O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência do gradiente médio de velocidade (Gzc), associado ao tempo de detenção hidráulico (tzc) e à taxa de aplicação superficial (TASzc), na zona de contato, na eficiência de clarificação de uma unidade retangular de flotação por ar dissolvido, em escala piloto, tratando água para abastecimento. Foram estudadas duas configurações da Unidade Piloto de Flotação por Ar Dissolvido (UPFAD) (A e B), as quais diferem no comprimento da zona de contato A (90 mm) e B (140 mm). A TASzc - A (133 ± 3 m/h) e B (86 ± 1 m/h) - e o tzc - A (54 ± 1s) e B (84 ± 1 s) - são diferentes. Foram avaliados três valores do Gzc A (1,8; 6,5;10,2) e B (0,9; 4,7; 6,3), através da inserção de telas com características diferentes no interior da zona de contato. E, Para cada valor de Gzc, foram investigados três valores de A/V (3,73; 4,90; 6,41). Em todos os ensaios realizados, foram fixados os seguintes parâmetros: vazão da água bruta preparada (5,4 m³/h); temperatura da água bruta preparada (26 ± 1ºC); pH de coagulação (6,5 ± 0,1); tempo de floculação (17,2 min); gradiente médio de velocidade de floculação (110 s-1); vazão de descarte após a floculação (0,8 m³/h); vazão de entrada para a flotação (Qe) (4,6 m³/h); velocidade de entrada para a flotação (ve) (180 m/h); velocidade cross-flow (45 m/h); TASzs (14,6 ± 0,2 m/h); pressão de saturação (4,5 ± 0,1 Kgf/cm²). A unidade piloto FAD foi alimentada com água preparada, que apresentou turbidez em torno de 7,4 ± 0,6 UNT, e cor aparente, em torno de 39,4 ± 4,3 UH. A fração removida dos parâmetros analisados para cada Gzc é menos sensível a variações de A/V na configuração A que na configuração B. Na configuração A, a tela que apresentou Gzc em torno de 6,5 s-1 gerou melhores resultados para cada A/V analisado. Na configuração B, a tela que gerou Gzc em torno de 4,7 s-1 proporcionou melhor fração removida de turbidez e cor para cada A/V estudado. Além disso, na configuração B, a fração removida de turbidez e cor foi menos sensível a variações de A/V, para Gzc de 4,7 s-1 que para os demais valores de Gzc. A tela que gerou resultados mais eficientes na configuração A foi a mesma para a configuração B. Portanto o uso da referida tela favoreceu o desempenho das configurações A e B. Comparando todas as situações estudadas nas duas configurações, o ensaio com a configuração A (com tzc de 54 s) com Gzc de 6,3 s-1 e A/V de 4,9 g/m³, apresentou as maiores frações de remoção de cor e turbidez. / The present work aimed to study the influence of velocity gradient (Gzc) associated with the hydraulic detention time (tzc) and the rate of surface application (TASzc) in the contact zone in the efficiency of clarification of a unit rectangular dissolved air flotation pilot scale, treating water supplies. Two different kinds of configurations of the reactor dissolved air flotation in pilot scale (UPFA) (A and B) were studied, which differ in the length of the contact zone - A (90 mm) and B (140 mm). The TASzc - A (133 ± 3 m/h) and B (86 ± 1 m/h) - and tzc - A (54 ± 1 s) and B (84 ± 1 s) were different. Three different values of Gzc were analysed - A (1.8, 6.5, 10.2 s-1) and B (0.9, 4.7, 6.3 s-1) by insertion of grilles with different characteristics within the zone contact. And for each value of Gzc, three values of A/V (3.73, 4.90, 6.41 g/m³) were investigated. In all trials, the following parameters were set: flow of synthetic raw water (5.4 m³/h), synthetic raw water temperature (26 ± 1ºC), coagulation pH (6.5 ± 0.1); flocculation time (17.2 minutes), the speed gradient flocculation (110 s-1); flow disposal after flocculation (0.8 m³/h), input flow to the flotation (Qe) (4, 6 m³/h), input speed for flotation (ve) (180 m/h), cross-flow velocity (45 m/h), TASzs (14.6 ± 0.2 m/h), saturation pressure (4.5 ± 0.1 kgf/cm ²). The pilot plant was fed with synthetic water, which showed turbidity of approximately 7.4 ± 0.6 NTU, and apparent color, about 39.4 ± 4.3 HU. The removal efficiency of the analyzed parameters for each Gzc is less sensitive to variations in the A/V in the configuration A than in the configuration B. In configuration A, the grille that showed Gzc about 6.5 s-1 gave better results for each A/V analysis. In configuration B, the grille that has generated Gzc around 4.7 s-1 provided the best removal efficiency of turbidity and color for each A/V studied. Furthermore, in the configuration B, the removal efficiency of color and turbidity was less sensitive to variations in A/V for Gzc 4.7 s-1 than for other values of Gzc. The grille that generated the best results in the configuration A was the same for the configuration B. Therefore the use of that grille favored the performance of configurations A and B. Comparing all the situations studied in two configurations, the test with the configuration A (with tzc the 54 s) with Gzc of 6.3 s-1 and A/V of 4.9 g/m³, had the highest removal efficiencies of color and turbidity.

