Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Andrea Limoeiro Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelon_Mariano_M.pdf: 21190388 bytes, checksum: 346134051a71b6148d3357e82826c8b8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Galacto-oligossacarídeos (GOS) são oligossacarídeos não digeríveis que apresentam propriedades prebióticas, pois auxiliam na proliferação de bifidobactérias no cólon. Os GOS podem ser obtidos pela reação de transgalactosilação da galactose catalisada pela enzima ?-galactosidase a partir de substratos ricos em lactose. Neste processo, as misturas de açúcares obtidas após a síntese contêm além dos GOS, mono- e dissacarídeos residuais. Portanto, uma alternativa interessante para aumentar a participação dos GOS no mercado de alimentos funcionais e também incrementar seu valor comercial é sua separação dos demais açúcares. Para tal finalidade, os processos de separação por membranas de nanofiltração podem ser empregados. Estes apresentam vantagens em relação aos processos cromatográficos como a economia de energia e a simplicidade de operação e de ampliação de escala. Deste modo, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para purificação de GOS utilizando membranas de nanofiltração. A partir de uma solução modelo contendo GOS, lactose, glicose e galactose, as membranas de nanofiltração NP010 e NP030 constituídas de polietersulfonas com massa molecular de corte de 1000 e 400 Da, respectivamente, e as membranas Desal 5-DK, Desal 5-DL e Desal 5-HL ambas constituídas de poliamidas aromáticas com massa molecular de corte de 150-300 Da foram utilizadas em um sistema de escala laboratorial que simula um processo de filtração tangencial na pressão de 3 MPa a 30°C. A membrana NP030 foi selecionada, pois apresentou nestas condições o maior fator de purificação (FP) de 1,68±0,06, diferindo-se estatisticamente das demais membranas testadas. Após a etapa de seleção, foi conduzido um delineamento composto 22, com faces centradas e tréplicas nos pontos centrais, totalizando 11 ensaios, variando a pressão de operação do sistema (2 a 4 MPa) e a temperatura do processo (15 a 55°C). A pressão de 3 MPa e a temperatura de 35°C resultaram nos maiores valores de FP (>1,77). Em seguida, um processo de diafiltração descontínua foi realizado com a finalidade de aumentar a pureza da solução retida e verificou-se que após a 1º etapa de diafiltração o valor de FP (~1,87) manteve-se constante até o 4º ciclo de diafiltração. As análises das micrografias obtidas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostram que a membrana NP030 apresenta deposições de solutos e adesão de micro-organismos na superfície filtrante após sua utilização e lavagem com água, indicando a necessidade de um controle das incrustações e do biofouling para sua reutilização. As micrografias obtidas através de MEV do suporte da membrana indicaram uma possível compactação física. Como etapa subsequente, foi realizada uma validação industrial do processo, utilizando uma unidade piloto de filtração de fluxo tangencial com um módulo espiral da membrana NP030. Foi possível observar que a solução final retida apresentou após 3900 s um valor de FP de 2,55 e uma recuperação de GOS de 97,82%. Foi possível identificar os mecanismos de incrustações dos poros através dos valores dos coeficientes cinéticos de adsorção e pode-se concluir que as incrustações da galactose e da glicose correspondem a um modelo padrão de bloqueio dos poros, enquanto que para os GOS e a lactose a um modelo de bloqueio parcial. Foi estimado o tamanho médio dos poros de permeção da membrana NP030, sendo possível afimar que a probabilidade dos poros de permeação da membrana estarem contidos no intervalo entre 1,94-3,47 nm é de 68,2%. Com estes resultados, pode-se afirmar que as membranas de nanofiltração podem ser utilizadas como uma etapa inicial na purificação dos GOS obtidos através de síntese enzimática. Para obtenção de uma solução com pureza comercial, outras técnicas de purificação deveram ser aplicadas após a nanofiltração / Abstract: Galactooligosaccharides (GOS) are oligosaccharides that present non-digestible prebiotic properties because they assist in the proliferation of bifidobacteria in the human colon. GOS may be obtained by the transgalactosylation reaction of galactose catalyzed by the ?- galactosidase enzyme from substrates rich in lactose. In this process the mixtures of sugars obtained after synthesis contain not only GOS, but also mono-and disaccharide residues. Thus, an interesting alternative to increase the participation of GOS in the functional foods market and also enhance its commercial value is its separation from other sugars. For this purpose, separation processes utilizing nanofiltration membranes may be employed. These processes have advantages over chromatographic processes including energy saving and simplicity of operation and scale increase. The objective of this study was therefore to develop a methodology for purification of GOS using nanofiltration membranes. From a solution containing GOS, lactose, glucose and galactose, the nanofiltration membranes NP010 and NP030, composed of polyethersulfones with molecular weight cut-offs of 1000 Da and 400, respectively, as well as the membranes Desal 5-DK, Desal 5-DL and Desal 5-HL made of aromatic polyamides with molecular mass cut-offs of 150-300 Da were used in a system that simulates a laboratory scale cross-flow filtration process at a pressure of 3 MPa at 30°C. The NP030 membrane was selected because at these conditions it presented the highest purification factor (PF) of 1.68±0.06, statistically different from the other membranes tested. After the selection step, a compound 22 design was conducted with centered faces and triplicate of the central points, totaling 11 assays, varying the operating pressure of the system (2 to 4 MPa) and the process temperature (15 to 55°C). The pressure of 3 MPa and temperature of 35°C resulted in the highest PF values (>1.77). Then a discontinuous diafiltration process was carried out in order to increase the purity of the retained solution, where it was found that after the 1st diafiltration step the PF (~1.87) remained constant until the 4th diafiltration step. Analyses of the micrographs obtained by scanning electron microscopy (SEM) showed that