Micro-scale processing (MSP) techniques are miniaturized version of upstream and downstream conventional unit operations that are designed to accelerate the pace of bioprocess design and development. Previous ‘dead end’ filtration studies have demonstrated the usefulness of this concept for membrane filtration processes. However, these experiments were performed without stirring which is the most common strategy to control the effects of concentration polarization and fouling on filtration performance. In this work, the pressure-driven stirred conditions of a conventional stirred-cell module were integrated with a 96-well filter plate to develop a high throughput technique called ‘stirred-well filtration’ (SWF). The design allowed for up to eight constant flux filtration experiments to be conducted at once using a multi-rack programmable syringe pump and a magnetic lateral tumble stirrer. An array of pressure transducers was used to monitor the transmembrane pressure (TMP) in each well. The protein sieving behavior and fouling propensity of Omega™ ultrafiltration membranes were assessed via a combination of hydraulic permeability measurements and protein sieving tests in constant filtrate flux mode. The TMP profile during filtration of bovine serum albumin (BSA) solution was strongly dependent on the stirring conditions – for example the maximum TMP in the stirred wells were an average of 7.5, 3.8, and 2.6 times lower than those in the unstirred wells at filtrate fluxes of 12, 36, and 60 LMH (5, 15, and 25 μL/min) respectively. The consistency of the data across different wells for the same stirring condition was very good. To demonstrate the effectiveness of the SWF technique, the eight tests for a simple 2^2 factorial design-of-experiments (DOE) test with duplicates was run to evaluate the effect of solution pH and salt concentration on protein filtration. The combination of SWF with statistical methods such as DOE is shown to be an effective strategy for high-throughput optimization of membrane filtration processes. / Dissertation / Master of Applied Science (MASc)

Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung von hierarchischen Mikrosieben mit Hilfe des Float-Casting-Verfahrens. Mikrosiebe zählen zu den porösen Membranen und weisen gegenüber anderen Vertretern poröser Membranen einige Besonderheiten auf. Dazu zählt eine Membrandicke kleiner als ihr Porendurchmesser, eine enge Porengrößenverteilung, eine glatte Oberfläche und eine hohe Porosität. Mikrosiebe zeichnen sich auf Grund dieser Eigenschaften durch hohe Trennschärfen und Permeanzen aus und lassen sich leichter reinigen. Der Fokus dieser Arbeit liegt darin, durch Verwendung spezieller Partikel, den Himbeerpartikeln, hierarchisch strukturierte Mikrosiebe zu erhalten. Die hierarchische Struktur besteht dabei aus einer Trennfläche mit Poren kleiner als 300 nm und einem stützenden Teil bestehend aus größeren Poren. Beide sollen in einem Schritt erzeugt werden, um Komplikationen zu umgehen, die bei getrennter Herstellung von Mikrosieb und Stützstruktur entstehen können. Dazu zählen unter anderem sich ausbildende Risse im Mikrosieb beim Transfer auf die Stützstruktur und eine mangelnde Anhaftung zwischen Mikrosieb und Stützstruktur. Die benötigten Himbeerpartikel werden ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit synthetisiert. Es wird diskutiert, welche Anforderungen die Partikel erfüllen müssen, um für die Mikrosiebherstellung geeignet zu sein. Dafür werden verschiedene Ansätze der Himbeerpartikel-Synthese verfolgt. Mit erfolgreich hergestellten Mikrosieben werden Filtrations- und Permeanzversuchen durchgeführt, um ihren Einsatz als Filter zu evaluieren.:1 Einleitung und Motivation 2 Theorie und Grundlagen 2.1 