Desenvolvimento e aplicação do software HERisk para avaliação espaço-temporal de riscos: estudo de caso do rio Monjolinho e suas águas tratadas com membranas de matriz mistas
Ano de defesa: | 2023 |
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Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
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Resumo: | This project proposes to develop new software for the spatio-temporal assessment of radiological, ecological, and human health risks, in addition to new mixed matrix membranes (MMMs) based on polyethersulfone (PES) and mesoporous materials for the removal of metallic ions (Cd2+, Cr6+, Ni2+, and Pb2+) and carbamazepine (CBZ) from aqueous solutions. The new HERisk (Human, Ecological and Radiological risk) software changes the values of the residents physiological and behavioral parameters over the years, which makes it possible to assess risks to human health in a more realistic way. The software was applied utilizing data from the literature referring to a mining area in the municipality of Itagibá (Bahia, Brazil) to show its usefulness in assessing environmental and human health risks. The results indicate a high human health risk in the entire area around the mine, while the pollution indices confirmed anthropic contamination around the mining area, especially in the locations closest to waste dumps. The MMMs developed in this study were synthesized via the phase inversion method using PES and pure (MCM-41) or functionalized (NH2-MCM-41 or SH-MCM-41) mesoporous materials. The mesomaterials and MMMs were characterized and the metal ions and CBZ quantification was performed by ICP OES and UPLC, respectively. The preliminary adsorption study showed that PES/SH-MCM-41-based MMMs present the highest potential for CBZ adsorption, while MMMs did not show significant differences for metal ions adsorption. The multivariate design (Doehlert matrix) results indicated that three independent variables (contact time, initial concentration, and the amount of SH-MCM-41 incorporated in the polymer matrix) significantly influence the MMMs adsorption capacity for CBZ, while only one factor (initial concentration) affected the removal of ions by MMMs. The application of the HERisk software and the most suitable MMM for removing toxic chemical species (TCS) was carried out in surface water samples collected in the Monjolinho river basin (São Carlos, SP). The results indicated the presence of natural and anthropogenic enrichment sources along the basin. The pollution indices calculated before the mitigation tests show a high contamination degree of the Monjolinho river basin, mainly at the sampling points located after the wastewater treatment plant (WWTP) of São Carlos. Despite this, there are no risks to the fauna and flora of the area. After the mitigation process using the MMM synthetized with 7% of NH2-MCM-41 (MMM-N7), the ecological risk assessment indicated no pollution of the water samples. For these reasons, the HERisk software and the MMM-N7 show a high potential for a more realistic and faster characterization of risks and water systems mitigation contaminated by TCS. |
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Neris, Jordan BriziSilva, Caio Marcio Paranhos dahttp://lattes.cnpq.br/7793686262868668http://lattes.cnpq.br/0458073554273513https://orcid.org/0000-0003-3614-81732023-04-24T12:23:45Z2023-04-24T12:23:45Z2023-03-27NERIS, Jordan Brizi. Desenvolvimento e aplicação do software HERisk para avaliação espaço-temporal de riscos: estudo de caso do rio Monjolinho e suas águas tratadas com membranas de matriz mistas. 2023. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17844.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17844This project proposes to develop new software for the spatio-temporal assessment of radiological, ecological, and human health risks, in addition to new mixed matrix membranes (MMMs) based on polyethersulfone (PES) and mesoporous materials for the removal of metallic ions (Cd2+, Cr6+, Ni2+, and Pb2+) and carbamazepine (CBZ) from aqueous solutions. The new HERisk (Human, Ecological and Radiological risk) software changes the values of the residents physiological and behavioral parameters over the years, which makes it possible to assess risks to human health in a more realistic way. The software was applied utilizing data from the literature referring to a mining area in the municipality of Itagibá (Bahia, Brazil) to show its usefulness in assessing environmental and human health risks. The results indicate a high human health risk in the entire area around the mine, while the pollution indices confirmed anthropic contamination around the mining area, especially in the locations closest to waste dumps. The MMMs developed in this study were synthesized via the phase inversion method using PES and pure (MCM-41) or functionalized (NH2-MCM-41 or SH-MCM-41) mesoporous materials. The mesomaterials and MMMs were characterized and the metal ions and CBZ quantification was performed by ICP OES and UPLC, respectively. The preliminary adsorption study showed that PES/SH-MCM-41-based MMMs present the highest potential for CBZ adsorption, while MMMs did not show significant differences for metal ions adsorption. The multivariate design (Doehlert matrix) results indicated that three independent variables (contact time, initial concentration, and the amount of SH-MCM-41 incorporated in the polymer matrix) significantly influence the MMMs adsorption capacity for CBZ, while only one factor (initial concentration) affected the removal of ions by MMMs. The application of the HERisk software and the most suitable MMM for removing toxic chemical species (TCS) was carried out in surface water samples collected in the Monjolinho river basin (São Carlos, SP). The results indicated the presence of natural and anthropogenic enrichment sources along the basin. The pollution indices calculated