membrane NP030 presents deposits of solutes and adhesion of microorganisms on the filter surface after use and washing with water, indicating the need for control of fouling and biofouling for reuse. The SEM micrographs of the membrane support indicated a possible physical compaction. In a subsequent step, an industrial validation of the process was performed using a pilot tangential flow filtration unit with a model NP030 spiral membrane. It was observed that the final solution retained after 3900 s presented a PF value of 2.55 and a recovery of 97.82% GOS. It was possible to identify the fouling mechanisms of the pores using values of the kinetic adsorption coefficients and it could be concluded that galactose and glucose fouling corresponded to a standard blocking model of the pores, while for lactose and GOS a partial blocking model. The average pore size of the NP030 membrane was estimated, thus it was possible to affirm the probability of the membrane permeation pores in the interval between 1.94-3.47 nm, which was 68.2%. Based on these results, nanofiltration membranes may be used as an initial step in purification of GOS obtained by enzymatic synthesis. To obtain a solution with commercial purity, other purification techniques should be applied after nanofiltration / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Luiz Antonio Viotto, Lourdes Maria Correa Cabral / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T16:05:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_FlaviaSilva_M.pdf: 1954883 bytes, checksum: a33e4f6f0c6378dd8256cd98b44333ad (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As amoras-pretas (Rubus spp.), além de serem boas fontes de vitaminas e minerais, são ricas em antioxidantes naturais, como os ácidos fenólicos e flavonóides, entre eles as antocianinas, que também conferem ao suco coloração altamente atrativa, embora o tornem instável a tratamentos térmicos severos, que podem resultar em produtos escurecidos e de sabor alterado. A busca dos consumidores por alimentos que preservem suas características sensoriais e nutricionais após o processamento industrial tem levado as indústrias a investir em novas tecnologias menos agressivas à matéria-prima inicial, para adequar-se a essa nova tendência de mercado. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a obtenção de suco de amora-preta concentrado em antocianinas, utilizando processos de separação por membranas, especificamente a microfiltração (MF), ultrafiltração (UF) e nanofiltração (NF). O suco foi obtido a partir do despolpamento de frutos de amora-preta (Rubus spp.) em despolpadeira com peneira de 0,8 mm e submetido aos processos de centrifugação e hidrólise enzimática, a fim de padronizar o teor de sólidos insolúveis e reduzir sua viscosidade e consequentemente aumentar o fluxo permeado do processo. Os processos de MF, UF e NF foram avaliados individualmente e acoplados entre si, tendo como variáveis de resposta o fluxo permeado, o teor de antocianinas e a capacidade antioxidante. Todos os processamentos foram realizados em um sistema com módulo quadro e placas com membranas a base de polímero fluorado e com tamanho de poro de 0,15 µm (MF), membranas de polissulfona com cut off de 20 kDa (UF) e membrana composta com rejeição ao MgSO4 maior que 98% (NF), com recirculação da corrente de retido e recolhimento contínuo do permeado, a 35°C e pressão aplicada à membrana de 5 bar (MF), 10 bar (UF) e 20 bar (NF). O fluxo permeado foi menor na ultrafiltração, a retenção de antocianinas foi eficiente na nanofiltração e ocorreu um aumento da capacidade antioxidante na fração retida comparado à alimentação, de aproximadamente 2 vezes na MF e NF e em 2,4 na UF. Observou-se também que o teor de antocianinas foi mantido na micro e ultrafiltração comprovando a eficácia da tecnologia de membranas na manutenção desta importante característica do suco de amora-preta, motivando a continuidade da pesquisa na aplicação deste processo para a obtenção de novos produtos com maior valor agregado / Abstract: Blackberries (Rubus spp.), besides being good sources of vitamins and minerals, are rich in natural antioxidants such as phenolic acids, flavonoids and anthocyanins that causes attractive juice staining, but at the same time, makes it severely unstable to thermal treatment, which can result in dark products and altered taste. The search for food consumers to preserve natural nutritional and sensory characteristics after processing has led food industries to invest in new technologies less harmful to the initial raw material and to adapt to this new market trend. In this context, this study aimed to obtain blackberry juice concentrated in anthocyanins, using membrane separation processes, specifically microfiltration (MF), ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF). The juice was obtained by pulping the fruit of blackberry (Rubus spp.) fruits using a removal device with a 0.8 mm sieve. This juice was then subjected to the centrifugation process and enzymatic hydrolysis in order to standardize the amount of insoluble solids, and reduce its viscosity and consequently increase the permeate flux of the process. The processes of MF, UF and NF were evaluated individually and coupled together with response variables such as the permeate flux, the anthocyanin content and antioxidant capacity. All the process were carried out in a plate and frame module with membrane-based fluoropolymer and pore size of 0.15 micrometre (MF), polysulfone membranes with cut off 20 kDa (UF) and composite membrane with MgSO4 rejection of greater than 98% (NF), with recirculation of the retentate stream and continuous collection of the permeate at 35 °C as well as pressures applied to the membrane of 5 bar (MF), 10 bar (UF) and 20 bar (NF). The permeate flux was lower in ultrafiltration, and the anthocyanin retention in nanofiltration was effective; there was an increase in antioxidant capacity in the retained fraction compared to food, of approximately two times the MF and NF and 2.4 at UF. Additionally, it was observed that the anthocynanin's content was preserved in the micro- and ultrafiltration, proving the efficiency of the membrane technology to maintain this important feature of the blackberry juice, motivating continued research in applying this process to