O desempenho de unidades de flotação por ar dissolvido (FAD) depende significativamente do projeto da zona de contato (ZC) dessas unidades, situada na entrada das mesmas e responsável por promover condições adequadas para que ocorram taxas satisfatórias de colisão entre as microbolhas de ar e os flocos formados na etapa antecedente de floculação da água para abastecimento. Os dois principais parâmetros de projeto da ZC são o tempo de detenção hidráulico ou tempo de contato (Tzc) e o gradiente médio de velocidade na ZC (Gzc). A presente dissertação apresenta os resultados de estudo sobre a influência do Tzc e do Gzc na ZC de uma unidade piloto de flotação por ar dissolvido (UPFAD) com escoamento contínuo aplicada ao tratamento de água para abastecimento. Foram utilizados módulos contendo tela metálica em seu interior com malha de #25 mm com diferentes dimensões, de modo a se obterem diferentes valores de Gzc e Tzc. Foram investigadas duas configurações na unidade de FAD (Configurações A e B), nas quais o comprimento (Lzc) e a altura (Hzc) da ZC foram variados, permitindo a alteração do Tzc e mantendo-se controlados os valores de Gzc (com a introdução ou não de diferentes módulos de tela metálica na ZC) e vice versa. Os demais parâmetros do processo de FAD não sofreram variações, tais como taxa de aplicação superficial (TAS) na zona de separação, tempo de floculação, entre outros. Para a configuração A, foram estudadas três alturas diferentes na ZC e para a configuração B, quatro alturas diferentes na ZC, o que acarretou, para cada valor de Gzc variação do Tzc. Para cada configuração da ZC, também foram testados três valores de vazão de recirculação de água saturada com ar de modo a se obterem três diferentes concentrações de ar (A/V) no processo de flotação. Para todos os parâmetros analisados (Turbidez, Cor, Absorbância), as maiores eficiências de remoção foram obtidas nos ensaios realizados com o uso da tela #25 mm tanto na configuração A (TASzc = 136 m/h e G = 6,1 s-1) quanto na configuração B (TASzc = 87 m/h e G = 3,2 s-1). Os resultados permitem concluir que o par de valores (Tzc, Gzc) é mais apropriado para o projeto da zona de contato de unidades FAD do que o par (Tzc, TASzc) usualmente adotado pelos projetistas, sendo que, na faixa de valores investigados a UPFAD apresentou melhor desempenho para o par: Tzc de 41 s e Gzc de 6,1 s-1. / The performance of units dissolved air flotation (DAF) depend significantly of design on the contact zone (CZ) of these units, situated at the entrance thereof and responsible for promoting appropriate conditions to occur satisfactory collision rates between air microbubbles and the flocs formed in the step of flocculation of potable water. The two main design parameters of the CZ are the hydraulic detention time or contact time (Tcz) and the velocity gradient in the CZ (Gcz). This work presents the results of study of the effects of varying the Tcz and Gcz at the contact zone of pilot unit DAF with continuous flow applied to the treatment of potable water. Were used modules containing metal grille with mesh of #25 mm, with different dimensions in order to obtain different values of Gcz and Tcz. Were investigated two configurations in the unit FAD ( configurations A and B) where the length (Lcz) and height (Hcz) of contact zone were varied, allowing the variation of Tzc and keeping the values of Gcz controlled (with the introduction or not of different modules in the metal grille in CZ) and vice versa, without changes in other process variables FAD, such as rate of surface application (TAS) in the separation zone, flocculation time, among others. For the configuration A were studied three different heights in the CZ and in configuration B, four different heights in the CZ, which resulted, for each value of Gcz (relative to the chosen value of Lcz) the variation of Tzc. For each configuration of CZ were also tested three values of recirculation flow of air saturated in order to obtain three different values of concentration in air (A/V) in the flotation process. For all parameters analyzed (turbidity, color, absorbance), the highest efficiencies were obtained in assays performed using the grille #25 mm, both in configuration A (TAScz = 136 m/h and L = 6,1 s-1) and configuration B (TAScz = 87 m/h and G = 3,2 s-1). The results indicate that the pair of values (Tcz, Gcz) is more suitable for project of the CZ of units FAD than the pair (Tcz, TAScz) usually adopted by the designers, and values in the range investigated in UPFAD showed performed better for Tcz of 41 s and Gcz of 6,1 s-1.

