O processo industrial de beneficiamento de peles e couros consome grande volume de água e gera efluentes com alto poder de contaminação e degradação do meio ambiente. O tratamento convencional destes efluentes nem sempre é eficiente para atingir o padrão de lançamento estabelecido pela legislação ou para obter água em condições de reuso no processo produtivo. Neste sentido, a busca por novas tecnologias de tratamento de efluentes de curtume é, sem dúvida, uma necessidade e um grande desafio para o setor. Neste trabalho, foi estudada a aplicação de processos de separação com membranas como a nanofiltração (NF) e a eletrodiálise (ED) no tratamento de efluentes de curtume. A nanofiltração apresentou versatilidade para separar a fração orgânica (proteínas, taninos e outros) e parte da fração inorgânica (sais) permitindo a aplicação da eletrodiálise para uma maior remoção dos sais remanescentes no efluente. O permeado produzido apresentou características compatíveis com o reuso de água nas etapas de ribeira do processo produtivo de curtumes. A eletrodiálise foi utilizada para promover uma remoção ainda maior da quantidade de sais presentes no permeado da nanofiltração, com diferentes teores de matéria orgânica. A remoção de íons obtida através da aplicação da técnica de eletrodiálise apresentou comportamento linear e alcançou valores compatíveis com o reuso de água nas etapas mais críticas da produção de couros, como o tingimento e o engraxe. As membranas utilizadas foram avaliadas e submetidas a etapas de limpeza alcalina, que permitiu recuperar as características iniciais das membranas de nanofiltração e restabelecer parte da corrente limite das membranas de eletrodiálise, garantindo, assim, a continuidade dos processos. Com este estudo, constatou-se que as técnicas de nanofiltração e eletrodiálise podem contribuir para que sejam atingidos os padrões de lançamento de efluentes estabelecidos pela legislação e para possibilitar o reuso da água no processo produtivo do curtume minimizando, assim, o impacto ambiental relacionado ao consumo de água e geração de efluentes associado à indústria do couro. / The industrial processing of hides and skins consumes large volumes of water and generates waste with high pollution and environmental degradation. Conventional treatment of these effluents is not always effective to comply with the environmental regulations or to obtain water with characteristics to be reused in the production process. In this sense, the search for new technologies to treat tanning effluents is undoubtedly a need and a great challenge for the industry. In this work, the application of membrane separation processes, such as nanofiltration (NF) and electrodialysis (ED), was studied in the treatment of tanning effluents. Nanofiltration showed versatility to separate the organic fraction (proteins, tannins, etc.) and part of the inorganic fraction (salts), allowing the application of electrodialysis for further removal of remaining salts in the effluent. The permeate produced has presented compatible characteristics with the water reuse in the beamhouse stages in the tanning production process. The electrodialysis was used to promote a greater reduction in the amount of salt present in the nanofiltration permeate with different levels of organic matter. The removal of ions by electrodialysis showed a linear behavior and reached values which are compatible with the water reuse in the most critical stages of leather production, such as dyeing and greasing. The membranes used were evaluated and subjected to alkaline cleaning steps, which allowed the recovery of the initial characteristics of nanofiltration membranes and the reestablishment of part of the current limit of electrodialysis membranes, thus guaranteeing the continuity of the processes. With this study, it was found that the nanofiltration and electrodialysis techniques can contribute to comply with legal environmental standards and to allow water reuse in the tanning production process, helping to minimize the environmental impact associated to water consumption and generation of effluents related to the leather industry.

Neste estudo foram produzidas diferentes membranas utilizando polímeros convencionais (poliestireno de alto impacto, HIPS e poliuretano, PU) com polianilinas (PAnis), com o objetivo de tratar por eletrodiálise efluentes de galvanoplastia e de curtimento de peles. Foram testados dois métodos de obtenção de membranas com HIPS e PAni (dissolução com posterior evaporação do solvente e a mistura mecânica com posterior moldagem sob pressão). A obtenção de membranas de PU e PAni foi realizada através da preparação de uma rede de polímeros interpenetrantes (IPNs). As membranas foram caracterizadas através de espectroscopia FTIR, microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétrica e análise dinâmico mecânica. O transporte iônico através das membranas HIPS e PAni foi avaliado usando uma célula de bancada com três compartimentos. As membranas apresentaram resultados de permeabilidade a cromo e sódio similares à membrana comercial Nafion 450. Os ensaios de eletrodiálise também foram executados usando um sistema piloto comercial para avaliar o desempenho das membranas com dimensões superiores (172 cm2) as amostras utilizadas em célula de bancada (16 cm2). Foi estimado o custo de preparação da membrana e da polianilina utilizada. / Different membranes were produced in this study, using conventional polymer (high impact polystyrene and polyurethane) and polyaniline, aiming to treat metal finishing industry and tannery wastewater by electrodialysis. Two methods of membranes production with HIPS and PAni were tested (dissolution with subsequent solvent evaporation and mechanical mixture with subsequent pressing with heating), with the objective of better understanding the involved phenomena in different obtained methods. The obtaining of PU and PAni membranes was accomplished through the preparation of the interpenetrating polymer networks (IPNs). The membranes characterization was done by FTIR spectroscopic, scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric (TGA) and dynamic mechanical (DMA) analysis. The study of the ionic transport through the membranes was evaluated using a three-compartment cell. The results obtained using these membranes, were compared to those obtained with the commercial membrane Nafion 450, being found a chromium and sodium transport similar to the commercial membrane. The electrodialysis experimental assays were also carried out in a commercial pilot system to evaluate the performance of the membranes with superior dimensions (172 cm2) of the samples used in laboratory cell (16 cm2). The preliminary cost of preparation of the membrane and polyaniline used was also evaluated.

