A produção de elementos filtrantes para água a partir de polímeros é bastante difundida no mercado, mas possui uma característica indesejada: nem sempre são eficientes e capazes de reter ou eliminar microorganismos presentes. O presente trabalho propõe-se a produzir filtros com propriedade biocida compostos por nanocompósitos de polietileno de ultra alta massa molar (PEUAMM), modificados com surfactante não iônico e nanopartículas de prata, sendo os polímeros responsáveis pela estrutura porosa uniforme dos filtros e as nanopartículas de prata incorporadas nos elementos filtrantes pela ação biocida. Os polímeros particulados foram classificados por peneiramento e apresentaram duas curvas granulométricas distintas de 150 a 200?m e de 300 a 400?m, sendo posteriormente utilizados para a sinterização dos elementos filtrantes. As nanopartículas de prata foram incorporadas aos elementos filtrantes, obtendo-se corpos de prova que foram caracterizados através do uso das técnicas de difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, microanálise por espectroscopia de raios-X por dispersão de energia. Foram também realizadas avaliações dos elementos filtrantes através de ensaios de ação biocida, vazão e taxa de filtração e presença de extraíveis. Os resultados obtidos indicaram a formação do nanocompósito e diferentes propriedades foram observadas para os elementos filtrantes em função da porosidade alcançada. / The production of polymer based filter elements for water is widespread in the market but has an undesirable characteristic: they are not always efficient and capable of retaining or eliminating microorganisms. This paper proposes the production of filters with biocidal activity, composed by nanocomposites of ultra high molar mass polyethylene (UHMMPE), modified by non-ionic surfactant and silver nanoparticles. The polymers are responsible for the uniform porous structure of the filters and the silver nanoparticles for its biocidal action. The particulate polymers were classified by sieving and presented two distinct grain size ranges, one of 150 to 200?m and the other of 300 to 400?m. Samples were collected from the prepared filter elements and characterized by X-ray diffractometry, scanning electron microscopy and microanalysis. Evaluation of the filter elements were also carried out and their biocidal activity was tested, as well as the flow and filtration rates and the presence of extractables were determined. The results indicate the formation of the nanocomposite and different properties were observed for the filter elements according to its porosity.

O presente trabalho avaliou o desempenho de um sistema de pré-tratamento para água do mar constituído por um filtro lento de areia, com uma etapa prévia de filtração por um filtro de discos. O sistema demonstrou eficiência na remoção de fatores causadores de fouling em membranas de osmose reversa, removendo aproximadamente 97% dos sólidos suspensos totais presentes na água bruta, e gerando um filtrado com turbidez entre 0.1 e 0.2 UNT. As concentrações de microrganismos e AOC, principais fatores causadores da formação de biofouling, foram ambas reduzidas em cerca de 90%. Em sistemas de dessalinização de água do mar por osmose reversa, o pré-tratamento da água de alimentação constitui a principal estratégia no controle da formação do biofouling, que é gerado pelo estabelecimento de biofilmes sobre a superfície da membrana. A formação de biofouling gera impacto no desempenho do processo de osmose reversa e nos custos de operação. / This study evaluated the performance of a pretreatment system for seawater comprising of a slow sand filter, with a preliminary stage of filtration by disc filtration system. The system proved to be efficient in removing factors causing fouling in reverse osmosis membranes removing around 97% of the total suspended solids present in the raw water, and yielding a filtrate with turbidity between 0.1 and 0.2 NTU. The bacterial concentrations and AOC, main factors causing biofouling formation, were both reduced by about 90%. In seawater reverse osmosis systems, pretreatment of the feeded water is the main strategy to control biofouling, which is formed by the establishment of biofilms on a membrane surface. The biofouling formation produces an impact in the performance of the reverse osmosis process and operating costs.