obtain new products with higher added value / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Miriam Dupas Hubinger / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T16:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_MarianaTeixeiradaCosta_M.pdf: 8511455 bytes, checksum: bd5aac000408d3ec9d6681eb8c47142c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O pequi (Caryocar brasiliense Camb.) é uma fruta do cerrado de grande importância econômica, que apresenta alto teor de compostos fenólicos e carotenóides e alta atividade antioxidante. Este trabalho teve como objetivo desenvolver produtos ricos em compostos funcionais, principalmente compostos fenólicos e carotenóides, a partir de extratos aquosos e alcoólicos de pequi concentrados por processos de membranas. Inicialmente, as principais variáveis relativas ao processo (tempo e temperatura) foram avaliadas, para definir a melhor forma de extração aquosa e alcoólica dos compostos bioativos da polpa, do endocarpo espinhoso e da semente do fruto. A partir das condições selecionadas nessa primeira etapa (temperatura de 25 °C durante 1 hora de extração para o extrato aquoso e 40°C durante 24 horas para o extrato alcoólico), foram produzidos extratos concentrados utilizando-se uma unidade de membrana de pequeno porte, que faz a simulação de escoamento transversal com diferentes tipos de membranas: uma de ultrafiltração (UF com cut-off de 100 KDa) e duas de nanofiltração(NF 90 e NF 270, com cut-off de 200-300 Da e diferentes materiais). Durante os processos, os fluxos de permeado foram calculados, as membranas foram submetidas a uma caracterização morfológica antes e depois do processo de concentração e os produtos obtidos (alimentação, concentrado e permeado) de cada processo foram caracterizados em relação às seguintes propriedades: densidade, viscosidade, cor, polifenóis totais, carotenóides e atividade antioxidante. Os fluxos de permeado dos processos de ultra e nanofiltração para os extratos alcoólicos e aquosos variaram de 7,06 a 9,17 L/h.m2, e não apresentaram diferença significativa. O processo de concentração por membranas para o extrato alcoólico de pequi mostrou-se ineficiente para concentrar os compostos bioativos, uma vez que todas as condições apresentaram coeficientes de retenção menores que 15% tanto para compostos fenólicos, quanto para carotenóides. Para o extrato aquoso, as membranas de nanofiltração apresentaram 100% de retenção de carotenóides e 93% (NF 270) e 97% (NF 90) de retenção de polifenóis. Concordando com estes resultados, o concentrado aquoso obtido com a membrana NF 90 mostrou-se rico em compostos bioativos e alta atividade antioxidante / Abstract: Pequi (Caryocar brasiliense Camb.) is a fruit of Cerrado Brazilian region with great economic importance and contains high levels of phenolics compounds and carotenoids as well as high antioxidant activity. This work aimed at developing products rich in functional compounds, mainly phenolic compounds and carotenoids, from aqueous and alcoholic pequi extracts concentrated by membrane processes. Initially, the main variables of the process (time and temperature) were evaluated, to define the best form of alcohol and water extraction of bioactive compounds from the pulp, prickly endocarp and seed fruit. From the conditions selected in this first step (25 °C for 1 h to extract the aqueous extract and 40 °C for 24 h for the alcohol extract), concentrated extracts were produced using a laboratorial membrane unit, which makes the simulation of cross flow with different types of membranes: one of ultrafiltration (UF with cutoff of 100 KDa) and two of nanofiltration (NF 90 and NF 270, with cut-off of 200-300 Da and different materials). During the process, the permeate fluxes was calculated, the membranes were subjected to a morphological characterization before and after the concentration process and the products obtained (feed, concentrate and permeate) from each process were characterized by the following properties: density, viscosity, color, total polyphenols, carotenoids and antioxidant activity. The permeate fluxes of ultra and nanofiltration process for alcoholic and aqueous extracts varied from 7.06 to 9.17 L/h.m2, and they did not presented significant difference. The concentration membrane process of the alcoholic pequi extract was ineffective to concentrate the bioactive compounds, since all conditions showed retention coefficient lower than 15% for both, phenolic compounds and carotenoids. For the aqueous extract, the nanofiltration membranes process showed 100% retention of carotenoids and 93% (NF 270) and 97% (NF 90) the retention of polyphenols. According to these results, the aqueous concentrate obtained with the NF 90 membrane showed rich in bioactive compounds and higher antioxidant activity / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

O tratamento de efluentes industriais tem sido objeto de estudos no sentido da busca de soluções que minimizem impactos ambientais e promovam a conservação do bem natural que é a água. Nesta linha de pensamento, o presente trabalho propôs-se avaliar a viabilidade de recuperação de efluentes industriais contaminados com pesticidas do tipo piretróides em específico: a deltametrina e beta-ciflutrina. A justificativa na escolha deste tipo de componente está fundamentada na alta demanda alimentícia por parte da população mundial e o consequente acréscimo no uso dos agrotóxicos a fim de garantir a eficiência e o elevado volume de produção de alimentos. O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina de efluentes sintéticos aquosos por meio dos processos de osmose inversa e nanofiltração, com a utilização de membranas de poliamida. O presente estudo se justifica pelo atendimento aos padrões ambientais de concentração de piretróides no meio ambiente e reafirma o uso do sistema com membranas no tratamento de efluentes e remoção destes contaminantes. Para caracterização das membranas, foi realizado o teste de permeabilidade hidráulica, constatando diferentes linearidades de fluxo entre os dois processos, com a variação de pressão de trabalho. O desempenho dos processos foi verificado pela variação de parâmetros de meio reacional, variando a concentração dos piretróides em solução, analisando os princípios ativos isolados e também em mistura de