Os efluentes vinícolas, especialmente as borras geradas nas trasfegas, possuem um grande potencial poluidor. Por outro lado, estes efluentes são ricos em compostos orgânicos, especificamente polifenóis e polissacarídeos. Consequentemente, estes efluentes podem ser considerados matéria-prima para a recuperação destes compostos. Portanto, o presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um processo, baseado em filtração por membranas, para a recuperação de polifenóis e polissacarídeos presentes nos efluentes gerados na segunda trasfega da produção de vinhos tintos. Para tal, foram avaliados e otimizados pré-tratamentos como a sedimentação, variando o pH, e a filtração a vácuo associada a diluições. Posteriormente, foram investigados processos de separação por membranas, nomeadamente microfiltração, ultrafiltração e nanofiltração variando os principais parâmetros de operação, tais como: pressão transmembrana, vazão de recirculação da alimentação e fator de concentração volumétrico. A otimização destes parâmetros foi fundamental para se atingir uma maior produtividade, tanto em termos de fluxos de permeação quanto em termos da recuperação dos compostos de interesse. O processo resultante desta pesquisa consiste na diluição dos efluentes da segunda trasfega e posterior microfiltração, para remoção de turbidez e sólidos em suspensão, resultando na recuperação dos polifenóis e polissacarídeos no permeado da microfiltração, 21% e 5,4% respectivamente. Posteriormente, foi possível separar os polifenóis dos polissacarídeos através de ultrafiltração, de modo que os polissacarídeos majoritariamente ficam na corrente do retido enquanto os polifenóis preferencialmente permeiam as membranas. Na sequência, os polifenóis que permearam a membrana de ultrafiltração podem ser concentrados com nanofiltração, face à membrana NF270 apresentar rejeição a polifenóis superior a 92%. Assim, a integração de diferentes processos de separação por membranas surge como uma alternativa para a recuperação de polifenóis e polissacarídeos bem como para o fracionamento dessas macromoléculas. / Winery effluents, especially the wine lees generated in the rackings, have a high pollution potential. However, they are rich in organic compounds, in particular polyphenols and polysaccharides. Consequently, these effluents can be considered as raw material for the recovery of these compounds. Therefore, the present study aims to develop a process based on membrane filtration for the recovery of polyphenols and polysaccharides present in the effluents generated in the second racking from red wines production. For this reason, pre-treatments were evaluated and optimized such as the sedimentation, varying the pH, and the vacuum filtration associated with dilutions. Subsequently, membrane separation processes have been investigated, namely microfiltration, ultrafiltration and nanofiltration, changing the main operating parameters, such as transmembrane pressure, feed recirculation flow rate and volumetric concentration factor. The optimization of these parameters was essential for achieving higher productivity both in terms of permeation flux as in terms of the recovery of the compounds of interest. The process resulting from this research consists of diluting the effluent from the second racking with a subsequent microfiltration for removal of turbidity and suspended solids, thus resulting in the recovery of polyphenols and polysaccharides in the microfiltration permeate, 21% and 5.4% respectively. Later, it was possible to separate the polysaccharides of the polyphenols by ultrafiltration, so that the polysaccharides mainly stayed in the retentate stream, while polyphenols preferentially permeated the membranes. Sequentially, the polyphenols that permeated the ultrafiltration membrane may be concentrated by nanofiltration, considering that the NF270 membrane presented polyphenols rejection higher than 92%. Thus, the integration of different membrane separation processes is an alternative for the recovery of polyphenols and polysaccharides, as well as for the fractionation of these macromolecules.