Neste trabalho, estudou-se a utilização de filtros percoladores como tratamento complementar de efluente de lagoa de estabilização visando a remoção de nitrogênio, principal causador de problemas como a eutrofização de corpos hídricos em conjunto com o fósforo. A motivação principal para o desenvolvimento desta pesquisa foi a dificuldade encontrada para o atendimento ao padrão definido pela Resolução CONAMA 357/05, a qual define concentração máxima de nitrogênio para lançamento de efluentes em corpos hídricos receptores de 20 mg/l. Em 2008 foi promulgada a Resolução CONAMA nº 397 a qual estabeleceu, em seu Artigo 34, que o padrão de emissão de nitrogênio amoniacal seria suspenso temporariamente para efluentes de estação de tratamento de esgoto sanitário, continuando a valer a concentração máxima nos corpos receptores estabelecidas na Resolução CONAMA 357/05. Sendo assim, a questão sobre a remoção de nutrientes constitui uma preocupação diretamente relacionada ao emprego dos sistemas de lagoas de estabilização. Para esta pesquisa, utilizou-se os efluentes tratados por lagoas facultativas provenientes da Estação de Tratamento de Esgoto do município de Lins/SP e, para o experimento em questão, foram construídos dois filtros biológicos seguidos de decantadores, ambos em escala piloto. Os filtros foram construídos em um corpo cilíndrico de polipropileno com diâmetro de 1,2 metros e teve seu volume dividido igualmente por uma placa vertical também de polipropileno, propiciando área superficial de 1,13 m² e volume útil total de 4,52m³. Para o fornecimento de oxigênio, indispensável para o processo de nitrificação, o filtro foi apoiado sobre uma base de concreto com drenos de fundo para permitir a ventilação do sistema, garantindo a concentração de oxigênio necessária. Para comparação da eficiência na remoção do nitrogênio, cada filtro foi preenchido com determinado tipo de material, ou seja, um filtro continha pedra britada variando de 4 a 8, admitindo-se área superficial de 70 m²/m³ e possibilitando uma área para formação de biofilme de 316,7 m², enquanto que no outro filtro foram utilizado anéis plásticos com área superficial de 100m³/m³, fornecendo 542,9 m² de área superficial para a formação de biofilme. Também foram construídos decantadores após os filtros percoladores para a remoção dos sólidos em suspensão, não sendo alvo da pesquisa em questão Tendo em vista que o molhamento de todo o material de preenchimento se faz importante para a eficiência do sistema, foi utilizado um sistema de recalque para o transporte do esgoto para o filtro, distribuído continuamente sobre o meio suporte e com vazão divida igualmente para os dois filtros por meio de um sistema de distribuição de pvc perfurado com diâmetro de 40 mm e com funcionamento semelhante a um aspersor de jardim A taxa de aplicação superficial variou entre baixa, intermediária e alta, tendo aumento de vazão no sistema até que o processo de nitrificação cessasse e cada fase teve duração de 180 dias. Conforme verificado nos resultados obtidos, filtros percoladores apresentam boa eficiência na remoção do nitrogênio do efluente, seja pela desnitrificação via nitrito ou pela volatilização do nitrogênio. A ETAPA 1 apresentou resultados bastante satisfatórios para o filtro de brita em relação ao filtro com anéis plásticos, podendo ter sido ocasionado pela área rugosa das britas, a qual facilitou a formação do biofilme, enquanto que a superfície lisa dos anéis plásticos dificulta a formação do biofilme, resultando na baixa eficiência apesar da maior área superficial. Já na ETAPA 3, com taxas de aplicação maiores, o filtro preenchido com anéis plásticos apresentou maior eficiência do que o filtro com brita. Tal fato pode ter sido conseqüência da maior área disponível para a formação do biofilme nos anéis plásticos. Ambos os casos apresentaram eficiência suficiente para remoção de nitrogênio a concentrações inferiores a 20 mg/l. Tais resultados demonstram que os filtros percoladores possuem boa funcionalidade para a remoção do nitrogênio de efluente sanitário tratado por sistemas de lagoas de estabilização. / It was studied in this paper the use of trickling filters as a complementary treatment of wastewater stabilization pond seeking removal of nitrogen, the main cause of problems such as eutrophication of water bodies in conjunction with phosphorus. The main motivation for this research was the difficulty to meet the standard set by CONAMA 357/05 Resolution, which defines the maximum nitrogen concentration for disposal of effluents in water bodies as 20 mg / l. In 2008 was created the CONAMA Resolution 397 which established, in Article 34 that the emission pattern of ammonia nitrogen would be temporarily suspended for wastewater treatment plant discharge, continuing to enforce the maximum concentration in the water bodies established in CONAMA Resolution 357/05. Thus, the question on the removal of nutrients is a concern related to the use of systems of waste stabilization ponds. For this study, was used the treated effluent by anaerobic and facultative ponds from the Sewage Treatment Plant in the city of Lins/SP, and for this experiment was constructed two trickling