Os desreguladores endócrinos, como o bisfenol A (BPA), são compostos encontrados na água em concentrações da ordem de μg.L-1 ou ng.L-1, sendo por isso também denominados micropoluentes. Sua presença, mesmo em baixas concentrações, pode causar prejuízos aos organismos expostos. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a remoção de BPA por membranas de ultrafiltração (UF) e osmose inversa (OI) e por carvão ativado granular (CAG). Essas técnicas têm a vantagem de não gerar subprodutos que também podem ser tóxicos. Nos estudos foram realizados experimentos para remoção do BPA através de membrana PL-1 (celulose regenerada de 1 kDa), Sy-10 (polietersulfona de 10 kDa) e membrana de OI (poliamida) reutilizada, com concentração inicial de 500 μg.L-1 de BPA. Para a membrana Sy-10, foram testados os pHs 7 e 10. Os ensaios de adsorção foram realizados com CAG (1-2mm) em frascos contendo 100 mL da solução de BPA, com 0,5 g de CAG para cada frasco. As variáveis testadas foram pH, tempo de contato e concentração inicial na ordem de mg.L-1. Adicionalmente, foi testada a concentração inicial de 500 μg.L-1 de BPA em experimento de adsorção. Os resultados obtidos mostraram que a capacidade da membrana Sy-10 para remoção de BPA foi superior, chegando a cerca de 90% de remoção, em contraposição aos 20% encontrados para PL-1. A membrana de OI apresentou remoções de cerca de 95%. A influência do pH (7 e 10) na remoção do BPA para a membrana Sy-10 não mostrou-se significativa. Nos ensaios de adsorção, analisando diferentes valores de pH, obteve-se eficiência de 93% para pH 7. Ensaios de variação do tempo de contato com CAG mostraram que o equilíbrio é atingido nos primeiros 10 minutos para a maior concentração e em 40 minutos para a menor concentração testada, de 500 μg.L-1. O estudo do efeito da concentração inicial de BPA na adsorção mostrou que a remoção aumenta com o aumento da concentração inicial do poluente. Conclui-se que tanto a adsorção em CAG quanto membranas são boas alternativas para a remoção de BPA de soluções aquosas. As duas técnicas poderiam ser usadas conjuntamente, sendo que o concentrado do processo com membranas poderia ser submetido à adsorção por CAG. / Endocrine disrupting chemicals, such as bisphenol A (BPA) compounds, are found in water at concentrations of the order of μg.L-1 or ng.L-1 is therefore also known micropollutants. His presence, even at low concentrations, can cause damage to exposed organisms. In this context, the aim of this study was to evaluate the removal of BPA by ultrafiltration (UF) and reverse osmosis (RO) membranes and granular activated carbon (GAC). These techniques have the advantage of not generating by-products can also be toxic. In the studies were performed experiments to remove the BPA by PL-1 (1 kDa regenerated cellulose), Sy-10 (10 kDa polyethersulfone) and RO (polyamide) reused membranes, with initial concentration of 500 μg.L-1 of BPA. For Sy-10 membrane pHs 7 and 10 were tested. The adsorption experiments were carried out with GAC (1-2mm) in flasks containing 100 mL of the BPA solution and 0.5 g of GAC to each vial. The variables tested were pH, contact time and initial concentration on the order of mg.L-1. Additionally, we tested the initial concentration of 500 μg.L-1 of BPA in adsorption experiment. Results showed that the capacity of Sy-10 membrane to remove BPA was higher, reaching approximately 90% removal, as opposed to the 20% found to PL-1. The RO membrane showed removal of about 95%. The influence of pH (7 and 10 ) in the removal of BPA onto the membrane Sy - 10 was not significant. In adsorption tests, analyzing different pH values was obtained efficiency from 93% to pH 7. Testing time variation of contact GAC showed that equilibrium is reached in the first 10 minutes to the largest concentration and 40 minutes to the lowest concentration tested, 500 μg.L-1. The study of the effect of the initial concentration of BPA in the adsorption showed that removal increases with increase in the initial concentration of the pollutant. It was concluded that both the GAC adsorption as membranes are good alternatives for the removal of the BPA aqueous solutions. The two techniques could be used together, with the concentrate from the membrane process could be subjected to adsorption GAC.