Himbeerpartikel 2.1.1 Synthese von sphärischen Partikeln 2.1.1.1 Stöber-Partikel-Synthese 2.1.1.2 Emulsionspolymerisation 2.1.2 Oberflächenfunktionalisierung von Partikeln 2.1.2.1 Adsorption 2.1.2.2 Kovalente Anbindung 2.1.3 Synthese von Himbeerpartikeln 2.1.3.1 Synthese der Kernpartikel in der Gegenwart von Satellitenpartikeln 2.1.3.2 Synthese der Satellitenpartikel in der Gegenwart von Kernpartikeln 2.1.3.3 Getrennte Synthese von Kern- und Satellitenpartikeln 2.1.3.4 Stabilisierung von Himbeerpartikeln 2.2 Membranen 2.2.1 Filtration mit Membranen 2.2.2 Polymermembranen 2.2.3 Nachteile konventioneller Membranen 2.3 Mikrosiebe 2.3.1 Anwendung von Mikrosieben 2.3.2 Herstellungsmethoden 2.3.3 Float-Casting-Verfahren 2.3.3.1 Benetzungsverhalten von Flüssigkeiten auf Flüssigkeiten 2.3.3.2 Mikrosiebherstellung durch das Float-Casting-Verfahren 2.3.3.3 Stabilisierung von Mikrosieben erhalten aus dem Float-Casting-Verfahren 3 Ergebnisse und Diskussion 3.1 Himbeerpartikel via Pickering-Emulsionen 3.1.1 Synthese von Himbeerpartikeln mit Wachskern 3.1.2 Mikrosiebherstellung mittels Himbeerpartikeln mit Wachskern 3.2 Himbeerpartikel erhalten durch Mikrofluidik 3.2.1 Erzeugung monodisperser Tropfen und Partikel erhalten mittels Mikrofluidik 3.2.2 Himbeerpartikel-Synthese basierend auf PS-Partikeln erhalten mittels Mikrofluidik 3.2.3 Mikrosiebherstellung mit Himbeerpartikeln erhalten mittels Mikrofluidik 3.3 Himbeerpartikel erhalten via Sprühtrocknen 3.3.1 Membranherstellung mit nicht sphärischen Himbeerpartikeln erhalten mittels Sprühtrocknen 3.3.2 Membranherstellung mit sphärischen Himbeerpartikeln erhalten mittels Sprühtrocknen 3.4 Himbeerpartikel via Aufwachsen von Satellitenpartikel und deren Mikrosiebe 3.5 Himbeerpartikel-Synthese basierend auf einer Oberflächen-Reaktion 3.5.1 Himbeerpartikel mit 75-μm-großen Kernpartikeln 3.5.2 Vergleich von einem Epoxid-Silan mit einem Isocyanat-Silan 3.5.3 Nachweis der Oberflächenfunktionalisierung 3.5.4 Vergleich verschiedener Amin-Beschichtungen 3.5.5 Einbetten der Himbeerpartikel in einem Polymerfilm 3.5.5.1 Stabilisierung der Satellitenpartikeln mit Tetraethylorthosilicat 3.5.5.2 Lage der Himbeerpartikel an der Wasser-Luft-Grenzfläche 3.5.5.3 Einfluss des Lösungsmittels auf die Lage der Himbeerpartikel im Polymerfilm 3.5.5.4 Charakterisierung der Trennflächen und Poren 3.5.6 Filtrationsversuche 3.5.7 Permeanz-Versuche 3.5.8 Variation der Größe von Templatpartikeln 4 Zusammenfassung und Ausblick 5 Experimenteller Teil 5.1 Verwendete Chemikalien 5.2 Verwendete Geräte 5.3 Synthese von Kern- oder Satellitenpartikel 5.3.1 Synthese Stöber-Partikel (SiO2-Partikeln) 5.3.2 Erzeugung von Polystyrol-Partikeln mittels Mikrofluidik 5.3.3 Synthese Kern-Schale-Partikel 5.4 Funktionalisierung der Partikel 5.5 Herstellung von Himbeerpartikeln 5.5.1 Aus einer Pickering-Emulsion mit Paraffinwachs und SiO2-Partikeln 5.5.2 Verbinden von Polystyrol-Partikeln erhalten aus der Mikrofluidik mit SiO2-Partikeln 5.5.3 Erzeugen von Polystyrol-Aufwüchsen auf SiO2-Partikeln 5.5.4 Erzeugen von SiO2-Aufwüchsen auf Kern-Schale-Partikeln 5.5.5 Verbinden von Kern- und Satellitenpartikeln über eine Oberflächenreaktion 5.6 Herstellung der Mikrosiebe mit dem Flat-Casting-Verfahren 5.7 Filtration 1 5.8 Permeanz 6 Quellen Selbstständigkeitserklärung Lebenslauf Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung und Untersuchung eines Aufbereitungsprozesses zur Gewinnung von Bitumen aus kanadischem Athabasca Ölsand, der im Tagebau gewonnen wurde. Es wird ein mechanisch-thermisches Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung eingesetzt. Dabei handelt es sich um vier Schritte: (1) Suspendierung des Ölsandes mit den organischen Lösungsmitteln, Toluol und n-Heptan, (2) Filterkuchenbildung, (3) Waschung