filters followed by settlers, both in pilot scale. The filters were constructed on a cylindrical body of polypropylene with a diameter of 1.2 meters and its volume was divided symmetrically by a vertical plate also made of polypropylene, providing superficial area of 1.13m² and total net volume of 4.52m³. To supply oxygen, essential for the nitrification process, the filter was supported on a concrete base with bottom drains to allow the ventilation system, to supply the concentration of oxygen needed. To compare the efficiency of nitrogen removal, each filter was filled with a certain type of material, ie, a filter containing crushed rock ranging from 4 to 8, considering surface area of 70m²/m³ and a possible area for biofilm formation of 316.7m², while in the other filter was used plastic rings with surface area of 100m²/m³, providing 542.9m² of surface area for biofilm formation. Settlers were constructed after the trickling filters for the removal of suspended solids, because that are not the focus of this research. Considering that the wetness around the filling material is important for system efficiency, it was used a pumping system to transport sewage to the filter, continuously distributed on the support materials and flow split equally for both filters by a distribution system made of perforated PVC with a diameter of 40mm and functioning like a garden sprinkler. The application rate surface ranged from low, intermediate and high, having increased flow in the system until the process of nitrification ended and each phase lasted 180 days. As shown in the results, trickling filters show good efficiency in removing nitrogen from wastewater, either by denitrification by nitrite or by the volatilization of nitrogen. The STEP 1 showed satisfactory results for the filter of crushed rocks over the filter with plastic rings, which may have been caused by the rocks rough area, which facilitated the formation of biofilms, while the smooth surface of the plastic rings makes harder the formation of biofilm, resulting in low efficiency despite the larger surface area. In STEP 3, with higher rates of application, the filter filled with plastic rings showed higher efficiency than the filter with crushed rocks. This might have been a consequence of the greater area available for biofilm formation in plastic rings. Both cases had efficient enough to achieve nitrogen concentrations lower than 20 mg/l. These results demonstrate that the trickling filters have good functionality for removing nitrogen from sanitary wastewater treated systems for waste stabilization ponds.

Neste trabalho, estudou-se a utilização de filtros percoladores como tratamento complementar de efluente de lagoa de estabilização visando a remoção de nitrogênio, principal causador de problemas como a eutrofização de corpos hídricos em conjunto com o fósforo. A motivação principal para o desenvolvimento desta pesquisa foi a dificuldade encontrada para o atendimento ao padrão definido pela Resolução CONAMA 357/05, a qual define concentração máxima de nitrogênio para lançamento de efluentes em corpos hídricos receptores de 20 mg/l. Em 2008 foi promulgada a Resolução CONAMA nº 397 a qual estabeleceu, em seu Artigo 34, que o padrão de emissão de nitrogênio amoniacal seria suspenso temporariamente para efluentes de estação de tratamento de esgoto sanitário, continuando a valer a concentração máxima nos corpos receptores estabelecidas na Resolução CONAMA 357/05. Sendo assim, a questão sobre a remoção de nutrientes constitui uma preocupação diretamente relacionada ao emprego dos sistemas de lagoas de estabilização. Para esta pesquisa, utilizou-se os efluentes tratados por lagoas facultativas provenientes da Estação de Tratamento de Esgoto do município de Lins/SP e, para o experimento em questão, foram construídos dois filtros biológicos seguidos de decantadores, ambos em escala piloto. Os filtros foram construídos em um corpo cilíndrico de polipropileno com diâmetro de 1,2 metros e teve seu volume dividido igualmente por uma placa vertical também de polipropileno, propiciando área superficial de 1,13 m² e volume útil total de 4,52m³. Para o fornecimento de oxigênio, indispensável para o processo de nitrificação, o filtro foi apoiado sobre uma base de concreto com drenos de fundo para permitir a ventilação do sistema, garantindo a concentração de oxigênio necessária. Para comparação da eficiência na remoção do nitrogênio, cada filtro foi preenchido com determinado tipo de material, ou seja, um filtro continha pedra britada variando de 4 a 8, admitindo-se área superficial de 70 m²/m³ e possibilitando uma área para formação de biofilme de 316,7 m², enquanto que no outro filtro foram utilizado anéis plásticos com área superficial de 100m³/m³, fornecendo 542,9 m² de área superficial para a formação de biofilme. Também foram construídos decantadores após os filtros percoladores para a remoção dos sólidos em suspensão, não sendo alvo da pesquisa em questão Tendo em vista que o molhamento de todo o material de preenchimento se faz importante para a eficiência do sistema, foi utilizado um sistema de recalque para o transporte do esgoto para o filtro, distribuído continuamente