A Osmose Inversa (OI) é amplamente utilizada nos processos de desmineralização, onde são utilizados módulos espirais que após 3 a 5 anos de uso são descartados devido à queda de seu desempenho. Estes módulos ainda podem ser reaproveitados em tratamentos que não exijam um efluente final com qualidade tão elevada, como por exemplo, em correntes de reuso. Um efluente com potencial para ser reutilizado é a purga, a qual é drenada da bacia da torre de resfriamento com a finalidade de reduzir a concentração de sais e outras impurezas da água de recirculação. Estes processos industriais utilizam grandes quantidades de água, sendo de grande importância estudos que visem o seu reaproveitamento. Uma alternativa seria o tratamento desta corrente utilizando as membranas de OI descartadas, porém um fator limitante é a qualidade do efluente que irá alimentar os módulos de OI descartados, devido à pequena espessura dos canais de alimentação. A proposta deste trabalho foi ajustar o pré-tratamento para um sistema de filtração com membranas de OI descartadas com o objetivo de tratar e reutilizar a corrente de purga de uma torre de resfriamento, como água de reposição. Foram avaliados como pré-tratamentos processos de coagulação/floculação, filtração com filtro de areia,sorção com carvão ativado comercial e combinações destes. A avaliação da eficiência dos tratamentos foi realizada através de análises de pH, condutividade elétrica, turbidez, dureza total, DQO, sílica e SDI. Após cada pré-tratamento, o efluente tratado foi alimentado no sistema de OI, avaliando-se o fluxo de permeado, permeabilidade hidráulica, retenção salina e a propensão ao fouling, para, então, determinar a eficiência do tratamento proposto. O permeado foi analisado e os parâmetros foram comparados com a água de reposição utilizada na torre de resfriamento. Verificou-se que o melhor tratamento obtido foi utilizando a coagulação/floculação seguida do filtro de areia, apresentando SDI5 5,5 e turbidez de 0,3 NTU; o processo de sorção com carvão ativado não demonstrou bons resultados para as condições testadas. Através das análises das membranas utilizadas para as medidas de SDI e dos valores dos contaminantes presentes após os pré-tratamentos, pôde-se perceber uma diminuição de incrustações referentes aos teores de sílica e dureza, principais causadores de fouling, indicando uma melhora na qualidade da corrente de purga pré-tratada, que apresentou características adequadas para alimentação do sistema de OI. Ainda, as membranas de OI apresentaram uma retenção salina em torno de 97% e as análises dos permeados obtidos indicaram valores de contaminantes inferiores aos da água de reposição da torre, demonstrando a possibilidade de reutilização. / Reverse Osmosis (RO) is widely used in demineralization processes, where spiral wound modules are used, which after 3-5 years are discarded to lose their performance. However, these modules can be reused for treatments that do not require final effluent with so high quality. The blowdown is drained from the basin of the cooling tower in order to reduce the concentration of salts and other impurities from recirculating water. These industrial processes use large quantities of water, so it’s important to study reuse possibilities. An alternative would be treating this stream using RO discarded membranes, but some limiting factors are the quality of the feed water and the thin feed channels. Thus, the aim of the study is to set a pretreatment to a RO system that uses discarded membranes from the demineralization process to treat the blowdown stream of a cooling tower, with will reuse as make-up water. Steps of coagulation and flocculation, sand filter filtration, sorption with activated carbon and combinations of these were proposed as pre-treatments. Analysis of pH, conductivity, turbidity, total hardness, COD, silica and SDI were used to evaluate the efficiency of the pretreatments. After each proposed pre-treatment, the treated effluent was tested in RO system and the permeate flow, salt retention and hydraulic permeability were evaluated to identify the presence of fouling and the membranes performance. Also the permeate analysis were compared with the makeup water used in the cooling tower. The sand filter as only step treatment is not effective for good treatment of the stream, obtaining the best result when coupled with coagulation/flocculation process. The GAC had not shown good results for the tested conditions. RO discarded membranes presented high salt retention, about 97% and analysis of the permeates indicate the reuse possibility. Through MEV and EDS analysis of SDI membranes, we could notice a decrease of scale related to silica and hardness, which are the main cause of fouling, indicating an improvement of the quality of the treated stream, which presents suitable characteristics for feed RO systems with discarded modules.

Os processos de separação com membranas estão presentes nas mais diversas aplicações industriais. Em especial, a microfiltração e a ultrafiltração vêm sendo extensivamente utilizadas no tratamento de água e de efluentes. Com o aumento da demanda, muitos estudos têm sido feitos para melhorar o desempenho dos processos com membranas, porém a escolha apropriada da membrana é um fator crucial para atingir esse objetivo. As membranas à base de polietersulfona (PES) estão entre as mais utilizadas industrialmente para esse tipo de aplicação devido às suas excelentes propriedades mecânicas, estabilidade térmica e resistência química. No entanto, por serem pouco hidrofílicas, essas membranas apresentam baixos fluxos de água e elevada tendência ao fouling e ao biofouling. A fim de melhorar essas propriedades, muitos autores têm proposto modificações nas membranas para torná-las mais hidrofílicas e, portanto, aumentar o fluxo de água e diminuir o fouling. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo preparar membranas de ultrafiltração de PES, utilizando a ftaloil-quitosana (FQ) como aditivo, a fim de se obter membranas com propriedade antifouling. Membranas de PES e PES/FQ foram preparadas pelo processo de inversão de fases e caracterizadas quanto à morfologia, à estrutura química, à estabilidade térmica, ao caráter hidrofílico, à permeância hidráulica, à massa molar de corte (MMC) e ao desempenho em ultrafiltração de solução proteica. As membranas modificadas com o aditivo apresentaram estrutura mais heterogênea e com macrovazios maiores, maior caráter hidrofílico e maior permeância hidráulica. Os resultados de MMC não foram conclusivos. No teste de ultrafiltração, essas membranas apresentaram maiores fluxos e menor tendência ao fouling, indicando que o aditivo utilizado foi adequado na melhoria das propriedades desejadas. A retenção proteica, a perda de fluxo e a recuperação de fluxo após limpezas não apresentaram diferenças significativas. / In recent years, membrane separation processes have been widely used in all kinds of industries and applications. Particularly microfiltration and ultrafiltration have been extensively used for drinking water and wastewater treatments. With the increasing demand, many efforts have been done in order to enhance the process performance, but the choice of the appropriate membrane is a crucial factor to achieve this goal. Polyethersulfone (PES) based membranes are among the most commonly used for such applications due to their excellent chemical resistance, thermal stability and mechanical properties. However, because of its low hydrophilicity, these membranes have low water flux and high fouling and biofouling tendency. In order to improve these properties, many authors have proposed membrane modifications to make them more hydrophilic and thus increase the water flux and reduce fouling. Within this context, this work aimed to prepare PES ultrafiltration membranes using phthaloyl-chitosan (FQ) as an additive in order to obtain membranes with antifouling property. PES and PES/FQ membranes were prepared by phase inversion process and their morphology, chemical structure, thermal stability, hydrophilicity, hydraulic permeance, molecular weight cutoff (MWCO) and performance in ultrafiltration of protein solution were characterized. The membranes modified with additives showed more heterogeneous structure with larger macrovoids, higher hydrophilicity and higher hydraulic permeance. The MWCO results were inconclusive. In the ultrafiltration test, these membranes exhibited higher fluxes and lower fouling tendency, indicating that the additive used was adequate in improving the desired properties. The protein retention, flux reduction and flux recovery after cleaning showed no significant differences.

