sem as estruturas marítimas como forma de verificar os efeitos da implementação do conjunto de proteção costeira. Por meio desse comparativo, os cenários simulados permitiram observar maiores tendências para acúmulos nas estruturas mais extensas, bem como permitiu perceber tendências mais erosivas no cenário sem a implementação das estruturas marítimas; Abstract: The city of Matinhos, in the state of Paraná (Brazil), has undergone an intense shoreline modification process aimed at controlling severe erosion affecting the city's infrastructure due to storm surges, particularly during spring tides. This study aims to implement a hydrodynamic model, coupled with the SWAN wave generation and propagation model, to simulate sediment transport along the coast of Matinhos following a beach nourishment intervention and the construction of coastal structures perpendicular to the shoreline for its protection. The goal is to estimate the effects of these interventions on current patterns and sediment displacement near the beach. The model was implemented using the Delft3D software, based on bathymetric data, time series of sea elevations, wind, and wave data, in order to simulate the main forcing conditions for sediment transport. The results showed that the model was able to represent the effects of the coastal structures and their interaction with the marine environment, as well as enable a comparative assessment between the current shoreline configuration of Matinhos and a hypothetical scenario without the structures, as a means to evaluate the impact of the coastal protection system. Through this comparison, the simulated scenarios revealed a greater tendency for sediment accumulation around the more extensive structures, while more erosive trends were observed in the scenario without the implementation of the coastal defenses Orientador: Prof. Dr. José Eduardo Gonçalves; Coorientador: Dr. Danilo Mildemberger de Oliveira; Banca: José Eduardo Gonçalves (Presidente da Banca), Mauricio Almeida Noernberg, Tobias Bernward Bleninger, José Junji Ota e Danilo Milbemberger de Oliveira; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 27/05/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/98434 2025-01-01T00:00:00Z