A separação de gases através de membranas é uma técnica atualmente bem aceita, mas está em constante desenvolvimento tendo como principal foco de estudo a obtenção de membranas com alta permeabilidade e seletividade. Um dos processos que tem apresentado destaque na separação de gases com membranas é a purificação do gás natural (GN), uma vez que o aumento da sua demanda requer o aumento da produção de GN com elevada qualidade. A maior parte das aplicações com membranas na purificação do GN diz respeito à remoção do CO2 utilizando membranas poliméricas. Um adequado balanço entre a permeabilidade e a seletividade constitui um aspecto fundamental no desempenho dessas membranas, uma vez que o fator de separação geralmente diminui com o aumento da permeabilidade do componente mais permeável. Essas propriedades das membranas poliméricas são governadas pelas diferenças entre a mobilidade e a solubilidade de cada gás penetrante através da matriz polimérica e também pela estrutura dessa matriz, sendo que as propriedades de transporte dos gases através da membrana são significativamente diferenciadas entre os polímeros elastoméricos e vítreos. Apesar de existirem muitos trabalhos publicados na área de separação de gases com membranas, a pesquisa nesta área no Brasil ainda carece de investimentos no que diz respeito à produção de membranas e ao seu uso nos processos. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivo a síntese de filmes de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e de triacetato de celulose (TAC), seletivos ao dióxido de carbono, a partir de soluções poliméricas. Os filmes densos sintetizados foram avaliados com relação às propriedades de transporte aos gases puros N2, CO2 e CH4. O coeficiente de solubilidade dos gases nos filmes foi determinado através da técnica do decaimento de pressão em uma unidade de bancada construída neste trabalho especialmente para este fim. A permeabilidade dos gases foi avaliada em um sistema de bancada e a morfologia das membranas foi estudada através de Microscopia Eletrônica de Varredura. Os resultados dos testes mostraram que a escolha do material suporte dos filmes poliméricos é essencial para obter-se uma camada seletiva fina e íntegra. As membranas de PDMS foram as que apresentaram melhores resultados, com seletividade ideal ao par CO2/CH4 de até 4,1 e permeabilidades semelhantes à literatura, enquanto que as membranas de TAC não apresentaram fluxos dos gases e seletividades satisfatórios nas condições testadas. / Membrane gas separation is a well-accepted technology, but it is still under continuous development, mainly in aspects related to the production of membranes with high permeability and selectivity. Natural gas (NG) purification can be mentioned as an outstanding application of membrane based gas separation processes, which has grown significantly over the years due to the increasing demand for this product and higher requirements regarding its quality. Most applications of membranes in NG purification are related to the carbon dioxide removal with polymeric membranes. Adequate balance between permeability and selectivity constitutes a fundamental aspect in the performance of these membranes, since the separation factor generally decreases with the increase in the permeability of the most permeable component. These properties of the polymeric membranes are governed by the differences of mobility and solubility of each permeant through the polymeric matrix and by the structure of this matrix, with the transport properties of gases through a membrane differing significantly between elastomeric and glassy materials. Although there are many studies published on gas separation processes, in Brazil there is still lack of investments related to the production of membranes and their use in processes. In this context, the goal of this study was to synthesize poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and cellulose triacetate (CTA) films, selective to carbon dioxide. The dense films synthesized from polymeric solutions were evaluated with respect to the transport properties of three pure gases (N2, CO2 and CH4). The solubility parameter (or sorption coefficient) of the gases in the polymeric films was determined using the pressure decay method, in a unit built as part of the present work specifically for this purpose. The gas permeability was assessed in a bench scale system and the morphology of the membranes was studied using Scanning Electron Microscopy. The results obtained showed that the choice of membrane support material is essential to obtain a thin and integral selective polymeric layer. PDMS membranes showed the best performance, with the ideal selectivity of pair CO2/CH4 up to 4.1 and values of permeability similar to those reported in the literature, while the CTA membranes did not present satisfactory values of permeate flux and gas selectivity under the conditions considered.

A integração da tecnologia de separação por membrana em processos convencionais de lodos ativados representa uma inovação importante na evolução da tecnologia de tratamento biológico de efluentes. Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de um biorreator com membranas submersas, provido de um sistema de retrolavagem das membranas, utilizado para o tratamento contínuo de um efluente sintético. As membranas utilizadas foram do tipo fibras ocas e fabricadas do material poli(éter-imida). Foram testadas diferentes condições de aeração e freqüências de retrolavagens. Em todas as condições testadas foi observado o decréscimo contínuo e acentuado do fluxo permeado com o decorrer do tempo, com fluxos permeados finais aproximados de 10 L.m-2.h-1, e o sistema de biorreator com membranas aparenta não responder de forma adequada aos métodos de controle do fouling. Os experimentos mais longos, 80 horas de duração, apresentaram um decréscimo de 50% do fluxo permeado inicial nas melhores condições experimentais testadas, não sendo observado um estado estacionário para o fluxo permeado. Foi verificado que as características do efluente sintético (a base de soro de leite) têm influência na formação do fouling, já que mesmo na ausência de lodo ativado foi observada a redução do fluxo permeado de forma semelhante aos demais experimentos. Entretanto, após a substituição do efluente sintético por outro mais simples (a base de glicose e peptona) continuou sendo observado fouling intenso. Os dados experimentais foram ajustados aos modelos de Hermia e foi constatado que o mecanismo de formação de fouling segue os modelos de bloqueio completo e intermediário para a etapa inicial de permeação e o modelo de formação de camada de torta para a etapa final. Também foi realizado um estudo, em paralelo, sobre a adsorção de EPS nas membranas de poli(éter-imida). Foi verificado que a membrana de poli(éter-imida) sofre grande adsorção de EPS, mostrando elevada redução de permeabilidade. Foi proposto um modelo de redução de permeabilidade devido à adsorção de EPS que se revelou eficiente para a análise dos dados experimentais, mesmo quando utilizado na análise de dados de outros autores. / The integration of the membrane separation technology in conventional processes of activated sludge represents an important innovation in the technology evolution of biological wastewater treatment. This work evaluated the performance of a submerged membrane bioreactor, provided with a membrane backwashing system, used for the continuous treatment of a synthetic wastewater. The hollow fiber membranes were manufactured by polyetherimide material. Different aeration and backwashing cycles conditions were tested. The membrane bioreactor system seems not to answer satisfactorily to the strategies to limiting fouling. The continued and accented decrease of the permeate flux over time were observed for all the conditions tested, with final permeate fluxes approached of 10 L.m-2.h-1. The longer experiments, 80 hours of duration, presented a decrease of 50% of the initial permeate flux in the best tested experimental conditions, not being observed a steady-state permeate flux. It was verified that the synthetic effluent (whey based) has some influence in the fouling formation, since even in the absence of activated sludge it was observed a permeate flux reduction similar to that observed on the others experiments. However, intense fouling still was observed after changing the synthetic effluent for another more simple (glucose and peptone based). The experimental data were adjusted to the Hermia model. Fouling mechanism follows the complete and intermediate blocking models at the beginning of the permeation stage and the cake formation model for the later stage. A parallel study of the EPS adsorption in polyetherimide membranes was also carried out. Polyetherimide membrane presented great EPS adsorption with high permeability reduction. An EPS adsorption model was proposed and it showed efficient for experimental data analysis, even when other authors data were analyzed.