des Filterkuchens mit Wechsel der Waschflüssigkeiten (gradierte Waschung) und (4) Dampfbeaufschlagung. Der Prozess stellt eine Alternative zur herkömmlichen Heißwasser-extraktion des Ölsandes dar. Die Nachteile der Heißwasserextraktion sind ökologische Probleme, ein hoher Energie- und Frischwasserbedarf. Die Ziele des Alternativprozesses sind die Minimierung des Wasser- und Energiebedarfs, Vermeidung schädlicher Abfallstoffe sowie die Maximierung der Bitumenausbeute. Als Produkte sollen feststofffreies Bitumen und rückstandsfreier, deponierbarer Feststoff gewonnen werden.

Die eingereichte Arbeit ist ein Beitrag, um das Verständnis der Filtration von metallischen Schmelzen für hochwertige Gussprodukte zu erhöhen. Anhand theoretischer und experimenteller Betrachtungen wird besonders die Benetzung zwischen der kontinuierlichen und der dispersen Phase als Einflussfaktor auf Tiefenfiltrationsprozesse untersucht. Rasterkraftmikroskopische Messungen verdeutlichen die Bedeutung der Benetzung auf die Adhäsionsenergie zwischen zwei Feststoffoberflächen. Durch ein entwickeltes Modellsystem konnte bewiesen werden, dass mit steigendem Kontaktwinkel zwischen disperser und kontinuierlicher Phase die Filtrationseffizienz signifikant ansteigt. Aufgrund der wirkenden Haftmechanismen im getesteten Benetzungssystem können sich dendritische Abscheidestrukturen ausbilden, die zur Redispergierung neigen. Ergänzt um eine numerische Simulation am Einzelkollektor, konnte ein Abscheidemodell entwickelt werden. Dieses berücksichtigt erstmals reale Haftenergieverteilungen, simulierte Aufprallenergieverteilungen und die hydrodynamische Hemmung als relevante Parameter für die Tiefenfiltration.

A tecnologia de tratamento com dupla filtração encontra-se em estágio relativamente elevado de desenvolvimento, porém, ainda são poucos os dados de operação em escala real. Este trabalho teve como objetivo avaliar um sistema de dupla filtração em escala real (ETA2) para tratamento de água, do serviço autônomo de água e esgoto da cidade de São Carlos - SP, que trata água bruta proveniente do Ribeirão do Feijão e é constituída de três unidades de filtração cada uma contendo um filtro ascendente e um descendente. Em uma primeira etapa foram levantadas as medidas das unidades de dupla filtração, caracterizado o material filtrante e avaliadas as condições operacionais da ETA 2. Posteriormente, foi estudada a situação geral da ETA por meio de diversos parâmetros (turbidez, pH, expansão da areia na lavagem, contagem de partículas, de coliformes totais e Escherichia. coli), para verificar os principais problemas. Em seguida, realizou-se uma comparação da ETA2 com uma Instalação Piloto de Dupla Filtração. Este trabalho permitiu concluir principalmente que: i) devido às baixas taxas de filtração de unidades filtrantes da ETA2, excessivas dosagens de coagulante e falta de controle de lavagens, geralmente foi baixa a produção efetiva de água (em torno de 90%); ii) o desempenho, algumas vezes insatisfatório das unidades de filtração ascendente e descendente, deveu-se principalmente à ineficiência da mistura de coagulante na água bruta, falta de areia nos filtros ascendentes e à diferença de granulometria nos filtros descendentes; iii) o desenvolvimento da perda de carga nos filtros ascendentes da ETA2 foi mais acentuado na Instalação Piloto devido à mistura de seus materiais filtrantes. / Water treatment by means of a double filtration system is in a relatively high stage of development, however, there are still few data on real scale operations. The aim of this work was to evaluate a double filtration system in a real scale (ETA2) for the treatment of water, of the autonomous service of water and sewer of the city of São