O desempenho de unidades de flotação por ar dissolvido (FAD) depende significativamente do projeto da zona de contato (ZC) dessas unidades, situada na entrada das mesmas e responsável por promover condições adequadas para que ocorram taxas satisfatórias de colisão entre as microbolhas de ar e os flocos formados na etapa antecedente de floculação da água para abastecimento. Os dois principais parâmetros de projeto da ZC são o tempo de detenção hidráulico ou tempo de contato (Tzc) e o gradiente médio de velocidade na ZC (Gzc). A presente dissertação apresenta os resultados de estudo sobre a influência do Tzc e do Gzc na ZC de uma unidade piloto de flotação por ar dissolvido (UPFAD) com escoamento contínuo aplicada ao tratamento de água para abastecimento. Foram utilizados módulos contendo tela metálica em seu interior com malha de #25 mm com diferentes dimensões, de modo a se obterem diferentes valores de Gzc e Tzc. Foram investigadas duas configurações na unidade de FAD (Configurações A e B), nas quais o comprimento (Lzc) e a altura (Hzc) da ZC foram variados, permitindo a alteração do Tzc e mantendo-se controlados os valores de Gzc (com a introdução ou não de diferentes módulos de tela metálica na ZC) e vice versa. Os demais parâmetros do processo de FAD não sofreram variações, tais como taxa de aplicação superficial (TAS) na zona de separação, tempo de floculação, entre outros. Para a configuração A, foram estudadas três alturas diferentes na ZC e para a configuração B, quatro alturas diferentes na ZC, o que acarretou, para cada valor de Gzc variação do Tzc. Para cada configuração da ZC, também foram testados três valores de vazão de recirculação de água saturada com ar de modo a se obterem três diferentes concentrações de ar (A/V) no processo de flotação. Para todos os parâmetros analisados (Turbidez, Cor, Absorbância), as maiores eficiências de remoção foram obtidas nos ensaios realizados com o uso da tela #25 mm tanto na configuração A (TASzc = 136 m/h e G = 6,1 s-1) quanto na configuração B (TASzc = 87 m/h e G = 3,2 s-1). Os resultados permitem concluir que o par de valores (Tzc, Gzc) é mais apropriado para o projeto da zona de contato de unidades FAD do que o par (Tzc, TASzc) usualmente adotado pelos projetistas, sendo que, na faixa de valores investigados a UPFAD apresentou melhor desempenho para o par: Tzc de 41 s e Gzc de 6,1 s-1. / The performance of units dissolved air flotation (DAF) depend significantly of design on the contact zone (CZ) of these units, situated at the entrance thereof and responsible for promoting appropriate conditions to occur satisfactory collision rates between air microbubbles and the flocs formed in the step of flocculation of potable water. The two main design parameters of the CZ are the hydraulic detention time or contact time (Tcz) and the velocity gradient in the CZ (Gcz). This work presents the results of study of the effects of varying the Tcz and Gcz at the contact zone of pilot unit DAF with continuous flow applied to the treatment of potable water. Were used modules containing metal grille with mesh of #25 mm, with different dimensions in order to obtain different values of Gcz and Tcz. Were investigated two configurations in the unit FAD ( configurations A and B) where the length (Lcz) and height (Hcz) of contact zone were varied, allowing the variation of Tzc and keeping the values of Gcz controlled (with the introduction or not of different modules in the metal grille in CZ) and vice versa, without changes in other process variables FAD, such as rate of surface application (TAS) in the separation zone, flocculation time, among others. For the configuration A were studied three different heights in the CZ and in configuration B, four different heights in the CZ, which resulted, for each value of Gcz (relative to the chosen value of Lcz) the variation of Tzc. For each configuration of CZ were also tested three values of recirculation