ambos piretróides. Primeiramente se estudou a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina isoladamente em solução, nas concentrações de 5, 25, 50 e 100 mg L-1, sob a pressão de 5 bar. Posteriormente, avaliou-se o desempenho das membranas na remoção dos piretróides em mistura nas soluções sintéticas, com ambos os princípios ativos na concentração de 50 mg L-1, na pressão de 5 bar. Foi estudada a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina nos dois processos: osmose inversa e nanofiltração. Os resultados foram tratados estatisticamente por análise de variância (ANOVA) e pela análise por comparação de amostras independentes a fim de verificar a significância dos valores obtidos e a influência da variação dos parâmetros analisados. Para a faixa de concentração estudada (5, 25, 50 e 100 mg L-1) os valores encontrados de concentração de permeado foram todos consideravelmente baixos. O maior valor encontrado foi de 0,026 mg L-1 no ensaio de nanofiltração com concentração inicial de 5 mg L-1 de beta-ciflutrina em água. Os resultados apresentaram excelentes rejeições em todos os testes, seja com princípio ativo isolado ou em mistura, com rejeições maiores que 99,5% para ambos os piretróides nas concentrações testadas, sob a pressão de 5 bar. O processo de nanofiltração apresentou maiores e melhores fluxos de permeado do que a osmose inversa. Contudo, no que diz respeito à eficácia da separação, ambos processos indicaram ótimo desempenho na remoção dos piretróides, viabilizando assim, a escolha destes métodos para tratamento de efluentes contaminados com este pesticida / Treatment of industrial effluents has been the subject of numerous studies aimed at finding solutions that minimize environmental impacts and promote the recovery and / or reuse of the natural benefit which is the water. With this in mind, this study aims to evaluate the feasibility of recovery of industrial effluents contaminated with pyrethroid pesticide - in particular: the beta-cyfluthrin and deltamethrin. The justification for choosing this type of component is based on the high demand for food for the world population and consequent increase in the use of pesticides to ensure efficiency and high volume food production. The aim of this work was to study the removal of deltamethrin and beta-cyfluthrin from synthetic effluents through process of reverse osmosis and nanofiltration, with the use of polyamide membranes. This study is justified by attendance to environmental standards for pyrethroids concentration in the environment and it reaffirms the use of membranes system in wastewater treatment and in the removal of contaminants. For membranes characterization an hydraulic permeability test was performed, noting different flow linearities between the two processes, under variation of pressure. The process performance was verified by variation of parameters of reaction environment, by varying the concentration of pyrethroids in solution, examining the active ingredients alone and in mixture of both pyrethroids. First of all, we have studied the removal of deltamethrin and beta-cyfluthrin alone in solution, on concentrations of 5, 25, 50 and 100 mg L-1, under the pressure of 5 bar. Subsequently, we assessed the performance of the membranes in the removal of pyrethroid in mixture in the synthetic solutions, with both active ingredients at a concentration of 50 mg L-1, at a pressure of 5 bar. We studied the removal of deltamethrin and beta-cyfluthrin in two processes: reverse osmosis and nanofiltration. The results were statistically analyzed by analysis of variance (ANOVA) and analysis by comparison of independent samples in order to verify the significance of the values obtained and the influence of variation of parameters. For the concentration range studied (5, 25, 50 and 100 mg L-1) the values found in the permeate concentration were all pretty low. The highest value obtained was 0.026 mg L-1 in nanofiltration test with initial concentration of 5 mg L-1 of beta-cyfluthrin in water. The results showed excellent rejections in all tests, either with isolated active ingredient or in coexistence of them, attesting rejections greater than 99,5% for both pyrethroids, under the pressure of 5 bar. The nanofiltration process had higher and better permeate fluxes than the reverse osmosis. However, regarding the effectiveness of separation, both processes showed excellent performance in the removal of pyrethroids, thus enabling the choice of these methods for treatment of wastewater which are contaminated with this kind of pesticide

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-07-08T16:37:09Z No. of bitstreams: 1 2016_ClaudiaPatriciaPereiraSimões.pdf: 4749646 bytes, checksum: 79ad7e2f8b45e3af4441a27eb7a6fa99 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-07-11T16:19:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_ClaudiaPatriciaPereiraSimões.pdf: 4749646 bytes, checksum: 79ad7e2f8b45e3af4441a27eb7a6fa99 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-11T16:19:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_ClaudiaPatriciaPereiraSimões.pdf: 4749646 bytes, checksum: 79ad7e2f8b45e3af4441a27eb7a6fa99 (MD5) / Os problemas de qualidade e disponibilidade de água nos grandes centros urbanos são crescentes e demandam soluções preventivas e corretivas. Com relação à segurança da qualidade da água de consumo humano, um dos desafios é a remoção de microcontaminantes e patógenos emergentes e os processos de separação por membranas (PSM) têm se mostrado como uma opção promissora. As membranas de ultrafiltração (UF) são empregadas na remoção de material em suspensão e patógenos, e as de nanofiltração (NF) e osmose inversa (OI) são utilizadas na remoção de substâncias dissolvidas, entre elas o bisfenol-A (BFA). No presente trabalho foi avaliado, em escala piloto, o tratamento de água por três tipos de PSM, considerando o desempenho operacional, a rejeição de BFA e de outros contaminantes físico-químicos e microbiológicos. Foram utilizadas quatro membranas distintas, sendo: uma de UF (GS-5101U-S4); duas de NF (NF270 e NF90); e uma de OI (TW30). A UF foi empregada no tratamento da água do lago Paranoá e o seu permeado utilizado para alimentar a OI, enquanto as membranas de NF foram alimentadas com o efluente dos filtros ETA Brasília (DF). Tanto no caso da OI, como das NF, a água de alimentação foi enriquecida com bisfenol-A. A UF apresentou elevados valores de rejeição de turbidez (92%), coliformes (100%) e clorofila-a (97%) para valores iniciais de, respectivamente, 5,6UT, >24.196NNP/100mL e 3,9μg/L. Nas condições definidas como padrão o fluxo de permeado (Jp) médio da UF foi de 62L/(h.m2), a pressão transmembrana (PTM) média foi de 37,8kPa e a recuperação média foi de 96,1%. O aumento do tempo entre limpeza, do Jp e a adoção de etapa de coagulação influenciaram negativamente o desempenho operacional da UF. Entre as membranas de alta pressão estudadas, a NF90 apresentou melhor desempenho operacional, com Jp médio de 39,4L/(h.m2) e recuperação média de 22%. A membrana NF270 apresentou Jp médio de 8,7L/(h.m2) e recuperação média de cerca de 5%, e no caso da membrana de OI o Jp médio foi de 17,2L/(h.m2) e a recuperação média 8%. A rejeição de BFA pelas membranas TW30 e NF90 foi praticamente 100%, enquanto, a membrana NF270 apresentou rejeição entre 43 e 54%. Por outro lado, a rejeição de BFA pela membrana de UF foi praticamente inexistente. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Water quality and availability in urban areas is a matter of growing concern and claim for preventive e corrective solutions. Regarding the safety of drinking water, one of the challenges is the removal of emerging micropollutants and pathogens and membrane separation processes (MSP) are promising technologies. Ultrafiltration membranes (UF) are mainly applied for the removal of suspended solids and pathogens, while nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) are recommended for the retention of dissolved substances, bisphenol-A (BPA) amongst them. In this study it was evaluated, in pilot scale, the capabilities of three types of MSP in treating water, considering their operational performance, BPA rejection, as well as the rejection of other physicochemical and microbiological contaminants. Four membranes were evaluated: one UF membrane (GS-5101U-S4), two NF membranes (NF270 and NF90) and one RO membrane (TW30). The UF membrane was fed with Paranoá lake water, and the UF permeate was used to feed the pilot RO system. The filtrated water from a local water treatment plant (ETA Brasilia, DF) was used as raw water for the NF membranes pilot plant. The feed water of both RO and NF membranes was spiked with bisphenol-A. High rejection of turbidity (92%), chlorophyll-a (97%) and coliforms (100%) was obtained when UF was evaluated, for initial values of, respectively, 5.6NTU, >24,196NNP/100mL e 3.9μg/L. For the standard operation conditions, UF permeate flux was 62 L/(h.m2), transmembrane pressure (TMP) was 37.8kPa and average recovery was 96%. The adoption of chemical coagulation stepprior to UF and the increase of cleaning intervals or permeate fluxes, resulted in adverse influence on UF operational performance. The NF90 membrane showed the best overall performance amongst the high pressure membranes. NF90 average permeate flux was 39.4L/(h.m2), while NF270 and TW30 were, respectively, 8.7 and 17.2 L/(h.m2). Average recoveries were 22%, 5% and 8% for NF90, NF270 and TW30, respectively. Both NF90 and TW30 (tighter membranes) provided BPA rejections, around 100%, while the NF270 membrane (looser membrane) showed BPA rejection between 43 and 54%. There was no detectable BPA rejection by the UF membrane whatsoever.

O tratamento de efluentes industriais tem sido objeto de estudos no sentido da busca de soluções que minimizem impactos ambientais e promovam a conservação do bem natural que é a água. Nesta linha de pensamento, o presente trabalho propôs-se avaliar a viabilidade de recuperação de efluentes industriais contaminados com pesticidas do tipo piretróides em específico: a deltametrina e beta-ciflutrina. A justificativa na escolha deste tipo de componente está fundamentada na alta demanda alimentícia por parte da população mundial e o consequente acréscimo no uso dos agrotóxicos a fim de garantir a eficiência e o elevado volume de produção de alimentos. O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina de efluentes sintéticos aquosos por meio dos processos de osmose inversa e nanofiltração, com a utilização de membranas de poliamida. O presente estudo se justifica pelo atendimento aos padrões ambientais de concentração de piretróides no meio ambiente e reafirma o uso do sistema com membranas no tratamento de efluentes e remoção destes contaminantes. Para caracterização das membranas, foi realizado o teste de permeabilidade hidráulica, constatando diferentes linearidades de fluxo entre os dois processos, com a variação de pressão de trabalho. O desempenho dos processos foi verificado pela variação de parâmetros de meio reacional, variando a concentração dos piretróides em solução, analisando os princípios ativos isolados e também em mistura de ambos piretróides. Primeiramente se estudou a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina isoladamente em solução, nas concentrações de 5, 25, 50 e 100 mg L-1, sob a pressão de 5 bar. Posteriormente, avaliou-se o desempenho das membranas na remoção dos piretróides em mistura nas soluções sintéticas, com ambos os princípios ativos na concentração de 50 mg L-1, na pressão de 5 bar. Foi estudada a remoção da deltametrina e da beta-ciflutrina nos dois processos: osmose inversa e nanofiltração. Os resultados foram tratados estatisticamente por análise de variância (ANOVA) e pela análise por comparação de amostras independentes a fim de verificar a significância dos valores obtidos e a influência da variação dos parâmetros analisados. Para a faixa de concentração estudada (5, 25, 50 e 100 mg L-1) os valores encontrados de concentração de permeado foram todos consideravelmente baixos. O maior valor encontrado foi de 0,026 mg L-1 no ensaio de nanofiltração com concentração inicial de 5 mg L-1 de beta-ciflutrina em água. Os resultados apresentaram excelentes rejeições em todos os testes, seja com princípio ativo isolado ou em mistura, com rejeições maiores que 99,5% para ambos os piretróides nas concentrações testadas, sob a pressão de 5 bar. O processo de nanofiltração apresentou maiores e melhores fluxos de permeado do que a osmose inversa. Contudo, no que diz respeito à eficácia da separação, ambos processos indicaram