Carlos - SP, which treats water from the Ribeirão do Feijão (name of a local river), and is constituted of three filtration units, each a contain a direct up-flow sand filter, and a rapid filter. In the first stage, the sand of the filters was characterized, and the operational conditions of the ETA2 were evaluated. Next, the general situation of the ETA was studied by means of several parameters (turbidity, pH, expansion of the sand during washing process, counting of particles, total coliforms and Escherichia coli), in a order to detect the main problems. Finally, a confrontation between the ETA2 an a double filtration pilot Plant was carried through. This study made infer that: I) due to the low filtration rates of the ETA2`s filtration units, excessive doses of coagulant and lack of control of the washings, the actual production of water was low (around 90%); ii) the sometimes insufficient performance of the direct up-flow sand filtration and rapid filtration systems was mainly caused by an inefficient mixing of the coagulant with the natural water, lack of sand in direct up-flow filters; iii) the building up of the lossof cargo in the direct up-flow san filtration in filters of the ETA2 was more accentuated than in the Pilot Plant due to the mixture of the filtration materials.

Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar o comportamento de um sistema de dupla filtração, utilizando filtro ascendente de pedregulho seguido de filtro rápido descendente na remoção de substâncias húmicas. A parte experimental foi realizada em uma instalação piloto, que utilizou como afluente a água do Ribeirão Feijão na qual foi adicionado extrato de substâncias húmicas, previamente extraído de solo turfoso por meio de extração alcalina, para que a cor verdadeira da água de estudo resultasse entre 90 e 110 uH. As condições de coagulação, como gradiente de velocidade, dosagem e pH, foram definidos em ensaios com jarteste. As taxas utilizadas no filtro ascendente em pedregulho foram de 80 e 120 m3/m2.dia e no sistema de filtração rápida descendente de 80, 120, 150, 180, 220 e 240 m3/m2.dia. As carreiras tiveram duração máxima de 72 horas. A utilização do critério de realização de Descargas de Fundos Intermediárias (DFIs), quando o efluente do Filtro Ascendente de Pedregulho (FAP) atingisse valor maior ou igual 50 uH, não permitiu aumento da cor no efluente final. O sistema de dupla filtração estudado foi eficiente na remoção de cor, atingindo diversas vezes remoção completa; outros parâmetros relativos à concentração de substâncias húmicas, como absorvância (254 nm) e Carbono Orgânico Dissolvido (COD), foram removidos entre 89,1 a 93,6% e 27,5 a 48,5% respectivamente. / The present work was carried out to evaluate the removal of humic substances in a double filtration system, comprising on upflow gravel prefilter followed by a rapid down flow filter. Raw water was abstracted from the influent took to the municipal water treatment Plant 2. Humic substances were extracted from peat through alkaline process. The concentrated solution was pumped to raw water in order to obtain true colour of 90-110 Hu in the influent to the pilot plant. Filtration rates studied were as follows: 80 and 120 m3/m2.day in the upflow filter 80, 120, 150, 180, 220 e 240 m3/m2.day in the down flow filter. Maximum filter run length was fixed in 72 hours. Intermediate down flushes in the upflow filter were performed during the run when the effluent colour reached 50 Hu. It is concluded that the system performed efficiently to remove colour; in most part of the effluent colour remained bellow 1 Hu. Absorbance (254 nm) removal resulted high (between 89,1% and 93,6%). Dissolved organic carbon resulted satisfactory (27,5% to 48,5%).