O yacon é uma planta perene originária da região andina, cujas raízes têm recebido atenção devido ao alto teor de frutooligossacarídeos (FOS) prebióticos. Além de proporcionar benefícios à saúde, os FOS apresentam características interessantes como ingredientes alimentícios, sendo utilizados como substitutos do açúcar. Sua extração das raízes de yacon pode ser uma alternativa aos FOS de alto custo atualmente disponíveis comercialmente. O presente trabalho avaliou a tecnologia de separação por membranas para concentração e purificação dos FOS a partir de um extrato obtido da raiz de yacon, mediante o emprego de ultrafiltração (UF) e nanofiltração (NF), com e sem utilização de diafiltração (DF) descontínua. A UF teve como objetivo clarificar o extrato de yacon, removendo partículas em suspensão de alta massa molar e recolhendo os açúcares no permeado. Depois da UF, 63,75 % dos açúcares totais presentes na solução de alimentação inicial foram recuperados no permeado. A NF do permeado, obtido previamente por UF, foi realizada para remover os sais e açúcares simples e concentrar os FOS no retido. O emprego da DF não influenciou a retenção de FOS na NF (que aumentou de 68,78 % sem DF para 70,48 % com DF), mas diminuiu a retenção de glicose de 40,63 para 31,61 % e de frutose de 25,64 para 18,69 %, permitindo uma maior purificação dos FOS no retido. Após o processo combinado de UF-NF, 51,85 % dos FOS da solução inicial foram recuperados no retido da nanofiltração, alcançando pureza de 19,75%. A seguir, o retido obtido na nanofiltração associada à diafiltração foi liofilizado. Nesse produto liofilizado foram analisadas cor, atividade de água (aw), microestrutura – por meio de microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectroscopia por energia dispersiva de raios-X (MEV-EDS) – e cristalinidade – através de difração de raios-X. O teor de açúcares do produto liofilizado foi 19,75 % de FOS, 36,66 % de glicose e 43,59 % de frutose, em massa, com aw de 0,284. A sua aparência externa foi a de um pó granulado e esbranquiçado, cujos parâmetros de cor, no sistema CIELAB, foram de 76,25±1,19, -1,03±0,09 e 1,02±0,03 para L*, a* e b* respectivamente. A amostra se mostrou altamente higroscópica e com tendência à aglomeração, confirmada pela visualização da formação de pontes entre partículas adjacentes nas imagens do MEV. Não foram identificados picos nos difratogramas de raios-X, indicando características amorfas. Entretanto, a alta higroscopicidade da amostra, que levou à formação de uma massa rígida e contínua, pode ter dificultado a correta difração de raios-X. / Yacon is a perennial plant originated from the Andean region which roots have been receiving increased attention due to their high content in prebiotic fructooligosaccharides (FOS). Apart from promoting many health benefits, FOS present interesting characteristics as food ingredient, being used as sugar substitute, and its extraction from yacon roots may be an alternative to the high costs FOS actually commercially available. The present work evaluated membrane technology for concentrating and purifying FOS from an extract obtained from yacon roots, combining a first ultrafiltration (UF) clarifying step with nanofiltration (NF), with and without association with discontinuous diafiltration (DF). UF aimed to remove large molecules such as proteins and suspended solids, yielding a saccharide-rich permeate. After UF, 63.75 % of total saccharides from the initial feed were recovered in the permeate, that was then subjected to NF in order to reduce glucose, fructose and salts content and concentrate the oligosaccharides in the retentate. DF did not largely influenced FOS retention in NF (it increased from 68.78 % without DF to 70.48 % with DF), but decreased glucose and fructose retentions, from 40.63 to 31.61 % and 25.64 to 18.69 %, respectively, allowing a greater purification of FOS in the retentate. After the combined UF-NF process, 51.85 % of FOS from the initial feed were recovered in the NF final retentate, with 19.75 % purity. After this, the final retentate of nanofiltration associated with diafiltration was lyophilized and the powder was subjected to analyses of color, water activity (aw), microstructure – by Scanning Electron Microscopy coupled to Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDS) – and crystallinity – by X-ray diffraction. The obtained freeze-dried FOS-enriched saccharides powder, containing 19.75 % of FOS, 36.66 % of glucose and 43.59 % of fructose, in weight, was a whitish granulated powder, with aw of 0.284 and CIELAB color coordinates L*, a* and b* of 76.25±1.19, -1.03±0.09 and 1.02±0.03, respectively. It was highly hygroscopic and with agglomeration tendency, confirmed by the formation of bridges between particles on the SEM images. No peaks were identified at X-ray diffractograms, indicating its amorphous characteristics. However, the sample high hygrospicity and the formation of a rigid mass may have hindered a trustable X-ray analysis.