ótimo desempenho na remoção dos piretróides, viabilizando assim, a escolha destes métodos para tratamento de efluentes contaminados com este pesticida / Treatment of industrial effluents has been the subject of numerous studies aimed at finding solutions that minimize environmental impacts and promote the recovery and / or reuse of the natural benefit which is the water. With this in mind, this study aims to evaluate the feasibility of recovery of industrial effluents contaminated with pyrethroid pesticide - in particular: the beta-cyfluthrin and deltamethrin. The justification for choosing this type of component is based on the high demand for food for the world population and consequent increase in the use of pesticides to ensure efficiency and high volume food production. The aim of this work was to study the removal of deltamethrin and beta-cyfluthrin from synthetic effluents through process of reverse osmosis and nanofiltration, with the use of polyamide membranes. This study is justified by attendance to environmental standards for pyrethroids concentration in the environment and it reaffirms the use of membranes system in wastewater treatment and in the removal of contaminants. For membranes characterization an hydraulic permeability test was performed, noting different flow linearities between the two processes, under variation of pressure. The process performance was verified by variation of parameters of reaction environment, by varying the concentration of pyrethroids in solution, examining the active ingredients alone and in mixture of both pyrethroids. First of all, we have studied the removal of deltamethrin and beta-cyfluthrin alone in solution, on concentrations of 5, 25, 50 and 100 mg L-1, under the pressure of 5 bar. Subsequently, we assessed the performance of the membranes in the removal of pyrethroid in mixture in the synthetic solutions, with both active ingredients at a concentration of 50 mg L-1, at a pressure of 5 bar. We studied the removal of deltamethrin and beta-cyfluthrin in two processes: reverse osmosis and nanofiltration. The results were statistically analyzed by analysis of variance (ANOVA) and analysis by comparison of independent samples in order to verify the significance of the values obtained and the influence of variation of parameters. For the concentration range studied (5, 25, 50 and 100 mg L-1) the values found in the permeate concentration were all pretty low. The highest value obtained was 0.026 mg L-1 in nanofiltration test with initial concentration of 5 mg L-1 of beta-cyfluthrin in water. The results showed excellent rejections in all tests, either with isolated active ingredient or in coexistence of them, attesting rejections greater than 99,5% for both pyrethroids, under the pressure of 5 bar. The nanofiltration process had higher and better permeate fluxes than the reverse osmosis. However, regarding the effectiveness of separation, both processes showed excellent performance in the removal of pyrethroids, thus enabling the choice of these methods for treatment of wastewater which are contaminated with this kind of pesticide

As atividades humanas em bacias hidrográficas introduzem nos cursos de água nutrientes que aceleram o processo natural de eutrofização, favorecendo a ocorrência de florações de algas e cianobactérias. Estas florações se caracterizam por um crescimento explosivo destes microrganismos. Entre os diversos impactos negativos trazidos pelas florações está a emissão potencial dos compostos 2-metilisoborneol (MIB) e geosmina (GEO), os quais conferem gosto e odor de mofo e terra a água. Estes compostos não são totalmente removidos pelos processos convencionais de tratamento de água – clarificação química, filtração em meio granular e desinfecção com cloro, e permanecem na água até seu consumo, ocasionando alto índice de rejeição do produto por parte da população consumidora. Desta forma, a pesquisa foi planejada para avaliar alternativas de processos de tratamento visando à remoção de compostos odoríferos na água. Além de MIB e geosmina, foram feitas investigações relativas a remoção de ferro (Fe+2), manganês (Mn+2) e enxofre (H2S), nos processos estudados. Estas formas são normalmente encontradas em ambientes redutores, como águas subterrâneas e no hipolímnio de lagos e reservatórios, podendo contribuir para a deterioração das características organolépticas da água, ocasionando gosto e odores desagradáveis na água potável. Os processos estudados na pesquisa foram aeração em cascata, dessorção gasosa e nanofiltração. Os mecanismos do primeiro e segundo processos são: a oxidação de formas reduzidas e a dessorção de compostos voláteis e gases da água para o ar. O sistema de nanofiltração remove contaminantes da água através de retenção física imposta pelo tamanho dos poros da membrana. / Human activities in watersheds introduce nutrients to water bodies, accelerating the natural process of eutrophication and favoring the occurrence of algae and cyanobacterial blooms. The blooms are characterized by explosives growths of those microorganisms. Among the several negative impacts brought by the blooms is the potential emission of the compounds 2-methylisoborneol (MIB) and geosmin (GEO), which confer earthy and moldy taste and odor to drinking water. MIB and GEO are not completely removed by the conventional water treatment processes – chemical clarification, granular filtration and chorine disinfection, causing consumer’s rejection of the distributed drinking water This research was planned to evaluate the capability of alternative treatment processes to remove odorous compounds from water. Besides MIB and geosmin, the research encompassed tests with iron (Fe+²), manganese (Mn+²) and hydrogen sulfide (H2S). These species are usually found in reduced environments such as lake and reservoir hypolimnion and groundwater. They can cause problems associated with color, taste and odor in drinking water. Processes studied in the research were cascade aeration, air stripping and nanofiltration. Prevailing mechanisms in the first two processes are oxidation of the reduced forms by air oxygen and stripping of volatile compounds and gases dissolved in water to air. Nanofiltration systems remove contaminants dissolved in water by physical retention imposed by the membrane pore size.