Em instalação piloto, de 06/1998 a 10/1999, utilizando-se água natural de superfície com baixas turbidez e cor, foram avaliados dois sistemas de dupla filtração, com pré-tratamento em filtração direta ascendente em areia com taxas de 200 a 360 m3/m2.dia (sistema S01) e em filtração direta ascendente em pedregulho com taxas de 80 a 190 m3/m2.dia (sistema S02) e com tratamento final em filtração rápida descendente com taxas de 115 a 480 m3/m2.dia. As dosagens do coagulante (produto comercial de sulfato de alumínio) foram definidas utilizando-se filtro de laboratório de areia, havendo indicações de coagulação no mecanismo de adsorção, com neutralização parcial de carga. Foram executadas descargas de fundo intermediárias nas unidades de filtração direta ascendente, com significativa redução na perda de carga no meio granular de pedregulho. A turbidez, cor aparente, Fe e Mn totais dos efluentes finais dos sistemas atenderam às Normas Brasileiras para produção de água potável. No sistema S02 o crescimento da perda de carga no meio granular foi menos intenso na unidade de filtração direta ascendente do que no filtro rápido descendente, ocorrendo o inverso no sistema S01, no qual, em alguns ensaios, o filtro rápido descendente mostrou-se desnecessário. As carreiras de filtração foram de 27 a 88 h no sistema S01 e de 14 a 35 h no sistema S02. Em determinados casos, a floculação predominou na unidade de filtração direta ascendente em pedregulho, prejudicando a qualidade do seu efluente. O sistema S02 mostrou-se mais vantajoso que o sistema S01, exceto quando, neste, a filtração rápida descendente foi desnecessária. / Based on me investigation carried out in pilot plant, from June 1998 to October 1999, using natural surface raw water with low turbidity and color, two systems of two-stage filtration have been evaluated. As a pretreatment, the first system (S01) used direct up-flow sand filtration (with filtration rates from 200 to 360 m3/m2.day), and the second system (S02) used direct up-flow roughing filtration (with filtration rates from 80 to 190 m3/m2.day), both with final treatment based on rapid filtration (with filtration rates from 115 to 480 m3/m2.day) The coagulant doses (commercial product of aluminum sulfate) have been established through the use of laboratory scale sand filter, presenting signs of coagulation in the adsorption mechanism, with partial charge neutralization. Intermediate bottom discharges in the direct up-flow filtration units have resulted in significant reduction in thee headloss in gravel granular medium. The turbidity, apparent-color, total iron and manganese concentrations of the final effluents of the systems have attended the Brazilian Standards for drinking water production. The increase of headloss in gravel granular medium in system S02 was smaller in me direct up-fiow filtration unit than in the rapid filter, the opposite occurring in system S01, where some tests have proved lhe rapid filter redundant. The filter runs time were 27 to 88 hours in system S01 and 14 to 35 hours in system S02. In certain cases, flocculation was predominant in the direct up-flow roughing filtration unit, jeopardizing the effiuent quality. System S02 has proved advantageous in relation to system S01, except when in system S01 the rapid filter was redundant.