before the mitigation tests show a high contamination degree of the Monjolinho river basin, mainly at the sampling points located after the wastewater treatment plant (WWTP) of São Carlos. Despite this, there are no risks to the fauna and flora of the area. After the mitigation process using the MMM synthetized with 7% of NH2-MCM-41 (MMM-N7), the ecological risk assessment indicated no pollution of the water samples. For these reasons, the HERisk software and the MMM-N7 show a high potential for a more realistic and faster characterization of risks and water systems mitigation contaminated by TCS.Este projeto propõe desenvolver um novo software para caracterização espaço-temporal de riscos radiológicos, ecológicos e à saúde humana, além de novas membranas de matriz mista (MMMs) baseadas em polietersulfona (PES) e materiais mesoporosos para remoção de íons metálicos (Cd2+, Cr6+, Ni2+ e Pb2+) e carbamazepina (CBZ) de soluções aquosas. O software HERisk (Human, Ecological and Radiological risk) desenvolvido muda os valores dos parâmetros fisiológicos e comportamentais dos residentes conforme o passar dos anos, o que permite avaliar os riscos à saúde humana de forma mais realista. Para mostrar sua utilidade na avaliação da poluição ambiental e dos riscos à saúde humana, o software foi aplicado em dados da literatura referentes a uma área de mineração no município de Itagibá (Bahia). Os resultados obtidos revelaram um alto risco para a saúde humana em toda a área ao redor da mina, enquanto os índices ecológicos de poluição confirmaram a contaminação antrópica em torno da área de mineração, especialmente nos locais mais próximos da cava principal e dos rejeitos. As MMMs desenvolvidas neste estudo foram sintetizadas através do método de inversão de fase usando PES e material mesoporoso puro (MCM-41) ou funcionalizado (NH2-MCM-41 ou SH-MCM-41). Os mesomateriais e as MMMs foram caracterizadas e a quantificação dos íons metálicos e da CBZ foi realizada por ICP OES e UPLC, respectivamente. O estudo preliminar de adsorção mostrou que as MMMs baseadas em PES/SH-MCM-41 demonstraram o maior potencial para adsorção de CBZ, enquanto nenhuma das MMMs sintetizadas apresentou diferenças significativas para adsorção dos íons metálicos. Os resultados do design multivariado (matriz de Doehlert) indicaram que três variáveis independentes (tempo de contato, concentração inicial e a quantidade de SH-MCM-41 incorporada na matriz polimérica) influenciam significativamente na capacidade de adsorção da MMMs para CBZ, enquanto apenas um fator (concentração inicial) afetou a remoção dos íons pelas MMMs. A aplicação do software HERisk e da MMM mais adequada para remoção de espécies químicas tóxicas (EQTs) foi realizada em amostras de água superficial coletadas na bacia do rio Monjolinho (São Carlos, SP). Os resultados indicaram a presença de fontes de enriquecimento naturais e antropogênicas ao longo da bacia. Os índices de poluição calculados antes dos testes de mitigação mostraram um elevado grau de contaminação das águas superficiais da bacia, principalmente nos pontos de amostragens localizados após a estação de tratamento de esgoto (ETE) de São Carlos. Apesar disso, não foram constatados riscos à fauna e flora deste ambiente aquático. Após o processo de mitigação utilizando-se a MMM contendo 7% de NH2-MCM-41 (MMM-N7), a avaliação de riscos ecológicos apontou que os níveis de poluição das amostras de água decaíram. Por esses motivos, o software HERisk e a MMM-N7 apresentam um elevado potencial para a caracterização mais realística e rápida de riscos e a mitigação de sistemas hídricos contaminados por EQTs.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo nº 141679/2019-0, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-ShareAlike 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAvaliação de riscosTratamento de águaAdsorçãoContaminantes emergentesSubstância recalcitranteRisk assessmentWater treatmentAdsorptionEmerging pollutantsRecalcitrant substanceCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ANALISE DE TRACOS E QUIMICA AMBIENTALCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICACIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICADesenvolvimento e aplicação do software HERisk para avaliação espaço-temporal de riscos: estudo de caso do rio Monjolinho e suas águas tratadas com membranas de matriz mistasDevelopment and application of the HERisk software for spatio-temporal risk assessment: a case study of Monjolinho river and its water treated with mixed matrix membranesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTESE - Versão final - Jordan Brizi Neris.pdfTESE - Versão final - Jordan Brizi Neris.pdfVersão final da teseapplication/pdf7481185https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17844/1/TESE%20-%20Vers%c3%a3o%20final%20-%20Jordan%20Brizi%20Neris.pdf996fc637c68b5414ff5cbd10db9c620aMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-81030https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17844/2/license_rdfc6e5ca9ee4112329286834c9257d9d4cMD52TEXTTESE - Versão final - Jordan Brizi Neris.pdf.txtTESE - Versão final - Jordan Brizi Neris.pdf.txtExtracted texttext/plain452567https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17844/3/TESE%20-%20Vers%c3%a3o%20final%20-%20Jordan%20Brizi%20Neris.pdf.txt57f8d61b8f108a35293b2625f6c5c9b5MD53THUMBNAILTESE - Versão final - Jordan Brizi Neris.pdf.jpgTESE - Versão final - Jordan Brizi Neris.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg17890https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17844/4/TESE%20-%20Vers%c3%a3o%20final%20-%20Jordan%20Brizi%20Neris.pdf.jpge9a94972c8f7c9e89c2dedd2218ef570MD54ufscar/178442023-04-25 03:22:30.647oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17844Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T13:05:59.627474Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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