As atividades humanas em bacias hidrográficas introduzem nos cursos de água nutrientes que aceleram o processo natural de eutrofização, favorecendo a ocorrência de florações de algas e cianobactérias. Estas florações se caracterizam por um crescimento explosivo destes microrganismos. Entre os diversos impactos negativos trazidos pelas florações está a emissão potencial dos compostos 2-metilisoborneol (MIB) e geosmina (GEO), os quais conferem gosto e odor de mofo e terra a água. Estes compostos não são totalmente removidos pelos processos convencionais de tratamento de água – clarificação química, filtração em meio granular e desinfecção com cloro, e permanecem na água até seu consumo, ocasionando alto índice de rejeição do produto por parte da população consumidora. Desta forma, a pesquisa foi planejada para avaliar alternativas de processos de tratamento visando à remoção de compostos odoríferos na água. Além de MIB e geosmina, foram feitas investigações relativas a remoção de ferro (Fe+2), manganês (Mn+2) e enxofre (H2S), nos processos estudados. Estas formas são normalmente encontradas em ambientes redutores, como águas subterrâneas e no hipolímnio de lagos e reservatórios, podendo contribuir para a deterioração das características organolépticas da água, ocasionando gosto e odores desagradáveis na água potável. Os processos estudados na pesquisa foram aeração em cascata, dessorção gasosa e nanofiltração. Os mecanismos do primeiro e segundo processos são: a oxidação de formas reduzidas e a dessorção de compostos voláteis e gases da água para o ar. O sistema de nanofiltração remove contaminantes da água através de retenção física imposta pelo tamanho dos poros da membrana. / Human activities in watersheds introduce nutrients to water bodies, accelerating the natural process of eutrophication and favoring the occurrence of algae and cyanobacterial blooms. The blooms are characterized by explosives growths of those microorganisms. Among the several negative impacts brought by the blooms is the potential emission of the compounds 2-methylisoborneol (MIB) and geosmin (GEO), which confer earthy and moldy taste and odor to drinking water. MIB and GEO are not completely removed by the conventional water treatment processes – chemical clarification, granular filtration and chorine disinfection, causing consumer’s rejection of the distributed drinking water This research was planned to evaluate the capability of alternative treatment processes to remove odorous compounds from water. Besides MIB and geosmin, the research encompassed tests with iron (Fe+²), manganese (Mn+²) and hydrogen sulfide (H2S). These species are usually found in reduced environments such as lake and reservoir hypolimnion and groundwater. They can cause problems associated with color, taste and odor in drinking water. Processes studied in the research were cascade aeration, air stripping and nanofiltration. Prevailing mechanisms in the first two processes are oxidation of the reduced forms by air oxygen and stripping of volatile compounds and gases dissolved in water to air. Nanofiltration systems remove contaminants dissolved in water by physical retention imposed by the membrane pore size.

As atividades humanas em bacias hidrográficas introduzem nos cursos de água nutrientes que aceleram o processo natural de eutrofização, favorecendo a ocorrência de florações de algas e cianobactérias. Estas florações se caracterizam por um crescimento explosivo destes microrganismos. Entre os diversos impactos negativos trazidos pelas florações está a emissão potencial dos compostos 2-metilisoborneol (MIB) e geosmina (GEO), os quais conferem gosto e odor de mofo e terra a água. Estes compostos não são totalmente removidos pelos processos convencionais de tratamento de água – clarificação química, filtração em meio granular e desinfecção com cloro, e permanecem na água até seu consumo, ocasionando alto índice de rejeição do produto por parte da população consumidora. Desta forma, a pesquisa foi planejada para avaliar alternativas de processos de tratamento visando à remoção de compostos odoríferos na água. Além de MIB e geosmina, foram feitas investigações relativas a remoção de ferro (Fe+2), manganês (Mn+2) e enxofre (H2S), nos processos estudados. Estas formas são normalmente encontradas em ambientes redutores, como águas subterrâneas e no hipolímnio de lagos e reservatórios, podendo contribuir para a deterioração das características organolépticas da água, ocasionando gosto e odores desagradáveis na água potável. Os processos estudados na pesquisa foram aeração em cascata, dessorção gasosa e nanofiltração. Os mecanismos do primeiro e segundo processos são: a oxidação de formas reduzidas e a dessorção de compostos voláteis e gases da água para o ar. O sistema de nanofiltração remove contaminantes da água através de retenção física imposta pelo tamanho dos poros da membrana. / Human activities in watersheds introduce nutrients to water bodies, accelerating the natural process of eutrophication and favoring the occurrence of algae and cyanobacterial blooms. The blooms are characterized by explosives growths of those microorganisms. Among the several negative impacts brought by the blooms is the potential emission of the compounds 2-methylisoborneol (MIB) and geosmin (GEO), which confer earthy and moldy taste and odor to drinking water. MIB and GEO are not completely removed by the conventional water treatment processes – chemical clarification, granular filtration and chorine disinfection, causing consumer’s rejection of the distributed drinking water This research was planned to evaluate the capability of alternative treatment processes to remove odorous compounds from water. Besides MIB and geosmin, the research encompassed tests with iron (Fe+²), manganese (Mn+²) and hydrogen sulfide (H2S). These species are usually found in reduced environments such as lake and reservoir hypolimnion and groundwater. They can cause problems associated with color, taste and odor in drinking water. Processes studied in the research were cascade aeration, air stripping and nanofiltration. Prevailing mechanisms in the first two processes are oxidation of the reduced forms by air oxygen and stripping of volatile compounds and gases dissolved in water to air. Nanofiltration systems remove contaminants dissolved in water by physical retention imposed by the membrane pore size.