Os processos de separação com membranas estão presentes nas mais diversas aplicações industriais. Em especial, a microfiltração e a ultrafiltração vêm sendo extensivamente utilizadas no tratamento de água e de efluentes. Com o aumento da demanda, muitos estudos têm sido feitos para melhorar o desempenho dos processos com membranas, porém a escolha apropriada da membrana é um fator crucial para atingir esse objetivo. As membranas à base de polietersulfona (PES) estão entre as mais utilizadas industrialmente para esse tipo de aplicação devido às suas excelentes propriedades mecânicas, estabilidade térmica e resistência química. No entanto, por serem pouco hidrofílicas, essas membranas apresentam baixos fluxos de água e elevada tendência ao fouling e ao biofouling. A fim de melhorar essas propriedades, muitos autores têm proposto modificações nas membranas para torná-las mais hidrofílicas e, portanto, aumentar o fluxo de água e diminuir o fouling. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo preparar membranas de ultrafiltração de PES, utilizando a ftaloil-quitosana (FQ) como aditivo, a fim de se obter membranas com propriedade antifouling. Membranas de PES e PES/FQ foram preparadas pelo processo de inversão de fases e caracterizadas quanto à morfologia, à estrutura química, à estabilidade térmica, ao caráter hidrofílico, à permeância hidráulica, à massa molar de corte (MMC) e ao desempenho em ultrafiltração de solução proteica. As membranas modificadas com o aditivo apresentaram estrutura mais heterogênea e com macrovazios maiores, maior caráter hidrofílico e maior permeância hidráulica. Os resultados de MMC não foram conclusivos. No teste de ultrafiltração, essas membranas apresentaram maiores fluxos e menor tendência ao fouling, indicando que o aditivo utilizado foi adequado na melhoria das propriedades desejadas. A retenção proteica, a perda de fluxo e a recuperação de fluxo após limpezas não apresentaram diferenças significativas. / In recent years, membrane separation processes have been widely used in all kinds of industries and applications. Particularly microfiltration and ultrafiltration have been extensively used for drinking water and wastewater treatments. With the increasing demand, many efforts have been done in order to enhance the process performance, but the choice of the appropriate membrane is a crucial factor to achieve this goal. Polyethersulfone (PES) based membranes are among the most commonly used for such applications due to their excellent chemical resistance, thermal stability and mechanical properties. However, because of its low hydrophilicity, these membranes have low water flux and high fouling and biofouling tendency. In order to improve these properties, many authors have proposed membrane modifications to make them more hydrophilic and thus increase the water flux and reduce fouling. Within this context, this work aimed to prepare PES ultrafiltration membranes using phthaloyl-chitosan (FQ) as an additive in order to obtain membranes with antifouling property. PES and PES/FQ membranes were prepared by phase inversion process and their morphology, chemical structure, thermal stability, hydrophilicity, hydraulic permeance, molecular weight cutoff (MWCO) and performance in ultrafiltration of protein solution were characterized. The membranes modified with additives showed more heterogeneous structure with larger macrovoids, higher hydrophilicity and higher hydraulic permeance. The MWCO results were inconclusive. In the ultrafiltration test, these membranes exhibited higher fluxes and lower fouling tendency, indicating that the additive used was adequate in improving the desired properties. The protein retention, flux reduction and flux recovery after cleaning showed no significant differences.

O lixiviado de aterro sanitário é um efluente complexo de alta carga orgânica, composto basicamente de substâncias recalcitrantes, amônia e poluentes tóxicos. Quando descartado de forma inadequada nos corpos receptores, desempenha um papel significativo dentre os principais fatores causadores de danos ao meio ambiente. A tecnologia de separação por membranas consiste em uma alternativa atrativa no tratamento do lixiviado, pois é capaz de remover contaminantes que não são removidos por processos de tratamento convencionais. O presente estudo tem por objetivo a avaliação, em escala de bancada, do tratamento do lixiviado por processos de separação por membranas e o monitoramento de fatores de fouling e resistências nas membranas. O sistema de membrana fibra-oca de microfiltração de poli(éter-imida) foi testado a fim de promover o polimento final do tratamento do lixiviado. O resultado obtido de remoção de matéria orgânica, expressado em DQO, variou entre 14 e 43%, no entanto, esse sistema não foi eficiente na remoção de cor. Para a remoção de cor foram realizados ensaios em sistemas de osmose inversa e de eletrodiálise, no entanto, apenas o sistema de osmose inversa apresentou resultados positivos. Foi verificado que as características do lixiviado têm influencia na formação de fouling, reduzindo o fluxo de permeado e contribuindo para o aumento das resistências. O percentual médio de fouling observado foi de 53% e a resistência da membrana contribuiu com mais de 50% da resistência total do sistema. Os resultados comprovam que a implementação do sistema de membranas de microfiltração e osmose inversa, como polimento final no tratamento de lixiviado, seriam de grande valia, tanto para atender aos padrões mínimos de lançamento de efluentes previsto na legislação brasileira como para a preservação dos recursos hídricos. / Landfill leachate is a complex wastewater of high organic matter, composed basically of recalcitrant substances, ammonia and toxic pollutants. When leachate is improperly disposed in the receiving waters, it has a significant role among the main factors causing damage to the environment. The membrane separation technology is an attractive alternative in the treatment of the leachate, because it is able to remove contaminants that are not removed by conventional treatment processes. The present study aims to evaluate, using a bench scale system, leachate treatability by membrane separation processes and to monitor fouling factors and membrane resistance. The microfiltration system of hollow fiber membrane poly(ether-imide) was tested in order to promote leachate treatment. The result of organic matter removal, expressed in COD, varied between 14 and 43%, however, this system was not efficient to color removal. Tests were performed for color removal in a reverse osmosis and electrodialysis systems, however, only the reverse osmosis system showed positive results. It was found that the characteristics of leachate have influence in the fouling formation, permeate flux reducing and contributes to the resistance increase. The average percentage of fouling observed was 53% and the membrane resistance contributed more than 50% of the total resistance of the system. The results show that microfiltration and reverse osmosis systems implementation to treat the leachate would be of great importance, both to meet the minimum standards for effluent discharge as provided for in Brazilian law to the preservation of water resources.

