O projeto consistiu em avaliar o emprego de polímeros catiônicos e aniônicos de diferentes pesos moleculares como auxiliares de filtração no tratamento de águas de abastecimento proveniente de mananciais com alto grau de eutrofização com vistas a possibilitar a otimização da remoção de material particulado e minimização da evolução da perda de carga. O aparato experimental é composto, principalmente, por 4 filtros em escala piloto de alta taxa do tipo camada profunda e fluxo descendente por gravidade operados em paralelo. Os filtros possuem 5 m de altura e diâmetro interno de 150 mm. O procedimento experimental foi dividido em três etapas, execução de ensaios de fluidificação e expansão do leito dos filtros e utilização de polímeros catiônicos e de polímero aniônico como auxiliares de filtração. A primeira etapa teve como objetivo definir parâmetros de dimensionamento do sistema de lavagem em contra-corrente com ar e água e nas duas etapas seguintes foram realizados os ensaios de filtração a uma taxa de 500 m³/m²/dia, com a utilização dos polímeros com três dosagens diferentes. Os polímeros utilizados foram CA-2577, CA-2581, CD-2592 e N1986. Estes possuem estrutura e pesos moleculares variáveis, de forma que o trabalho tivesse uma maior amplitude. Os valores médios de turbidez, para a primeira etapa dos ensaios de filtração, foram de 2,36 ± 0,28 UNT e 1,12 ± 0,21 UNT para água bruta e decantada, respectivamente, 0,26 ± 0,07 UNT para o filtro F1 com antracito, 0,25 ± 0,08 UNT para o filtro F3 com antracito e adição de polímero, 0,29 ± 0,08 UNT para o filtro F2 com areia e 0,26 ± 0,08 UNT para o filtro F4 com areia e adição de polímero. Para a segunda etapa dos ensaios de filtração os valores médios de turbidez foram de 2,03 ± 0,36 UNT para água bruta, 0,80 ± 0,21 UNT para água decantada, 0,09 ± 0,03 UNT para o filtro F1, sem adição de polímero, e 0,15 ± 0,04, 0,16 ± 0,03 e 0,10 ± 0,04 UNT para os filtros F2, F3 e F4, respectivamente, todos com adição de polímero. Os resultados experimentais possibilitaram concluir que a adoção do antracito como material filtrante do tipo camada única e profunda apresenta a vantagem de permitir uma menor velocidade ascensional de água de lavagem para uma determinada expansão quando comparado a um filtro de areia de idêntica granulometria. A aplicação dos polímeros catiônicos e do polímero aniônico como auxiliares de filtração não proporcionou para nenhuma dosagem utilizada melhora significativa no comportamento dos filtros. Uma eventual melhora ou piora foi insignificante e estava ligada à qualidade da água decantada. No que diz respeito à perda de carga, os filtros com antracito tiveram carreiras de filtração mais longas quando comparados com os de areia, independente da utilização dos polímeros. / The project was to evaluate the use of anionic and cationic polymers of different molecular weights as filter aids to treat drinking water treatment of surface water sources with high degree of eutrophication, particularly with regard to particulate matter removal optimization and head loss rate minimization. The experimental apparatus was composed of four pilot scale, deep bed, down flow rapid gravity filters, operated in parallel. The filter columns were 5 m high, had inner diameter of 150 mm. The experimental procedure was divided in three stages, conduction of media fluidization and media expansion tests and cationic and anionic polymers application as filter aid. The first stage aims was to define design parameters for the filter backwashing system with water and air and in the two next phases the tests were conducted at a filtration rate of 500 m³/m²/day, with the use of polymers with three different dosages. The polymers tested were CA- 2577, CA-2581, CD-2592 and N1986. They have different structure and molecular weights, thus making wider the array of possibilities tested. The average values of turbidity, for the first stage of testing filtration, were 2.36 ± 0.28 and 1.12 ± 0.21 NTU for raw and settled water, respectively, 0.26 ± 0.07 NTU to the filter F1 with anthracite, 0.25 ± 0.08 NTU for the filter F3 with anthracite and addition of polymer, 0.29 ± 0.08 NTU for the filter F2 with sand and 0.26 ± 0.08 NTU for the filter F4 with sand and the addition of polymer. For the second stage of testing of the filter values of turbidity were 2.03 ± 0.36 NTU for raw water, 0.80 ± 0.21 NTU for settled water, 0.09 ± 0.03 for the filter F1, without the addition of polymer, and 0.15 ± 0.04, 0.16 ± 0.03 and 0.10 ± 0.04 NTU for filters F2, F3 and F4, respectively, all with the addition of polymer. The experimental results led us to conclusion that the adoption of anthracite as single media in deep bed filtration presents the advantage of a lower ascent backwash water velocity for any given bed expansion as compared to deep bed filtration through sand with the same granulometric characteristic. Application of cationic and anionic polymers as filter aids did not lead to any significant improvement in the behavior of pilot scale filters, regardless of applied polymer dosage. Any eventual improvement or worsening was not significant and was closely related to the settled water quality. Regarding the head loss, the filters with anthracite had longer filtration careers when compared to sand, regardless the use of polymers.