Orientador: Leila Peres / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:27:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_Deniltonda_D.pdf: 3140539 bytes, checksum: 167c6095412deb4ab1d9dd96d26efcb7 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Na indústria de papel e celulose os processos de separação por membranas, como a ultrafiltração (UF) e a nanofiltração (NF), são utilizados para a recuperação de diversas espécies presentes nos resíduos da digestão da madeira que são atrativos para outras aplicações, tais como a lignina e açúcares, e em especial os lignossulfonatos, auxiliando também na recirculação de água do processo e na redução do teor poluente do efluente. Devido à sua gama de aplicações, existe hoje um mercado próprio de industrialização de lignossulfonatos obtidos a partir de subprodutos da indústria de papel, contexto em que se insere o interesse deste trabalho que teve como objetivo o estudo da recuperação por nanofiltração, no retentado, da fração de lignossulfonatos de baixa massa molar (<5000 g/mol) que não é recuperada pelo processo prévio de ultrafiltração do efluente de indústria de papel com processo sulfito, empregando membranas poliméricas comerciais NF e NF270, fornecidas pela Filmtec, Dow Liquid Separations, EUA. Os experimentos e as análises foram realizados de acordo com um planejamento experimental fatorial 2² (duas variáveis, dois níveis), em duplicata, onde as variáveis de processo estudadas foram: tipo de membrana e a pressão. As variáveis de resposta estudadas foram: fluxo de permeado, retenção baseada nos sólidos totais e na absorbância UV-VIS, massa molar média, condutividade e pH. A temperatura utilizada foi de 45°C e a placa suporte com 43,7% de área perfurada. O planejamento experimental possibilitou a determinação de modelos matemáticos para a previsão do fluxo de permeado de água pura e fluxo de permeado de amostra de lignossulfonato em função das variáveis estudadas, e para estes parâmetros os melhores resultados foram alcançados com as variáveis em nível superior: membrana NF270 e pressão 24 bar. A avaliação da retenção de lignossulfonatos, tanto através da análise de sólidos totais (diminuição de até 51,79% no teor de sólidos totais), bem como através da leitura de absorbância UV 280 nm (diminuição de até 84,26%, na absorbância), apresentou os melhores resultados com as variáveis em nível inferior: membrana NF e pressão 18 bar, como era esperado. Na análise da massa molar média de lignossulfonatos, realizada por Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), o processo de nanofiltração apresentou capacidade de fracionamento, com Massa Molar Ponderal Média ( w M ) de 1994 g/mol para a alimentação, 2327 g/mol para o retentado e 1043 g/mol para o permeado. Para o estudo do conteúdo iônico (condutividade e pH) os resultados não apresentaram significância estatística. Estudo preliminar também foi realizado com o objetivo de avaliar a influência da área perfurada da placa-suporte da membrana no fluxo de permeado e permeabilidade hidráulica, utilizando-se três diferentes tipos de placa metálica como suporte para as membranas, todas com área total filtrante de membrana de 15,90 cm², mas com diferentes áreas perfuradas em relação à área total filtrante: 25,3%, 36,5% e 43,7% de área perfurada, respectivamente. Este estudo apresentou melhores resultados de fluxo para a maior área perfurada, indicando que para comparações entre valores de fluxo de permeado obtidos em células de fluxo perpendicular, é fundamental a informação da área perfurada da placa-suporte / Abstract: Membrane separation processes like ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF) are used in the pulp and paper industry to the recovery of several species present in the wood digest waste that are interesting to other applications as lignin, sugars and specially lignosulfonates, improving the recirculation of the water in the pulping process and the reduction of the pollutants in the waste water as well. Due to their wide range of applications, there is presently a specific market for lignosulfonates obtained from paper industry as byproducts, context where this study is inserted. The main objective is to recover by nanofiltration (NF) the low molecular weight lignosulfonates fraction (<5000 g/mol) from the permeate produced in a previous current ultrafiltration process of the paper industry effluent with sulphite process, using polymeric membranes NF and NF270, supplied by Filmtec, Dow Liquid Separations, USA. The assays and the analysis where conducted according to a 22 full factorial design (two variables, two levels), where the studied independent variables were: type of membrane and pressure. The studied dependent variables were: permeate flux, retention based on total solids and on UV-VIS absorbance, average molecular weight, conductivity and pH. The temperature used was 45°C and the perforated area of the support plate was 43.7%. The used full factorial design enabled the determination of mathematical models to predict the permeate flux of pure water and of lignosulfonate samples as a function of the studied variables. The best results to these parameters were achieved with the variables at the superior level values: membrane NF270 and pressure of 24 bar. The evaluation of the lignosulfonates retention using the total solids data (decrease of up to 51.79% in total solids in the permeate) or using the UV 280 nm absorbance data (decrease of up to 84.26% in absorbance in the permeate), as expected presented the best results with the variables at the inferior level values: membrane NF and pressure of 18 bar. In the analysis of the averaged molecular weight of lignosulfonates obtained by Gel Permeation Chromatography (GPC), the nanofiltration process presented fractioning capacity with Averaged Molecular Weight ( w M ) of 1994 g/mol to the sample, 2327 g/mol to the concentrated and 1043 g/mol to the permeated. The results have not presented statistical significance to the ionic content (conductivity and pH). Preliminary study were also conducted to estimate the influence of perforated area (%) of metallic plates used to support the membranes in the permeate flux and hydraulic permeability, using three different types of metallic support plates, each one with a total filtration membrane area of 15.90 cm2, but with different perforated areas (%) related to the total filtration area: 25.3%, 36.5% and 43.7%. This study presented better water permeate flux results to the biggest perforated area, indicating that when comparing permeate flux values obtained in perpendicular flux cells, the information of the perforated area (%) of the support plate is important / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química