Para o tratamento de esgoto sanitário foi desenvolvido e estudado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), associado com unidade de filtração. O estudo se iniciou pela operação do reator UASB durante 642 dias, onde a fase líquida afluente e efluente foi monitorada. Em seguida uma unidade de filtração foi acoplada ao reator UASB e foram avaliados as características de filtração, o desempenho do tratamento e a eficiência do processo de limpeza química de três filtros. Os materiais poliméricos utilizados como filtros foram o polipropileno, o poliéster e o geossintético de poliéster, com diâmetro médio de poros de um mícron (1μm). As características de filtração avaliadas foram o fluxo do permeado e os mecanismos de obstrução de cada material polimérico (resistência à filtração: total, do material, da camada de biossólidos e de entupimento). O desempenho global do sistema de tratamento foi avaliado em termos de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e de sólidos suspensos totais (SST). Para recuperação dos filtros foi utilizada primeiramente a limpeza química com solução ácida (ácido clorídrico-HCl) e em série a limpeza com solução alcalina (hipoclorito de sódio e hidróxido de sódio- NaOCl e NaOH). Dentre os três materiais poliméricos utilizados verificou-se que, o geossintético (poliéster) foi o filtro que apresentou melhores características de filtração e desempenho global, ou seja, com este material a resistência da camada foi predominante (obstrução é reversível), a concentração de sólidos suspensos totais do permeado estabilizou em 25 mg/L e a eficiência média global de remoção da demanda química de oxigênio (DQO) foi de 78%. Dentre os procedimentos de limpeza química utilizada nos três filtros, verificou-se que a solução ácida (HCl) aplicada em série com a solução alcalina (NaOCl e NaOH) apresentou maior eficiência que a limpeza somente com a solução ácida (recuperação do fluxo inicial do permeado acima de 90%). / An anaerobic reactor (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) coupled to a filtration unit for the treatment of domestic sewage was developed and studied. The study began by operating the UASB reactor for 642 days, during which time the influent and effluent liquid phase were monitored. The filtration unit was then coupled to the UASB reactor and the filtration characteristics, the performance of the treatment, and the efficiency of the cleaning process of three polymeric filters were evaluated. The polymeric materials used for the filters were polypropylene, polyester and geosynthetic polyester, all with an average pore size of one micron (1μm). The filtration characteristics evaluated were the permeate flux and the fouling mechanisms (total filtration resistance of the material and the cake, and clogging) during filtration. The system’s overall performance was evaluated in terms of chemical oxygen demand (COD) and removal of total suspended solids (TSS). The filters were cleaned chemically, first with an acid solution (HCl), followed by alkaline solutions (NaOH and NaOCl) applied in series. A comparison of the three filtering materials indicated that the geosynthetic material (polyester) possessed the best overall characteristics of filtration and performance. In other words, i.e., cake resistance (reversible fouling) predominated with this material, the concentration of total suspended solids (TSS) in the permeate stabilized at 25 mg/L, and the overall removal efficiency of chemical oxygen demand (COD) was 78%. Of the various chemical cleaning procedures tested on the three polymeric filters, the acid (HCl) and alkaline solutions (NaOH and NaOCl) applied in series provided more efficient flux recovery (over 90% of the initial permeate) than chemical cleaning only with acid (HCl).

Em instalação piloto, de 06/1998 a 10/1999, utilizando-se água natural de superfície com baixas turbidez e cor, foram avaliados dois sistemas de dupla filtração, com pré-tratamento em filtração direta ascendente em areia com taxas de 200 a 360 m3/m2.dia (sistema S01) e em filtração direta ascendente em pedregulho com taxas de 80 a 190 m3/m2.dia (sistema S02) e com tratamento final em filtração rápida descendente com taxas de 115 a 480 m3/m2.dia. As dosagens do coagulante (produto comercial de sulfato de alumínio) foram definidas utilizando-se filtro de laboratório de areia, havendo indicações de coagulação no mecanismo de adsorção, com neutralização parcial de carga. Foram executadas descargas de fundo intermediárias nas unidades de filtração direta ascendente, com significativa redução na perda de carga no meio granular de pedregulho. A turbidez, cor aparente, Fe e Mn totais dos efluentes finais dos sistemas atenderam às Normas Brasileiras para produção de água potável. No sistema S02 o crescimento da perda de carga no meio granular foi menos intenso na unidade de filtração direta ascendente do que no filtro rápido descendente, ocorrendo o inverso no sistema S01, no qual, em alguns ensaios, o filtro rápido descendente mostrou-se desnecessário. As carreiras de filtração foram de 27 a 88 h no sistema S01 e de 14 a 35 h no sistema S02. Em determinados casos, a floculação predominou na unidade de filtração direta ascendente em pedregulho, prejudicando a qualidade do seu efluente. O sistema S02 mostrou-se mais vantajoso que o sistema S01, exceto quando, neste, a filtração rápida descendente foi desnecessária. / Based on me investigation carried out in pilot plant, from June 1998 to October 1999, using natural surface raw water with low turbidity and color, two systems of two-stage filtration have been evaluated. As a pretreatment, the first system (S01) used direct up-flow sand filtration (with filtration rates from 200 to 360 m3/m2.day), and the second system (S02) used direct up-flow roughing filtration (with filtration rates from 80 to 190 m3/m2.day), both with final treatment based on rapid filtration (with filtration rates from 115 to 480 m3/m2.day) The coagulant doses (commercial product of aluminum sulfate) have been established through the use of laboratory scale sand filter, presenting signs of coagulation in the adsorption mechanism, with partial charge neutralization. Intermediate bottom discharges in the direct up-flow filtration units have resulted in significant reduction in thee headloss in gravel granular medium. The turbidity, apparent-color, total iron and manganese concentrations of the final effluents of the systems have attended the Brazilian Standards for drinking water production. The increase of headloss in gravel granular medium in system S02 was smaller in me direct up-fiow filtration unit than in the rapid filter, the opposite occurring in system S01, where some tests have proved lhe rapid filter redundant. The filter runs time were 27 to 88 hours in system S01 and 14 to 35 hours in system S02. In certain cases, flocculation was predominant in the direct up-flow roughing filtration unit, jeopardizing the effiuent quality. System S02 has proved advantageous in relation to system S01, except when in system S01 the rapid filter was redundant.