O yacon (Smallanthus sonchifolius) é uma planta de origem andina, cujas raízes tuberosas armazenam açúcares como frutose, glicose, sacarose e, principalmente, frutooligossacarídeos (FOS). Os FOS são designados como prebióticos, que por sua não digestibilidade pelas enzimas do trato digestivo humano, estimulam seletivamente a multiplicação e a atividade de bactérias intestinais promotoras de saúde. Este trabalho visou estudar a separação de FOS do extrato de yacon, mediante o emprego do processo de separação por membranas (PSM) por ultrafiltração (UF) e avaliar as características físico-químicas do pó obtido por spray drying, a partir do permeado da UF. As raízes foram descascadas e cortadas em rodelas e submetidas ao branqueamento mediante vapor a 100ºC. A partir das fatias branqueadas foi extraído o suco empregando um processador de alimentos; da polpa obtida após a separação do suco, foram extraídos os açúcares restantes mediante a adição de água a 80°C em uma proporção de 2:1 (massa água/massa polpa). O suco de yacon e a solução líquida obtida da polpa foram separadamente filtrados e a mistura dos filtrados constituiu o extrato de yacon. A separação dos FOS foi realizada pelo processo de UF, utilizando duas membranas poliméricas de 10 kDa (UF-10) e 30 kDa (UF-30) com pressões transmembrana de 1,2 bar e 0,75 bar, respectivamente. Encontrou-se que o fluxo de permeado aumentou com o aumento da pressão de 0,5 bar a 2 bar e com a temperatura de 15ºC a 35ºC. Para a UF- 10, a resistência da membrana (Rm) aumentou de 3,25×1013 m-1 para 3,41×1013 m-1 com o aumento da pressão de 0,5 bar para 2 bar; o mesmo ocorreu com a UF-30, aumentando de 1,69×1013 m-1 para 1,89×1013 m-1. As resistências total (Rt), do fouling (Rf) e da polarização por concentração (Rc) apresentaram um leve incremento com o aumento da pressão. Com o aumento da temperatura os valores de Rf e Rc diminuíram devido à redução da viscosidade da solução, enquanto que Rt e Rm não variaram. A porcentagem de formação do fouling diminuiu com o aumento do poro da membrana, de 61,24% na UF-10 para 57,33% na UF-30. O entupimento dos poros da membrana foi revertido empregando procedimentos de limpeza, obtendo-se altas recuperações de fluxo de permeado (76,46% para UF-10 e 83,56% para UF-30). A retenção dos FOS foi de 24,48%, da glicose de 12,95% e da frutose de 22,18% na membrana UF-10, sendo que o aumento do tamanho de poro proporcionou menor retenção dos açúcares, 6,49%, 9,11% e 11,31% para os FOS, glicose e frutose respectivamente para a UF-30.O balanço de massa mostrou que os FOS obtidos no permeado da UF alcançaram pureza de 24,08% para a UF-10 e 18,43% para a UF-30. Ao permeado da UF foi adicionado goma arábica como agente encapsulante nas concentrações de 10% e 15% sob constante agitação até completa homogeneização, seguido de imediata secagem no spray dryer empregando temperaturas de entrada de ar de 140°C e 160°C. O p roduto final apresentou valores de umidade menores que 4 gH2O/100 g m.s. e de atividade de água menores que 0,15. O aumento da concentração de goma e da temperatura de secagem resultou em aumento na solubilidade dos pós, obtendo-se valores superiores a 90%, enquanto que a higroscopicidade diminuiu. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que as partículas obtidas por atomização apresentaram tamanhos em torno de 5 μm e morfologias distintas, além de uma forte tendência à aglomeração das partículas menores em torno das maiores, principalmente na temperatura de 140ºC. Com relação à cor, o parâmetro L* diminuiu significativamente com o aumento da temperatura de 140ºC para 160ºC, resultando em amostras mais escuras; os parâmetros a* e b* indicaram que as amostras observadas foram esverdeadas e amareladas, com índice de escurecimento significativamente maior a 160ºC na UF-30. Durante a secagem, o aumento da temperatura diminuiu as concentrações de inulina, enquanto que os teores de glicose e frutose aumentaram devido à reação de termólise que levou à degradação das cadeias de inulina. Os ensaios de atividade prebiótica mostraram que todas as amostras de permeado e retido sem encapsulação foram metabolizados de forma semelhante à glicose pelas três diferentes bactérias (Lactobacillus acidophilus LA-5®, Bifidobacterium lactis BB-12® e Escherichia coli ATCC 25922). Com relação às amostras atomizadas, os tratamentos provenientes da UF-30 