sobre o meio suporte e com vazão divida igualmente para os dois filtros por meio de um sistema de distribuição de pvc perfurado com diâmetro de 40 mm e com funcionamento semelhante a um aspersor de jardim A taxa de aplicação superficial variou entre baixa, intermediária e alta, tendo aumento de vazão no sistema até que o processo de nitrificação cessasse e cada fase teve duração de 180 dias. Conforme verificado nos resultados obtidos, filtros percoladores apresentam boa eficiência na remoção do nitrogênio do efluente, seja pela desnitrificação via nitrito ou pela volatilização do nitrogênio. A ETAPA 1 apresentou resultados bastante satisfatórios para o filtro de brita em relação ao filtro com anéis plásticos, podendo ter sido ocasionado pela área rugosa das britas, a qual facilitou a formação do biofilme, enquanto que a superfície lisa dos anéis plásticos dificulta a formação do biofilme, resultando na baixa eficiência apesar da maior área superficial. Já na ETAPA 3, com taxas de aplicação maiores, o filtro preenchido com anéis plásticos apresentou maior eficiência do que o filtro com brita. Tal fato pode ter sido conseqüência da maior área disponível para a formação do biofilme nos anéis plásticos. Ambos os casos apresentaram eficiência suficiente para remoção de nitrogênio a concentrações inferiores a 20 mg/l. Tais resultados demonstram que os filtros percoladores possuem boa funcionalidade para a remoção do nitrogênio de efluente sanitário tratado por sistemas de lagoas de estabilização. / It was studied in this paper the use of trickling filters as a complementary treatment of wastewater stabilization pond seeking removal of nitrogen, the main cause of problems such as eutrophication of water bodies in conjunction with phosphorus. The main motivation for this research was the difficulty to meet the standard set by CONAMA 357/05 Resolution, which defines the maximum nitrogen concentration for disposal of effluents in water bodies as 20 mg / l. In 2008 was created the CONAMA Resolution 397 which established, in Article 34 that the emission pattern of ammonia nitrogen would be temporarily suspended for wastewater treatment plant discharge, continuing to enforce the maximum concentration in the water bodies established in CONAMA Resolution 357/05. Thus, the question on the removal of nutrients is a concern related to the use of systems of waste stabilization ponds. For this study, was used the treated effluent by anaerobic and facultative ponds from the Sewage Treatment Plant in the city of Lins/SP, and for this experiment was constructed two trickling filters followed by settlers, both in pilot scale. The filters were constructed on a cylindrical body of polypropylene with a diameter of 1.2 meters and its volume was divided symmetrically by a vertical plate also made of polypropylene, providing superficial area of 1.13m² and total net volume of 4.52m³. To supply oxygen, essential for the nitrification process, the filter was supported on a concrete base with bottom drains to allow the ventilation system, to supply the concentration of oxygen needed. To compare the efficiency of nitrogen removal, each filter was filled with a certain type of material, ie, a filter containing crushed rock ranging from 4 to 8, considering surface area of 70m²/m³ and a possible area for biofilm formation of 316.7m², while in the other filter was used plastic rings with surface area of 100m²/m³, providing 542.9m² of surface area for biofilm formation. Settlers were constructed after the trickling filters for the removal of suspended solids, because that are not the focus of this research. Considering that the wetness around the filling material is important for system efficiency, it was used a pumping system to transport sewage to the filter, continuously distributed on the support materials and flow split equally for both filters by a distribution system made of perforated PVC with a diameter of 40mm and functioning like a garden sprinkler. The application rate surface ranged from low, intermediate and high, having increased flow in the system until the process of nitrification ended and each phase lasted 180 days. As shown in the results, trickling filters show good efficiency in removing nitrogen from wastewater, either by denitrification by nitrite or by the volatilization of nitrogen. The STEP 1 showed satisfactory results for the filter of crushed rocks over the filter with plastic rings, which may have been caused by the rocks rough area, which facilitated the formation of biofilms, while the smooth surface of the plastic rings makes harder the formation of biofilm, resulting in low efficiency despite the larger surface area. In STEP 3, with higher rates of application, the filter filled with plastic rings showed higher efficiency than the filter with crushed rocks. This might have been a consequence of the greater area available for biofilm formation in plastic rings. Both cases had efficient enough to achieve nitrogen concentrations lower than 20 mg/l. These results demonstrate that the trickling filters have good functionality for removing nitrogen from sanitary wastewater treated systems for waste stabilization ponds.