A tecnologia de tratamento com dupla filtração encontra-se em estágio relativamente elevado de desenvolvimento, porém, ainda são poucos os dados de operação em escala real. Este trabalho teve como objetivo avaliar um sistema de dupla filtração em escala real (ETA2) para tratamento de água, do serviço autônomo de água e esgoto da cidade de São Carlos - SP, que trata água bruta proveniente do Ribeirão do Feijão e é constituída de três unidades de filtração cada uma contendo um filtro ascendente e um descendente. Em uma primeira etapa foram levantadas as medidas das unidades de dupla filtração, caracterizado o material filtrante e avaliadas as condições operacionais da ETA 2. Posteriormente, foi estudada a situação geral da ETA por meio de diversos parâmetros (turbidez, pH, expansão da areia na lavagem, contagem de partículas, de coliformes totais e Escherichia. coli), para verificar os principais problemas. Em seguida, realizou-se uma comparação da ETA2 com uma Instalação Piloto de Dupla Filtração. Este trabalho permitiu concluir principalmente que: i) devido às baixas taxas de filtração de unidades filtrantes da ETA2, excessivas dosagens de coagulante e falta de controle de lavagens, geralmente foi baixa a produção efetiva de água (em torno de 90%); ii) o desempenho, algumas vezes insatisfatório das unidades de filtração ascendente e descendente, deveu-se principalmente à ineficiência da mistura de coagulante na água bruta, falta de areia nos filtros ascendentes e à diferença de granulometria nos filtros descendentes; iii) o desenvolvimento da perda de carga nos filtros ascendentes da ETA2 foi mais acentuado na Instalação Piloto devido à mistura de seus materiais filtrantes. / Water treatment by means of a double filtration system is in a relatively high stage of development, however, there are still few data on real scale operations. The aim of this work was to evaluate a double filtration system in a real scale (ETA2) for the treatment of water, of the autonomous service of water and sewer of the city of São Carlos - SP, which treats water from the Ribeirão do Feijão (name of a local river), and is constituted of three filtration units, each a contain a direct up-flow sand filter, and a rapid filter. In the first stage, the sand of the filters was characterized, and the operational conditions of the ETA2 were evaluated. Next, the general situation of the ETA was studied by means of several parameters (turbidity, pH, expansion of the sand during washing process, counting of particles, total coliforms and Escherichia coli), in a order to detect the main problems. Finally, a confrontation between the ETA2 an a double filtration pilot Plant was carried through. This study made infer that: I) due to the low filtration rates of the ETA2`s filtration units, excessive doses of coagulant and lack of control of the washings, the actual production of water was low (around 90%); ii) the sometimes insufficient performance of the direct up-flow sand filtration and rapid filtration systems was mainly caused by an inefficient mixing of the coagulant with the natural water, lack of sand in direct up-flow filters; iii) the building up of the lossof cargo in the direct up-flow san filtration in filters of the ETA2 was more accentuated than in the Pilot Plant due to the mixture of the filtration materials.