flow of air saturated in order to obtain three different values of concentration in air (A/V) in the flotation process. For all parameters analyzed (turbidity, color, absorbance), the highest efficiencies were obtained in assays performed using the grille #25 mm, both in configuration A (TAScz = 136 m/h and L = 6,1 s-1) and configuration B (TAScz = 87 m/h and G = 3,2 s-1). The results indicate that the pair of values (Tcz, Gcz) is more suitable for project of the CZ of units FAD than the pair (Tcz, TAScz) usually adopted by the designers, and values in the range investigated in UPFAD showed performed better for Tcz of 41 s and Gcz of 6,1 s-1.

O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência do gradiente médio de velocidade (Gzc), associado ao tempo de detenção hidráulico (tzc) e à taxa de aplicação superficial (TASzc), na zona de contato, na eficiência de clarificação de uma unidade retangular de flotação por ar dissolvido, em escala piloto, tratando água para abastecimento. Foram estudadas duas configurações da Unidade Piloto de Flotação por Ar Dissolvido (UPFAD) (A e B), as quais diferem no comprimento da zona de contato A (90 mm) e B (140 mm). A TASzc - A (133 ± 3 m/h) e B (86 ± 1 m/h) - e o tzc - A (54 ± 1s) e B (84 ± 1 s) - são diferentes. Foram avaliados três valores do Gzc A (1,8; 6,5;10,2) e B (0,9; 4,7; 6,3), através da inserção de telas com características diferentes no interior da zona de contato. E, Para cada valor de Gzc, foram investigados três valores de A/V (3,73; 4,90; 6,41). Em todos os ensaios realizados, foram fixados os seguintes parâmetros: vazão da água bruta preparada (5,4 m³/h); temperatura da água bruta preparada (26 ± 1ºC); pH de coagulação (6,5 ± 0,1); tempo de floculação (17,2 min); gradiente médio de velocidade de floculação (110 s-1); vazão de descarte após a floculação (0,8 m³/h); vazão de entrada para a flotação (Qe) (4,6 m³/h); velocidade de entrada para a flotação (ve) (180 m/h); velocidade cross-flow (45 m/h); TASzs (14,6 ± 0,2 m/h); pressão de saturação (4,5 ± 0,1 Kgf/cm²). A unidade piloto FAD foi alimentada com água preparada, que apresentou turbidez em torno de 7,4 ± 0,6 UNT, e cor aparente, em torno de 39,4 ± 4,3 UH. A fração removida dos parâmetros analisados para cada Gzc é menos sensível a variações de A/V na configuração A que na configuração B. Na configuração A, a tela que apresentou Gzc em torno de 6,5 s-1 gerou melhores resultados para cada A/V analisado. Na configuração B, a tela que gerou Gzc em torno de 4,7 s-1 proporcionou melhor fração removida de turbidez e cor para cada A/V estudado. Além disso, na configuração B, a fração removida de turbidez e cor foi menos sensível a variações de A/V, para Gzc de 4,7 s-1 que para os demais valores de Gzc. A tela que gerou resultados mais eficientes na configuração A foi a mesma para a configuração B. Portanto o uso da referida tela favoreceu o desempenho das configurações A e B. Comparando todas as situações estudadas nas duas configurações, o ensaio com a configuração A (com tzc de 54 s) com Gzc de 6,3 s-1 e A/V de 4,9 g/m³, apresentou as maiores frações de remoção de cor e turbidez. / The present work aimed to study the influence of velocity gradient (Gzc) associated with the hydraulic detention time (tzc) and the rate of surface application (TASzc) in the contact zone in the efficiency of clarification of a unit rectangular dissolved air flotation pilot scale, treating water supplies. Two different kinds of configurations of the reactor dissolved air flotation in pilot scale (UPFA) (A and B) were studied, which differ in the length of the contact zone - A (90 mm) and B (140 mm). The TASzc - A (133 ± 3 m/h) and B (86 ± 1 m/h) - and tzc - A (54 ± 1 s) and B (84 ± 1 s) were different. Three different values of Gzc were analysed - A (1.8, 6.5, 10.2 s-1) and B (0.9, 4.7, 6.3 s-1) by insertion of grilles with different characteristics within the zone contact. And for each value of Gzc, three values of A/V (3.73, 4.90, 6.41 g/m³) were investigated. In all trials, the following parameters were set: flow of synthetic raw water (5.4 m³/h), synthetic raw water temperature (26 ± 1ºC), coagulation pH (6.5 ± 0.1); flocculation time (17.2 minutes), the speed gradient flocculation (110 s-1); flow disposal after flocculation (0.8 m³/h), input flow to the flotation (Qe) (4, 6 m³/h), input speed for flotation (ve) (180 m/h), cross-flow velocity (45 m/h), TASzs (14.6 ± 0.2 m/h), saturation pressure (4.5 ± 0.1 kgf/cm ²). The pilot plant was fed with synthetic water, which showed turbidity of approximately 7.4 ± 0.6 NTU, and apparent color, about 39.4 ± 4.3 HU. The removal efficiency of the analyzed parameters for each Gzc is less sensitive to variations in the A/V in the configuration A than in the configuration B. In configuration A, the grille that showed Gzc about 6.5 s-1 gave better results for each A/V analysis. In configuration B, the grille that has generated Gzc around 4.7 s-1 provided the best removal efficiency of turbidity and color for each A/V studied. Furthermore, in the configuration B, the removal efficiency of color and turbidity was less sensitive to variations in A/V for Gzc 4.7 s-1 than for other values of Gzc. The grille that generated the best results in the configuration A was the same for the configuration B. Therefore the use of that grille favored the performance of configurations A and B. Comparing all the situations studied in two configurations, the test with the configuration A (with tzc the 54 s) with Gzc of 6.3 s-1 and A/V of 4.9 g/m³, had the highest removal efficiencies of color and turbidity.

Phytoplankton blooms compromise the quality of freshwater ecosystems and the efficient processing of water by treatment works worldwide. This research aims to determine whether in-situ filamentous biofiltration processes mediated by living roots and synthetic filters as media can reduce or remove the phytoplankton loading (micro-algae and cyanobacteria) prior to a potable water treatment works intake. The underlying biofiltration mechanisms were investigated using field and laboratory studies. A novel macroscale biofilter with three plant species, named the "Living-Filter", installed in Farmoor II reservoir, UK, was surveyed weekly for physicochemical and biological variables under continuous flow conditions during 17 weeks. The efficiency of a mesoscale biofilter using the aquatic plant Phalaris arundinacea and synthetic filters, was tested with Microcystis aeruginosa under continuous flow conditions and in batch experiments. The 'simultaneous allelochemical method' was developed for quantifying allelochemicals from Phalaris in aqueous samples. Microscale studies were used to investigate biofilter allelochemical release in response to environmental stressors and Microcystis growth inhibition in filtered and unfiltered aqueous root exudate. Results demonstrate that the removal of phytoplankton biomass by physical mechanisms has a removal efficiency of ≤45% in the "Living-Filter" (filamentous biofilter plus synthetic fabric) and that the removal of Microcystis biomass using only biofilters was 25%. Chemical mechanisms that reduce Microcystis cell numbers are mediated by allelochemicals released from biofilter roots. Root exudate treatments on Microcystis revealed that Microcystis growth is inhibited by allelochemicals, not by nutrient competition, and that protists and invertebrates play a role in removing Microcystis. Filamentous biofilters can remove phytoplankton biomass by physical, chemical and biological mechanisms. Biofilters and synthetic filters in combination improve removal efficiency. Application of macroscale biofilters prior to potable water treatment works benefits the ecosystem. Plant properties, biofilter size to surface water ratio, and retention time must be considered to maximise the benefits of biofiltration processes.