O projeto consistiu em avaliar o emprego de polímeros catiônicos e aniônicos de diferentes pesos moleculares como auxiliares de filtração no tratamento de águas de abastecimento proveniente de mananciais com alto grau de eutrofização com vistas a possibilitar a otimização da remoção de material particulado e minimização da evolução da perda de carga. O aparato experimental é composto, principalmente, por 4 filtros em escala piloto de alta taxa do tipo camada profunda e fluxo descendente por gravidade operados em paralelo. Os filtros possuem 5 m de altura e diâmetro interno de 150 mm. O procedimento experimental foi dividido em três etapas, execução de ensaios de fluidificação e expansão do leito dos filtros e utilização de polímeros catiônicos e de polímero aniônico como auxiliares de filtração. A primeira etapa teve como objetivo definir parâmetros de dimensionamento do sistema de lavagem em contra-corrente com ar e água e nas duas etapas seguintes foram realizados os ensaios de filtração a uma taxa de 500 m³/m²/dia, com a utilização dos polímeros com três dosagens diferentes. Os polímeros utilizados foram CA-2577, CA-2581, CD-2592 e N1986. Estes possuem estrutura e pesos moleculares variáveis, de forma que o trabalho tivesse uma maior amplitude. Os valores médios de turbidez, para a primeira etapa dos ensaios de filtração, foram de 2,36 ± 0,28 UNT e 1,12 ± 0,21 UNT para água bruta e decantada, respectivamente, 0,26 ± 0,07 UNT para o filtro F1 com antracito, 0,25 ± 0,08 UNT para o filtro F3 com antracito e adição de polímero, 0,29 ± 0,08 UNT para o filtro F2 com areia e 0,26 ± 0,08 UNT para o filtro F4 com areia e adição de polímero. Para a segunda etapa dos ensaios de filtração os valores médios de turbidez foram de 2,03 ± 0,36 UNT para água bruta, 0,80 ± 0,21 UNT para água decantada, 0,09 ± 0,03 UNT para o filtro F1, sem adição de polímero, e 0,15 ± 0,04, 0,16 ± 0,03 e 0,10 ± 0,04 UNT para os filtros F2, F3 e F4, respectivamente, todos com adição de polímero. Os resultados experimentais possibilitaram concluir que a adoção do antracito como material filtrante do tipo camada única e profunda apresenta a vantagem de permitir uma menor velocidade ascensional de água de lavagem para uma determinada expansão quando comparado a um filtro de areia de idêntica granulometria. A aplicação dos polímeros catiônicos e do polímero aniônico como auxiliares de filtração não proporcionou para nenhuma dosagem utilizada melhora significativa no comportamento dos filtros. Uma eventual melhora ou piora foi insignificante e estava ligada à qualidade da água decantada. No que diz respeito à perda de carga, os filtros com antracito tiveram carreiras de filtração mais longas quando comparados com os de areia, independente da utilização dos polímeros. / The project was to evaluate the use of anionic and cationic polymers of different molecular weights as filter aids to treat drinking water treatment of surface water sources with high degree of eutrophication, particularly with regard to particulate matter removal optimization and head loss rate minimization. The experimental apparatus was composed of four pilot scale, deep bed, down flow rapid gravity filters, operated in parallel. The filter columns were 5 m high, had inner diameter of 150 mm. The experimental procedure was divided in three stages, conduction of media fluidization and media expansion tests and cationic and anionic polymers application as filter aid. The first stage aims was to define design parameters for the filter backwashing system with water and air and in the two next phases the tests were conducted at a filtration rate of 500 m³/m²/day, with the use of polymers with three different dosages. The polymers tested were CA- 2577, CA-2581, CD-2592 and N1986. They have different structure and molecular weights, thus making wider the array of possibilities tested. The average values of turbidity, for the first stage of testing filtration, were 2.36 ± 0.28 and 1.12 ± 0.21 NTU for raw and settled water, respectively, 0.26 ± 0.07 NTU to the filter F1 with anthracite, 0.25 ± 0.08 NTU for the filter F3 with anthracite and addition of polymer, 0.29 ± 0.08 NTU for the filter F2 with sand and 0.26 ± 0.08 NTU for the filter F4 with sand and the addition of polymer. For the second stage of testing of the filter values of turbidity were 2.03 ± 0.36 NTU for raw water, 0.80 ± 0.21 NTU for settled water, 0.09 ± 0.03 for the filter F1, without the addition of polymer, and 0.15 ± 0.04, 0.16 ± 0.03 and 0.10 ± 0.04 NTU for filters F2, F3 and F4, respectively, all with the addition of polymer. The experimental results led us to conclusion that the adoption of anthracite as single media in deep bed filtration presents the advantage of a lower ascent backwash water velocity for any given bed expansion as compared to deep bed filtration through sand with the same granulometric characteristic. Application of cationic and anionic polymers as filter aids did not lead to any significant improvement in the behavior of pilot scale filters, regardless of applied polymer dosage. Any eventual improvement or worsening was not significant and was closely related to the settled water quality. Regarding the head loss, the filters with anthracite had longer filtration careers when compared to sand, regardless the use of polymers.

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.