e que foram metabolizadas pela cultura probiótica LA-5 apresentaram indicativo potencial de atividade prebiótica, por terem sido metabolizadas de forma similar à glicose. / The yacon (Smallanthus sonchifolius) is a plant originated from Andean regions, whose tuberous roots contain sugars such as fructose, glucose, sucrose, and especially fructooligosaccharides (FOS). FOS is referred to as prebiotics due to it is not digestible by enzymes in the human digestive tract, therefore it selectively stimulates the multiplication and activity of health-promoting bacteria. This study aimed to evaluate the separation of FOS from the extract of yacon by ultrafiltration (UF) membrane separation process (PSM), and study the physic-chemical characteristics of the powder obtained by spray drying from the permeate obtained by UF. The juice was extracted from the bleached slices using a food processor; after, the remaining sugars were extracted from the pulp by adding water at 80ºC in a ratio of 2:1 (water / pulp). The yacon juice and the liquid solution obtained from the pulp were filtered and the filtrate mixture was the yacon extract. The separation of FOS was carried out by two polymeric membranes of 10 kDa (UF-10) and 30 kDa (UF- 30), at pressures of 1.2 bar and 0.75 bar, respectively. The permeate flux increased with increasing pressure from 0.5 bar to 2 bar and temperature from 15ºC to 35ºC. For the UF- 10, the intrinsic membrane resistance (Rm) increased from 3.25×1013 m-1 to 3.41×1013 m-1 with increasing pressure from 0.5 bar to 2 bar. The same occurred with UF-30, in which Rm increased from 1.69×1013 m-1 to 1.89×1013 m-1. The total resistance (Rt), fouling resistance (Rf) and cake layer resistance (Rc) slight increased with increasing pressure. As the temperature increased, the values of Rf and Rc decreased due to the reduced viscosity of the solution, while Rt and Rm values did not change. The percentage of membrane fouling decreased from 61.24% in UF-10 to 57.33% in UF-30 with increasing the membrane pore size. The membrane pore clogging was reversed by cleaning procedures, resulting in high recoveries of the permeate flow (76.46% in UF-10 and 83.56% in UF-30). For UF-10, the FOS retention was 24.48%, while glucose and fructose retention were 12.95% and 22.18% respectively, and the increase in pore size resulted in less retention of sugars, once for the UF-30 the retention percentage was 6.49%, 9.11% and 11.31% for FOS, glucose and fructose, respectively. The mass balance showed that FOS from the UF permeate reached 24.08% purity in UF-10 and 18.43% in UF-30. Gum arabic at concentrations of 10% and 15% was added to the UF permeate as an encapsulating agent with constant stirring until complete homogenization, followed by immediate drying in a spray dryer at inlet temperatures of 140ºC and 160ºC. The final product presented moisture content less than 4 gH2O/100 g d.m. and water activity less than 0.15. Increasing both the arabic gum concentration and drying temperature have increased the powder solubility, with values higher than 90%, and decreased hygroscopicity. Scanning electron microscopy showed that the atomized particles had about 5 μm diameter and exhibited different morphologies, with a strong tendency to particle agglomeration, once smaller particles appeared to overlap large particles, mainly at 140ºC. Regarding the color parameters, the parameter L* significantly decreased with increasing temperature from 140ºC to 160ºC, resulting in darker samples. The parameters a* and b* indicated that the samples were greenish and yellowish with significantly increase in the browning index at 160ºC for UF-30. During the drying process, increasing the temperature decreased inulin concentrations, whereas the levels of glucose and fructose increased due to the thermolysis reaction that lead to degradation of inulin chains. The prebiotic activity assay showed that all permeate and retentate samples without encapsulation were metabolized similarly to glucose by the three different bacteria (Lactobacillus acidophilus LA-5®, Bifidobacterium lactis BB-12® and Escherichia coli ATCC 25922). With respect to the atomized samples, the treatments from the UF-30 that were metabolized by the probiotic culture LA-5 seemed to present potential prebiotic activity, since they were metabolized in a manner similar to glucose metabolism.