Neste trabalho, a partir da aplicação da teoria de controle ótimo, são estabelecidos sistemas de controle aplicáveis a três importantes sistemas aeróbios de tratamento de esgotos - filtros biológicos, processos de lodos ativados e os processos combinados formados a partir da combinação dos filtros biológicos e lodos ativados. Para a definição dos sistemas de controle são necessários modelos dinâmicos que descrevam o comportamento dos diferentes sistemas de tratamento. Da literatura são obtidos os modelos dinâmicos destinados à descrição do comportamento do processo de lodos ativados; para o filtro biológico, é proposto um modelo combinando à equação de balanço do reator e o modelo de ordem variável, este último destinado ao cálculo do fluxo de substrato para o interior de biofilmes profundos. Os resultados demonstram que, independentemente do sistema de tratamento considerado, os sistemas de controle reduzem substancialmente os tempos de acomodação e os desvios apresentados pelas variáveis de estado em relação as suas condições de equilíbrio. Por fim, função da inviabilidade de monitoramento de todas as variáveis de estado utilizadas para caracterizar os sistemas de tratamento, são propostos, a partir de modelos simplificados, controladores que incorporam a observação de estados. Também neste caso, os controladores estabelecidos permitem melhorar significativamente o desempenho dos sistemas de tratamento de esgotos analisados. / This paper constructs automatic control systems by means of optimal control theory for three different combinations of wastewater treatment units, namely, trickling filter, activated sludge process and a combined process. The dynamic model for the activated sludge process available in literature and a model proposed for the trickling filter were used in the construction of control systems. It is shown that the controls obtained in this study substantially reduce the durations necessary for the reestablishment of the equilibrium conditions in terms of state variables and the attenuation of oscillations around these conditions. Controls including observers for the state variables were devised on the basis of simplified models for the process in order to deal with the difficulties involved in monitoring all the state variables. These control systems were also found to be quite effective in improving the performance of the wastewater treatment plants considered in this paper.

Neste trabalho, a partir da aplicação da teoria de controle ótimo, são estabelecidos sistemas de controle aplicáveis a três importantes sistemas aeróbios de tratamento de esgotos - filtros biológicos, processos de lodos ativados e os processos combinados formados a partir da combinação dos filtros biológicos e lodos ativados. Para a definição dos sistemas de controle são necessários modelos dinâmicos que descrevam o comportamento dos diferentes sistemas de tratamento. Da literatura são obtidos os modelos dinâmicos destinados à descrição do comportamento do processo de lodos ativados; para o filtro biológico, é proposto um modelo combinando à equação de balanço do reator e o modelo de ordem variável, este último destinado ao cálculo do fluxo de substrato para o interior de biofilmes profundos. Os resultados demonstram que, independentemente do sistema de tratamento considerado, os sistemas de controle reduzem substancialmente os tempos de acomodação e os desvios apresentados pelas variáveis de estado em relação as suas condições de equilíbrio. Por fim, função da inviabilidade de monitoramento de todas as variáveis de estado utilizadas para caracterizar os sistemas de tratamento, são propostos, a partir de modelos simplificados, controladores que incorporam a observação de estados. Também neste caso, os controladores estabelecidos permitem melhorar significativamente o desempenho dos sistemas de tratamento de esgotos analisados. / This paper constructs automatic control systems by means of optimal control theory for three different combinations of wastewater treatment units, namely, trickling filter, activated sludge process and a combined process. The dynamic model for the activated sludge process available in literature and a model proposed for the trickling filter were used in the construction of control systems. It is shown that the controls obtained in this study substantially reduce the durations necessary for the reestablishment of the equilibrium conditions in terms of state variables and the attenuation of oscillations around these conditions. Controls including observers for the state variables were devised on the basis of simplified models for the process in order to deal with the difficulties involved in monitoring all the state variables. These control systems were also found to be quite effective in improving the performance of the wastewater treatment plants considered in this paper.