Os processos de separação por membranas, especialmente a microfiltração e a ultrafiltração, são tecnologias emergentes para o tratamento de águas de abastecimento pela possibilidade de obtenção de águas com melhor qualidade em estações de tratamento mais compactas, de fácil automação, com menor geração de lodo e custo competitivo em relação ao sistema convencional de tratamento. A presente pesquisa avaliou o desempenho do processo de ultrafiltração no tratamento de água na ETA Alto da Boa Vista, que se utiliza do processo convencional tratando água do Reservatório Guarapiranga, manancial degradado da Região Metropolitana de São Paulo, sob os pontos de vista do desempenho operacional de produção de água e remoção de contaminantes. Tendo como água bruta, a água decantada da ETA ABV, o sistema operou por 2995 horas e 40 minutos, de agosto de 2009 a janeiro de 2010, produzindo com fluxo médio normalizado de 24,3 ± 2,2 L.h-1.m-2, pressão transmembrana de 94,2 ± 6,6 kPa e recuperação de 90,6 ± 0,9%. Foram analisados 13 pares de amostras de alimentação e permeado que indicaram a rejeição de COT de 11,2±8,6% (permeado=2,18±0,20 mg.L-1) , cor aparente 57,5±15,4% (permeado=2±2 mg.L-1 Pt- Co), condutividade elétrica 2,2±1,3% (permeado=138,2±17,8 S.cm-1), turbidez 92,7±4,5% (permeado=0,040±0,010 uT) e substâncias com absorção de radiação UV em 254nm 19,7±8,2% (permeado=0,025±0,008 cm-1). Em uma única amostra analisada, a rejeição a coliformes totais foi de 100%. Não foram detectados coliformes termotolerantes. Em 22/01/2010 foram coletadas amostras de alimentação e permeado para análise segundo Portaria 518 do Ministério da Saúde que indicou rejeição da contagem de bactérias heterotróficas de 98,98%, fluoretos de 36,49%, trihalometanos totais de 30,91%, alumínio total de 100%, cloretos de 20,29%, manganês total de 14,29% e sódio total de 0,81%. Em comparação com a água de abastecimento produzida na ETA ABV, a água do permeado da ultrafiltração apresentou qualidade melhor especialmente em relação à turbidez. / Membrane processes, specially microfiltration and ultrafiltration, are emerging technologies for drinking water treatment due the possibility for producing high quality water through compact treatment plants that are easier to automate with reduced sludge production and cost competitive compared with conventional processes. In this research it had been evaluated the ultrafiltration performance for water treatment at Alto da Boa Vista Water Treatment Plant that runs with conventional process, in São Paulo Metropolitan Region, from the viewpoints of water production and contaminants removal. An UF pilot plant was operated during 2995 hours and 40 minutes from August 2009 to January 2010 treating water from sedimentation tanks outlet. The UF pilot plant was able to operate with normalized flux of 24,3 ± 2,2 L.h- 1.m-2, transmembrane pressure of 94,2 ± 6,6 kPa and water recovery of 90,6 ± 0,9%. A total of 13 pairs of samples from feed and permeate were analyzed. The results were TOC rejection of 11,2±8,6% (permeate=2,18±0,20 mg.L-1), apparent color of 57,5±15,4% (permeate=2±2 mg.L-1 Pt-Co), conductivity of 2,2±1,3% (permeate=138,2±17,8 S.cm-1), turbidity 92,7±4,5% (permeate=0,040±0,01 uT) and UV 254nm 19,7±8,2% (permeate=0,025±0,008 cm-1). In an unique sample analysed for total coliforms, the rejection was 100%. Faecal coliforms were not detected in this sample. A sample of feed and permeate was collected at 01/22/2010 for analyses according to Portaria 518 (Brazilian drinking water regulations) that resulted in heterotrophic bacteria rejection of 98,98%, fluoride of 36,49%, total THM of 30,91%, total aluminium of 100%, chloride of 20,29%, total manganese of 14,29% and total sodium of 0,81%. In comparison with drinking water produced at Alto da Boa Vista WTP, the permeate of UF pilot plant was better in quality specially in terms of turbidity.

O soro de leite é o coproduto da produção de queijos e contém proteínas com excelentes propriedades nutricionais e tecnológicas. Dentre essas proteínas, as majoritárias são a β-lactoglobulina (BLG) e a α-lactalbumina (ALA). Embora o soro do leite já seja aproveitado pelas indústrias para a produção de isolados e concentrados proteicos, esses produtos consistem em uma mistura de diversas proteínas e atualmente há um grande interesse em realizar o seu fracionamento a fim de aproveitar melhor as suas propriedades individuais. Entretanto, fracionar essas proteínas é um grande desafio devido às suas massas molares próximas, e uma combinação de diferentes abordagens baseadas nas suas características se torna necessária para possibilitar uma boa separação. A ALA apresenta uma capacidade de formar agregados proteicos em meio ácido e ausência de cálcio, sendo uma estratégia interessante para combinar com processos de separação por membranas. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi realizar o fracionamento da BLG e da ALA a partir da agregação proteica combinada com processos de separação por membranas. O ajuste do pH para 4 e adição de citrato de sódio como agente complexante do íon cálcio possibilitou a formação de agregados proteicos da solução de isolado proteico do soro de leite 6 %, porém ao determinar a pressão de operação dessa solução utilizando membranas cerâmicas de microfiltração (MF) de 0,8 e 0,05 μm para reter os agregados proteicos, o fluxo de permeado foi baixo. O mesmo procedimento foi utilizado para a solução de soro do leite em pó 6 % e membrana de 0,8 μm, resultando, também, em um fluxo de permeado baixo durante a determinação da pressão de operação. Ao combinar a centrifugação com a ultrafiltração (UF), o sobrenadante, contendo a fração que não formou agregados proteicos, apresentou maiores fluxos de permeado em pH 7 e 10, e baixos fluxos em pH 3 e 4. A purificação do sobrenadante em pH 10 com membrana cerâmica de 5 kDa apresentou fluxo de permeado elevado e, quando a diafiltração foi realizada, o fluxo de permeado apresentou um comportamento ascendente e menor tendência ao fouling, variando entre 56,5 e 64,6 %. O sedimentado ressolubilizado em pH 10 também apresentou um fluxo de permeado elevado, porém com comportamento mais estável durante a diafiltração, e tendência ao fouling entre 81,4 e 84,6 %. Contudo, a agregação proteica precisa ser mais bem avaliada para separar as proteínas, bem como a retenção da membrana de 5 kDa, x a qual permitiu a passagem de parte das proteínas tanto do sobrenadante como do sedimentado ressolubilizado, sendo, ainda, verificado um pH mais elevado nos concentrados do que nos permeados e livre passagem dos demais íons mediante análise de condutividade elétrica. Os resultados demonstraram que o ajuste do pH para 10 possibilitou melhorar a performance do fluxo de permeado, provavelmente devido à menor interação proteína-proteína e proteína-membrana, além de ser uma estratégia interessante para minimizar os fatores limitantes em processos de separação por membranas. / Whey is the co-product of cheese production and contains proteins with excellent nutritional and technological properties. Among these proteins, β-lactoglobulin (BLG) and α-lactalbumin (ALA) are the main ones. Although whey is already used by industries to produce protein isolates and concentrates, these products consist of a mixture of several proteins and currently there is a great interest in their fractionation in order to take better advantage of their individual properties. However, fractionating whey proteins is a great challenge because of their similar molecular weight. Due to this, a combination of different approaches based on characteristics of each of these proteins becomes necessary to enable a good separation. ALA has the ability to form protein aggregates in an acidic media and absence of calcium, providing an interesting condition to combine with membrane separation processes. In view of this, the aim of this work was to fractionate BLG and ALA using a combination of protein aggregation procedure and membrane separation processes. Adjustment of pH to 4 and addition of sodium citrate as complexing agent of calcium ion allowed the formation of protein aggregates in whey protein isolate solution, but when microfiltration was carried out with ceramic membranes of 0.8 and 0.05 μm to retain the protein aggregates formed, permeate flux was low during the determination of the operating pressure of the process. The same procedure was used with whey powder solution and 0.8 μm membrane, also resulting in a low permeate flux when determining the operating pressure. By combining centrifugation with ultrafiltration, the supernatant containing the fraction that did not form protein aggregates showed higher permeate flux at pH 7 and 10, and lower permeate flux at pH 3 and 4. Purification of the supernatant at pH 10 with 5 kDa ceramic membrane showed high permeate flux and, when the diafiltration was performed, the permeate flux presented an upward behavior and lower fouling tendency, varying between 56.5 and 64.6 %. The resolubilized sediment at pH 10 also showed a higher permeate flux, but with a more stable behavior during diafiltration and fouling tendency between 81.4 and 84.6 %. Nevertheless, protein aggregation procedure needs to be better evaluated to separate the proteins as well as the retention of the 5 kDa membrane, which allowed passage of part of the proteins of the supernatant and the resolubilized sediment solutions and showed a higher pH in the xii concentrates than in the final permeate and free passage of the other ions evaluated by electrical conductivity analysis. The results showed that adjusting the pH to 10 allowed to improve the perfomance of permeate flux, probably due to the lower protein-protein and protein-membrane interactions, besides being an interesting strategy to minimize the limiting factors in PSM.

O desempenho e a viabilidade econômica dos processos de separação por membranas (PSM) estão diretamente relacionados com o fluxo de permeado e a retenção de substâncias. Em escala de laboratório, onde são utilizadas pequenas áreas de permeação, pode ser observada uma elevada variabilidade dos parâmetros de desempenho dos PSM, quando comparada com a obtida para os módulos industriais. Isto pode dificultar a análise de resultados, a comparação com dados da literatura e as ações de escalonamento. Apesar dos avanços constantemente obtidos na área de membranas, os resultados obtidos para estes parâmetros ainda são susceptíveis a problemas de repetitividade e reprodutibilidade. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade experimental de membranas comerciais de ultrafiltração (UF) de polietersulfona (PES), poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) e poliacrilonitrila (PAN) com diferentes massas molares de corte (MMC). Os experimentos foram realizados em dois módulos de permeação com área efetiva de membrana de 28 e 60 cm2. Durante os ensaios de UF foram avaliados os seguintes parâmetros de desempenho: fluxo inicial e final de água pura, tempo de compactação da membrana, redução do fluxo (RF), permeância hidráulica antes e após a filtração da solução de polietilenoglicol (PEG), fluxo de permeado com a solução de PEG e retenção observada. A variabilidade experimental foi investigada através da identificação dos efeitos principais do processo de UF a partir da análise de variância (ANOVA). O teste F foi utilizado para identificar diferenças significativas entre as variâncias obtidas para os parâmetros de resposta determinados A partir das análises de microscopia eletrônica de varredura e de ângulo de contato observou-se que as membranas fabricadas a partir do mesmo material apresentaram estrutura e caráter hidrofílico semelhantes, não sendo observadas diferenças significativas na estrutura das membranas quando comparadas às membranas novas e às membranas após a UF. Na etapa de compactação foi observado que as membranas de mesmo material apresentaram tempo de compactação estatisticamente igual e que a RF para as membranas de PAN é semelhante. De forma geral a variabilidade experimental é menor conforme as membranas são reutilizadas no processo. Os efeitos principais de MMC e material têm influência significativa sobre os parâmetros de resposta da etapa de compactação, com exceção do efeito do material da membrana sobre o tempo de compactação e sobre a RF. Os efeitos principais de MMC, material e pressão de operação também exercem influência significativa sobre a permeância hidráulica antes e após a filtração da solução de PEG e sobre o fluxo de permeado com a solução de PEG Quando comparadas as variâncias obtidas para os parâmetros de desempenho, estas são estatisticamente semelhantes para membranas de mesmo material. Estes resultados indicam que a variabilidade experimental do processo UF (entre 10 e 40 %) não é alta o suficiente para impedir a correta identificação dos efeitos principais das variáveis do processo dentro das condições de operação avaliadas. A retenção observada foi superior a 88 % para as membranas de PES e PVDF, porém este resultado não condiz com a MMC informada pelo fabricante, uma vez que foram utilizadas soluções de PEG com massa molar menor que a MMC da membrana e a distribuição de massa molar dos PEG utilizados estão dentro da faixa especificada. Uma tendência de aumento da variabilidade dos parâmetros de resposta foi obtida quando utilizado o módulo com menor área de permeação, indicando que para as condições de área investigadas a variabilidade é aparentemente dependente da área de permeação. / The performance and the economic viability of the membrane separation processes (PSM) are directly related to permeate flux and solute retention. In laboratory scale, where small permeation areas are used, a large variability in the performance parameters of the PSM could be observed, when compared with the obtained for industrial modules. This variability may difficult analysis of the results, comparison with literature data and scale-up actions. Despite the advances that are constantly achieved in membrane technology, the results obtained experimentally for the membranes performance parameters are still prone to repeatability and reproducibility problems. In this context, the objective of this work was to evaluate the experimental variability of commercial ultrafiltration (UF) membranes of polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyacrylonitrile (PAN) with different molar mass cut-off (MMCO). The experiments were performed in a lab-scale cross-flow unit in two permeation modules with effective membrane area of 28 and 60 cm2. During the UF tests were evaluated the performance parameters: initial and final pure water flux, membrane compaction time, flux reduction (RF), hydraulic permeance before and after the filtration of the polyethylene glycol (PEG) solution, permeate flux with the PEG solution and observed retention. The experimental variability was investigated through the identification of the main effects of the UF process using the analysis of variance (ANOVA). The F-test was used to identify significant differences between the variances obtained for the response parameters determined According to the scanning electron microscopy and the water contact angle analysis, membranes made from the same material presented similar structure and hydrophilic character and were not observed significant differences in the membranes structure, when compared the new membranes with the membranes after the UF. In the compaction step it was observed that membranes of the same material presented statistically equal compaction time and the RF for the PAN membranes is similar. In general, the experimental variability is lower as the membranes are reused in the process. The main effects of MMCO and material have significant influence on the response parameters of the compaction step, the exception occur for the membrane material effect on the compaction time and RF. The main effects of MMCO, material and transmembrane pressure also exert significant influence on the hydraulic permeance before and after the PEG filtration and on the permeate flux with the PEG solution. When comparing the variances obtained for the performance parameters, they are statistically similar for membranes of the same material These results indicate that the experimental variability of the UF process (between 10 and 40%) was not high enough to prevent the correct identification of the effects of the main process variables within the evaluated operation conditions. The observed retention was greater than 88 % for the PES and PVDF membranes, but this result is not consistent with the MMCO reported by the manufacturer, since PEG solutions with lower molar mass than membrane MMCO were used and the molar mass distribution of the PEGs are within the specified range. A tendency to increase the experimental variability of the response parameters was observed when using the modulus with lower permeation area, indicating that for the range of effective membrane area investigated the variability is apparently dependent of the permeation area.