Os desreguladores endócrinos, como o bisfenol A (BPA), são compostos encontrados na água em concentrações da ordem de μg.L-1 ou ng.L-1, sendo por isso também denominados micropoluentes. Sua presença, mesmo em baixas concentrações, pode causar prejuízos aos organismos expostos. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a remoção de BPA por membranas de ultrafiltração (UF) e osmose inversa (OI) e por carvão ativado granular (CAG). Essas técnicas têm a vantagem de não gerar subprodutos que também podem ser tóxicos. Nos estudos foram realizados experimentos para remoção do BPA através de membrana PL-1 (celulose regenerada de 1 kDa), Sy-10 (polietersulfona de 10 kDa) e membrana de OI (poliamida) reutilizada, com concentração inicial de 500 μg.L-1 de BPA. Para a membrana Sy-10, foram testados os pHs 7 e 10. Os ensaios de adsorção foram realizados com CAG (1-2mm) em frascos contendo 100 mL da solução de BPA, com 0,5 g de CAG para cada frasco. As variáveis testadas foram pH, tempo de contato e concentração inicial na ordem de mg.L-1. Adicionalmente, foi testada a concentração inicial de 500 μg.L-1 de BPA em experimento de adsorção. Os resultados obtidos mostraram que a capacidade da membrana Sy-10 para remoção de BPA foi superior, chegando a cerca de 90% de remoção, em contraposição aos 20% encontrados para PL-1. A membrana de OI apresentou remoções de cerca de 95%. A influência do pH (7 e 10) na remoção do BPA para a membrana Sy-10 não mostrou-se significativa. Nos ensaios de adsorção, analisando diferentes valores de pH, obteve-se eficiência de 93% para pH 7. Ensaios de variação do tempo de contato com CAG mostraram que o equilíbrio é atingido nos primeiros 10 minutos para a maior concentração e em 40 minutos para a menor concentração testada, de 500 μg.L-1. O estudo do efeito da concentração inicial de BPA na adsorção mostrou que a remoção aumenta com o aumento da concentração inicial do poluente. Conclui-se que tanto a adsorção em CAG quanto membranas são boas alternativas para a remoção de BPA de soluções aquosas. As duas técnicas poderiam ser usadas conjuntamente, sendo que o concentrado do processo com membranas poderia ser submetido à adsorção por CAG. / Endocrine disrupting chemicals, such as bisphenol A (BPA) compounds, are found in water at concentrations of the order of μg.L-1 or ng.L-1 is therefore also known micropollutants. His presence, even at low concentrations, can cause damage to exposed organisms. In this context, the aim of this study was to evaluate the removal of BPA by ultrafiltration (UF) and reverse osmosis (RO) membranes and granular activated carbon (GAC). These techniques have the advantage of not generating by-products can also be toxic. In the studies were performed experiments to remove the BPA by PL-1 (1 kDa regenerated cellulose), Sy-10 (10 kDa polyethersulfone) and RO (polyamide) reused membranes, with initial concentration of 500 μg.L-1 of BPA. For Sy-10 membrane pHs 7 and 10 were tested. The adsorption experiments were carried out with GAC (1-2mm) in flasks containing 100 mL of the BPA solution and 0.5 g of GAC to each vial. The variables tested were pH, contact time and initial concentration on the order of mg.L-1. Additionally, we tested the initial concentration of 500 μg.L-1 of BPA in adsorption experiment. Results showed that the capacity of Sy-10 membrane to remove BPA was higher, reaching approximately 90% removal, as opposed to the 20% found to PL-1. The RO membrane showed removal of about 95%. The influence of pH (7 and 10 ) in the removal of BPA onto the membrane Sy - 10 was not significant. In adsorption tests, analyzing different pH values was obtained efficiency from 93% to pH 7. Testing time variation of contact GAC showed that equilibrium is reached in the first 10 minutes to the largest concentration and 40 minutes to the lowest concentration tested, 500 μg.L-1. The study of the effect of the initial concentration of BPA in the adsorption showed that removal increases with increase in the initial concentration of the pollutant. It was concluded that both the GAC adsorption as membranes are good alternatives for the removal of the BPA aqueous solutions. The two techniques could be used together, with the concentrate from the membrane process could be subjected to adsorption GAC.

A Osmose Inversa (OI) é amplamente utilizada nos processos de desmineralização, onde são utilizados módulos espirais que após 3 a 5 anos de uso são descartados devido à queda de seu desempenho. Estes módulos ainda podem ser reaproveitados em tratamentos que não exijam um efluente final com qualidade tão elevada, como por exemplo, em correntes de reuso. Um efluente com potencial para ser reutilizado é a purga, a qual é drenada da bacia da torre de resfriamento com a finalidade de reduzir a concentração de sais e outras impurezas da água de recirculação. Estes processos industriais utilizam grandes quantidades de água, sendo de grande importância estudos que visem o seu reaproveitamento. Uma alternativa seria o tratamento desta corrente utilizando as membranas de OI descartadas, porém um fator limitante é a qualidade do efluente que irá alimentar os módulos de OI descartados, devido à pequena espessura dos canais de alimentação. A proposta deste trabalho foi ajustar o pré-tratamento para um sistema de filtração com membranas de OI descartadas com o objetivo de tratar e reutilizar a corrente de purga de uma torre de resfriamento, como água de reposição. Foram avaliados como pré-tratamentos processos de coagulação/floculação, filtração com filtro de areia,sorção com carvão ativado comercial e combinações destes. A avaliação da eficiência dos tratamentos foi realizada através de análises de pH, condutividade elétrica, turbidez, dureza total, DQO, sílica e SDI. Após cada pré-tratamento, o efluente tratado foi alimentado no sistema de OI, avaliando-se o fluxo de permeado, permeabilidade hidráulica, retenção salina e a propensão ao fouling, para, então, determinar a eficiência do tratamento proposto. O permeado foi analisado e os parâmetros foram comparados com a água de reposição utilizada na torre de resfriamento. Verificou-se que o melhor tratamento obtido foi utilizando a coagulação/floculação seguida do filtro de areia, apresentando SDI5 5,5 e turbidez de 0,3 NTU; o processo de sorção com carvão ativado não demonstrou bons resultados para as condições testadas. Através das análises das membranas utilizadas para as medidas de SDI e dos valores dos contaminantes presentes após os pré-tratamentos, pôde-se perceber uma diminuição de incrustações referentes aos teores de sílica e dureza, principais causadores de fouling, indicando uma melhora na qualidade da corrente de purga pré-tratada, que apresentou características adequadas para alimentação do sistema de OI. Ainda, as membranas de OI apresentaram uma retenção salina em torno de 97% e as análises dos permeados obtidos indicaram valores de contaminantes inferiores aos da água de reposição da torre, demonstrando a possibilidade de reutilização. / Reverse Osmosis (RO) is widely used in demineralization processes, where spiral wound modules are used, which after 3-5 years are discarded to lose their performance. However, these modules can be reused for treatments that do not require final effluent with so high quality. The blowdown is drained from the basin of the cooling tower in order to reduce the concentration of salts and other impurities from recirculating water. These industrial processes use large quantities of water, so it’s important to study reuse possibilities. An alternative would be treating this stream using RO discarded membranes, but some limiting factors are the quality of the feed water and the thin feed channels. Thus, the aim of the study is to set a pretreatment to a RO system that uses discarded membranes from the demineralization process to treat the blowdown stream of a cooling tower, with will reuse as make-up water. Steps of coagulation and flocculation, sand filter filtration, sorption with activated carbon and combinations of these were proposed as pre-treatments. Analysis of pH, conductivity, turbidity, total hardness, COD, silica and SDI were used to evaluate the efficiency of the pretreatments. After each proposed pre-treatment, the treated effluent was tested in RO system and the permeate flow, salt retention and hydraulic permeability were evaluated to identify the presence of fouling and the membranes performance. Also the permeate analysis were compared with the makeup water used in the cooling tower. The sand filter as only step treatment is not effective for good treatment of the stream, obtaining the best result when coupled with coagulation/flocculation process. The GAC had not shown good results for the tested conditions. RO discarded membranes presented high salt retention, about 97% and analysis of the permeates indicate the reuse possibility. Through MEV and EDS analysis of SDI membranes, we could notice a decrease of scale related to silica and hardness, which are the main cause of fouling, indicating an improvement of the quality of the treated stream, which presents suitable characteristics for feed RO systems with discarded modules.