O presente trabalho avaliou o desempenho de filtros de areia biológicos no tratamento da água do mar a fim de controlar a formação de biofilmes microbianos em membranas de osmose reversa, utilizadas para o processo de dessalinização, e posteriormente em tanques de cultivo de peixes. Para isto, proteínas e carboidratos (principais componentes de biofilmes) foram quantificados em corpos de prova expostos à diferentes tratamentos. A água produzida pelos tratamentos também foi avaliada por meio da quantificação de microrganismos e teor de carbono orgânico assimilável (AOC), que está associado ao potencial de crescimento microbiano (PCM). A capacidade dos filtros em reduzir turbidez e SDI a partir da água captada no mar, também constituiu um parâmetro de avaliação. A partir dos dados obtidos foi possível verificar que os sistemas de tratamento da água do mar constituídos por filtros lentos de areia são capazes de reduzir a incidência de biofilmes em membranas de osmose reversa (reduzindo em até cerca de 80% a concentração de proteínas e 88% a de carboidratos). Porém, para que se tenha uma taxa significativa de remoção do AOC e redução do PCM, esses sistemas requerem um tempo de maturação entre 50 e 60 dias. Por outro lado, em termos de redução de turbidez e SDI, esses sistemas demonstram eficiência praticamente imediata, resultando em uma água com turbidez sempre menor que 0.3 UNT e SDI sempre menor que 4. Como forma de tratamento de água do mar para sistemas de aquicultura, os filtros lentos de areia demonstraram capacidade em reduzir a formação de biofilmes e a deposição de material particulado dentro dos tanques de cultivo, sendo esta redução mais evidente no fundo dos tanques e na observação realizada após 31 dias. O uso de filtros de areia para o tratamento da água utilizada no cultivo de peixes pode contribuir para redução da frequência de manejo e limpeza de tanques. / The present work has evaluated the performance of biological sand filters in seawater treatment in order to control microbial biofilms formation in reverse osmosis membranes used for the desalination process. The same filters were also evaluated as a seawater treatment system for aquaculture, and the performance in biofilms control inside the fish tanks was verified. To evaluate the performance in terms of biofilms control, proteins and carbohydrates (main components of biofilms) were quantified in specimens exposed to different treatments. The water produced by the treatments was also evaluated by microorganisms concentration and assimilable organic carbon content, which is associated with microbial growth potential. The performance of turbidity removal and SDI reduction from raw water was also an evaluation parameter. From the data obtained, it was observed that seawater treatment systems by of slow sand filters are able to reduce reverse osmosis membranes biofilms (up to 80% proteins concentration and 88% carbohydrate concentration). However, in order to have a significant rate of AOC removal and PCM reduction, these systems need a maturation time between 50 and 60 days. On the other hand, in terms of turbidity removal and SDI reduction, these systems demonstrate immediate efficiency, resulting in water turbidity always less than 0.3 NTU and SDI always less than 4. The slow sand filters showed efficience to reduce the biofilm formation and material deposition inside the fish tanks, this reduction was more evident at the bottom of the tanks and after 31 days. The use of sand filters as a water treatment for fish farming can contribute to reduce the number of procedures for handling and cleaning tanks.