Os processos de separação por membranas, especialmente a microfiltração e a ultrafiltração, são tecnologias emergentes para o tratamento de águas de abastecimento pela possibilidade de obtenção de águas com melhor qualidade em estações de tratamento mais compactas, de fácil automação, com menor geração de lodo e custo competitivo em relação ao sistema convencional de tratamento. A presente pesquisa avaliou o desempenho do processo de ultrafiltração no tratamento de água na ETA Alto da Boa Vista, que se utiliza do processo convencional tratando água do Reservatório Guarapiranga, manancial degradado da Região Metropolitana de São Paulo, sob os pontos de vista do desempenho operacional de produção de água e remoção de contaminantes. Tendo como água bruta, a água decantada da ETA ABV, o sistema operou por 2995 horas e 40 minutos, de agosto de 2009 a janeiro de 2010, produzindo com fluxo médio normalizado de 24,3 ± 2,2 L.h-1.m-2, pressão transmembrana de 94,2 ± 6,6 kPa e recuperação de 90,6 ± 0,9%. Foram analisados 13 pares de amostras de alimentação e permeado que indicaram a rejeição de COT de 11,2±8,6% (permeado=2,18±0,20 mg.L-1) , cor aparente 57,5±15,4% (permeado=2±2 mg.L-1 Pt- Co), condutividade elétrica 2,2±1,3% (permeado=138,2±17,8 S.cm-1), turbidez 92,7±4,5% (permeado=0,040±0,010 uT) e substâncias com absorção de radiação UV em 254nm 19,7±8,2% (permeado=0,025±0,008 cm-1). Em uma única amostra analisada, a rejeição a coliformes totais foi de 100%. Não foram detectados coliformes termotolerantes. Em 22/01/2010 foram coletadas amostras de alimentação e permeado para análise segundo Portaria 518 do Ministério da Saúde que indicou rejeição da contagem de bactérias heterotróficas de 98,98%, fluoretos de 36,49%, trihalometanos totais de 30,91%, alumínio total de 100%, cloretos de 20,29%, manganês total de 14,29% e sódio total de 0,81%. Em comparação com a água de abastecimento produzida na ETA ABV, a água do permeado da ultrafiltração apresentou qualidade melhor especialmente em relação à turbidez. / Membrane processes, specially microfiltration and ultrafiltration, are emerging technologies for drinking water treatment due the possibility for producing high quality water through compact treatment plants that are easier to automate with reduced sludge production and cost competitive compared with conventional processes. In this research it had been evaluated the ultrafiltration performance for water treatment at Alto da Boa Vista Water Treatment Plant that runs with conventional process, in São Paulo Metropolitan Region, from the viewpoints of water production and contaminants removal. An UF pilot plant was operated during 2995 hours and 40 minutes from August 2009 to January 2010 treating water from sedimentation tanks outlet. The UF pilot plant was able to operate with normalized flux of 24,3 ± 2,2 L.h- 1.m-2, transmembrane pressure of 94,2 ± 6,6 kPa and water recovery of 90,6 ± 0,9%. A total of 13 pairs of samples from feed and permeate were analyzed. The results were TOC rejection of 11,2±8,6% (permeate=2,18±0,20 mg.L-1), apparent color of 57,5±15,4% (permeate=2±2 mg.L-1 Pt-Co), conductivity of 2,2±1,3% (permeate=138,2±17,8 S.cm-1), turbidity 92,7±4,5% (permeate=0,040±0,01 uT) and UV 254nm 19,7±8,2% (permeate=0,025±0,008 cm-1). In an unique sample analysed for total coliforms, the rejection was 100%. Faecal coliforms were not detected in this sample. A sample of feed and permeate was collected at 01/22/2010 for analyses according to Portaria 518 (Brazilian drinking water regulations) that resulted in heterotrophic bacteria rejection of 98,98%, fluoride of 36,49%, total THM of 30,91%, total aluminium of 100%, chloride of 20,29%, total manganese of 14,29% and total sodium of 0,81%. In comparison with drinking water produced at Alto da Boa Vista WTP, the permeate of UF pilot plant was better in quality specially in terms of turbidity.

O soro de leite é o coproduto da produção de queijos e contém proteínas com excelentes propriedades nutricionais e tecnológicas. Dentre essas proteínas, as majoritárias são a β-lactoglobulina (BLG) e a α-lactalbumina (ALA). Embora o soro do leite já seja aproveitado pelas indústrias para a produção de isolados e concentrados proteicos, esses produtos consistem em uma mistura de diversas proteínas e atualmente há um grande interesse em realizar o seu fracionamento a fim de aproveitar melhor as suas propriedades individuais. Entretanto, fracionar essas proteínas é um grande desafio devido às suas massas molares próximas, e uma combinação de diferentes abordagens baseadas nas suas características se torna necessária para possibilitar uma boa separação. A ALA apresenta uma capacidade de formar agregados proteicos em meio ácido e ausência de cálcio, sendo uma estratégia interessante para combinar com processos de separação por membranas. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi realizar o fracionamento da BLG e da ALA a partir da agregação proteica combinada com processos de separação por membranas. O ajuste do pH para 4 e adição de citrato de sódio como agente complexante do íon cálcio possibilitou a formação de agregados proteicos da solução de isolado proteico do soro de leite 6 %, porém ao determinar a pressão de operação dessa solução utilizando membranas cerâmicas de microfiltração (MF) de 0,8 e 0,05 μm para reter os agregados proteicos, o fluxo de permeado foi baixo. O mesmo procedimento foi utilizado para a solução de soro do leite em pó 6 % e membrana de 0,8 μm, resultando, também, em um fluxo de permeado baixo durante a determinação da pressão de operação. Ao combinar a centrifugação com a ultrafiltração (UF), o sobrenadante, contendo a fração que não formou agregados proteicos, apresentou maiores fluxos de permeado em pH 7 e 10, e baixos fluxos em pH 3 e 4. A purificação do sobrenadante em pH 10 com membrana cerâmica de 5 kDa apresentou fluxo de permeado elevado e, quando a diafiltração foi realizada, o fluxo de permeado apresentou um comportamento ascendente e menor tendência ao fouling, variando entre 56,5 e 64,6 %. O sedimentado ressolubilizado em pH 10 também apresentou um fluxo de permeado elevado, porém com comportamento mais estável durante a diafiltração, e tendência ao fouling entre 81,4 e 84,6 %. Contudo, a agregação proteica precisa ser mais bem avaliada para separar as proteínas, bem como a retenção da membrana de 5 kDa, x a qual permitiu a passagem de parte das proteínas tanto do sobrenadante como do sedimentado ressolubilizado, sendo, ainda, verificado um pH mais elevado nos concentrados do que nos permeados e livre passagem dos demais íons mediante análise de condutividade elétrica. Os resultados demonstraram que o ajuste do pH para 10 possibilitou melhorar a performance do fluxo de permeado, provavelmente devido à menor interação proteína-proteína e proteína-membrana, além de ser uma estratégia interessante para minimizar os fatores limitantes em processos de separação por membranas. / Whey is the co-product of cheese production and contains proteins with excellent nutritional and technological properties. Among these proteins, β-lactoglobulin (BLG) and α-lactalbumin (ALA) are the main ones. Although whey is already used by industries to produce protein isolates and concentrates, these products consist of a mixture of several proteins and currently there is a great interest in their fractionation in order to take better advantage of their individual properties. However, fractionating whey proteins is a great challenge because of their similar molecular weight. Due to this, a combination of different approaches based on characteristics of each of these proteins becomes necessary to enable a good separation. ALA has the ability to form protein aggregates in an acidic media and absence of calcium, providing an interesting condition to combine with membrane separation processes. In view of this, the aim of this work was to fractionate BLG and ALA using a combination of protein aggregation procedure and membrane separation processes. Adjustment of pH to 4 and addition of sodium citrate as complexing agent of calcium ion allowed the formation of protein aggregates in whey protein isolate solution, but when microfiltration was carried out with ceramic membranes of 0.8 and 0.05 μm to retain the protein aggregates formed, permeate flux was low during the determination of the operating pressure of the process. The same procedure was used with whey powder solution and 0.8 μm membrane, also resulting in a low permeate flux when determining the operating pressure. By combining centrifugation with ultrafiltration, the supernatant containing the fraction that did not form protein aggregates showed higher permeate flux at pH 7 and 10, and lower permeate flux at pH 3 and 4. Purification of the supernatant at pH 10 with 5 kDa ceramic membrane showed high permeate flux and, when the diafiltration was performed, the permeate flux presented an upward behavior and lower fouling tendency, varying between 56.5 and 64.6 %. The resolubilized sediment at pH 10 also showed a higher permeate flux, but with a more stable behavior during diafiltration and fouling tendency between 81.4 and 84.6 %. Nevertheless, protein aggregation procedure needs to be better evaluated to separate the proteins as well as the retention of the 5 kDa membrane, which allowed passage of part of the proteins of the supernatant and the resolubilized sediment solutions and showed a higher pH in the xii concentrates than in the final permeate and free passage of the other ions evaluated by electrical conductivity analysis. The results showed that adjusting the pH to 10 allowed to improve the perfomance of permeate flux, probably due to the lower protein-protein and protein-membrane interactions, besides being an interesting strategy to minimize the limiting factors in PSM.