Orientador: Luiz Antonio Viotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-09T00:42:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Watanabe_AnnaPaula_M.pdf: 997082 bytes, checksum: 362f6a4ebe3fa5e31285e1f7c7cacc76 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A aplicação do processo de microfiltração para clarificação de certos sucos de frutas tem demonstrado resultados economicamente viáveis. Inúmeros sucos de frutas típicas do Brasil ainda não foram testados neste tipo de processo, visando a sua clarificação. Suco de tamarindo (Tamarindus indica L.) reconstituído na proporção de 1 de polpa para 3 de água foi microfiltrado a 35ºC, em membrana tubular de polipropileno de diâmetro médio de poro de 0,2 µm, variando-se as condições de pressão transmembrana, velocidade de escoamento e utilizando ou não um pré-tratamento enzimático da polpa. Foram observados fluxos finais de permeado de 70 a 115 kg/m2h. O aumento da pressão transmembrana aumentou o fouling, mas resultou em altos valores de fluxo de permeação, tanto iniciais quanto finais. Alta pressão associada ao uso de enzima pectinolítica na concentração de 100 ppm apresentou o melhor resultado de fluxo final, a um fator de concentração igual a dois e, conseqüentemente, no menor tempo de processamento. O aumento da velocidade de escoamento e uso de baixas pressões melhorou o fluxo de modo geral, e o uso concomitante de enzima, melhorou ainda mais o fluxo. Ao usar alta velocidade e alta pressão, o fluxo foi elevado no processamento em que não foi feito o tratamento enzimático. Entretanto, no processamento em que foi realizado o tratamento enzimático, o fluxo diminui em 26%, possivelmente devido ao aumento do fouling na membrana. O permeado obtido apresentou uma coloração amarelo ouro, límpido e sem presença de sólidos insolúveis. Houve também retenção de sólidos solúveis (açúcares e pectinas, entre outros) e, conseqüentemente, dos sólidos totais (diminuição da umidade no retentado). Os resultados de fluxo de permeado em diversas condições de operação permitiram uma análise da influência da camada gel e do fouling de acordo com a teoria de resistências em série. Os dados obtidos para a construção da curva de permação foram ajustados a um modelo matemático, baseado na teoria de renovação de superfície, e calcularam-se os valores da constante de declínio de fluxo. Estes foram maiores nos experimentos em que se fez uso de altas pressões e tratamento enzimático / Abstract: Clarification of a lot of fruit juices using microfiltration process has been showing viable economic results. Countless juices of typical fruits of Brazil aren't studied yet in membrane separation process. Tamarind juice (Tamarindus indica L.) reconstituted at 35ºC was microfiltred using a polypropylene tubular membrane of 0,2 µm average diameter poro. The operating conditions of transmembrane pressure, crossflow velocity and enzymatic treatment were evaluated. Final fluxes values of 70 until 115 kg/m2h was observed. The increase in transmembrane pressure resulted in high fouling, but increased the values of inicial and final permeates fluxes. Associated of enzyme pectinolitic at 100 ppm, this experiment presents the best result of final flux and, consequently, the smaller time processing. The increase in crossflow velocity and use of low transmembrane pressure improved the fluxes in general, and using enzymes at the same time, improved the fluxes even more. High crossflow velocities and high transmembrane pressures results in high fluxes just in the experiment without enzymatic treatment. In the experiment where enzymatic treatment was done, the flux reduce 26%, possible due to increase of the fouling on membrane. The permeate presents a gold yellow colour, cloudless and without insoluble solids. There was soluble solids (sugar, pectin etc.) retention and, consequently, total solids retention (reducing of humidity in retentate). The influence of polarized layer and the fouling in several operating conditions results of fluxes allow an analysis by resistance in series theory. The experimental data picked to permeate curve was ajusted to mathematical model based on surface renewal theory and the flux decay constant were calculated. There were higher on experiments with high pressure and enzymatic treatment / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos