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.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-13T12:44:38Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissert_gustavo_silva_PROTEN_2012.pdf: 1309861 bytes, checksum: 6a0a8d6c2de4ec3b485fa51e8293cfc1 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-13T12:44:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissert_gustavo_silva_PROTEN_2012.pdf: 1309861 bytes, checksum: 6a0a8d6c2de4ec3b485fa51e8293cfc1 (MD5) Previous issue date: 2012-03-08 / CNPq e CAPES / Neste trabalho analisa-se o comportamento dos parâmetros fator de polarização e coeficiente de permeabilidade de um sistema de osmose reversa (OR) acionado por uma fonte de alimentação variável como, por exemplo, um gerador fotovoltaico. No processo de OR as condições de entrada determinam o fluxo de água permeada. Em sistemas ligados à rede elétrica convencional, as condições iniciais são fixas. Porém em sistemas de OR alimentados por geradores FV sem baterias, além da variação das condições internas, são introduzidas variações na vazão e pressão de entrada e, consequentemente, na vazão e salinidade do permeado. As variações de vazão e pressão produzidas pela fonte resultam em variações dos parâmetros que regem o processo: a) O coeficiente de permeabilidade (Kper) que expressa a maior ou menor capacidade que a membrana tem de permitir que as moléculas, neste caso de água, se difundem através dela e b) O fator de polarização (fp), que produz uma diminuição do fluxo do permeado devido à acumulação de íons na parede da membrana. Na maioria dos trabalhos que permitem simular o comportamento de sistemas de OR esses parâmetros são considerados constantes. Neste trabalho foram realizados experimentos em um sistema de OR configurado para operar com um gerador FV. Entretanto, no intuito de manter o controle sobre as condições operacionais dos ensaios, um conversor de frequência ligado à rede elétrica foi empregado para simular o comportamento do gerador fotovoltaico. Dois procedimentos foram utilizados para a determinação dos parâmetros fp e Kper. No primeiro, equações disponíveis na literatura para o cálculo desses parâmetros, a partir da vazão de permeado, foram utilizadas para estimar os parâmetros (fp e Kper). Um modelo de desempenho do sistema de OR desenvolvido no Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas de Energia da Universidade Federal de Pernambuco (FAE-DEN-UFPE) foi utilizado para estimar a vazão de permeado. Nesse caso, apenas condições de entrada do sistema (vazão, pressão, salinidade) são necessárias. No segundo procedimento, os parâmetros (fp e Kper) foram obtidos pelo método denominado de “extração de parâmetros”. Uma comparação entre a vazão de permeado calculada (por meio do mesmo modelo do sistema OR citado anteriormente) e a experimental, que permanece invariável, permite estimar os valores de fp e Kper que minimizam os desvios entre os valores calculados e os valores experimentais. Uma análise dos resultados obtidos para os parâmetros, fp e Kper, por meio de ambos os procedimentos, para o sistema operando em condições variáveis mostrou que a pressão transmembrânica é a variável que permite uma melhor representação do comportamento desses parâmetros. Duas expressões provenientes do ajuste das curvas de fp e Kper em função da pressão transmembrânica foram propostas para o sistema de OR estudado. A validade da utilização das expressões foi verificada com um segundo conjunto de dados experimentais. Para verificar os benefícios da utilização de parâmetros variáveis na determinação do comportamento do sistema foram realizados cálculos da vazão do permeado obtida com os dois procedimentos propostos e comparados com o caso em que Kper e fp são considerados constantes para todas as pressões. Os resultados mostram que os desvios entre os valores da vazão de permeado estimados e experimentais diminuem drasticamente quando as variações de Kper e fp são introduzidas. Desvios médios de até 23% foram observados para elevados valores de salinidade quando Kper e fp são considerados fixos e desvios médios menores que 2% quando utilizados os parâmetros variáveis.

Orientador: Nelson Horacio Pezoa Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:38:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ventura_FernandaCardoso_M.pdf: 1877574 bytes, checksum: c23eb257d3323059ba76be42b8665eb3 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Ultimamente tem aumentado a preocupação pela relação entre dieta e saúde, estimulando o consumo de alimentos saudáveis, nutritivos e funcionais e ainda de valor calórico reduzido, que tenham nutrientes com potencial protetor de saúde. Esses alimentos além de satisfazer requerimentos nutricionais e sensoriais básicos desempenham efeitos fisiológicos benéficos que diminuiriam o risco de doenças crônicas cardiovasculares, cancerígenas ou outras. Existe uma grande variedade de produtos para fins especiais, sendo aqueles destinados a dietas de redução de açúcares um dos mais expressivos. Assim, as indústrias têm o desafio de desenvolver processamentos em condições amenas de operação, tempo e temperatura, provocando menores alterações de coloração, sabor e nutricionais. Com base nisso, a finalidade desse trabalho foi concentrar os nutrientes da goiaba vermelha e yacon, através da desidratação osmótica e desenvolver um doce em massa com as frutas desidratadas osmoticamente e acerola, de valor calórico reduzido através de processo contínuo. Primeiramente, foi realizado um estudo para otimizar a desidratação osmótica utilizando xarope de sorbitol e de sacarose. Os ensaios foram realizados utilizando planejamento fatorial completo, variando-se o tempo, temperatura e concentração da solução osmótica, visando a maximização da perda de umidade e minimização da incorporação de sólidos. Na desidratação osmótica utilizando xarope de sorbitol foram obtidas perdas de umidade de 35 a 43% % e incorporação de sólidos de 5,7 a 8% na goiaba vermelha e no yacon 53 a 55% de perdas de umidade e 6,02 a 6,46% de incorporação de sólidos. Os resultados obtidos mostraram que utilizando xarope de sorbitol se conseguem maiores perdas de umidade em relação ao xarope de sacarose, contudo há também uma maior incorporação de sólidos, mas isto seria irrelevante no caso de produtos de baixo valor calórico, nos quais o sorbitol é comumente utilizado, por apresentar um valor energético de 2,4kcal/g, enquanto que a sacarose fornece 4kcal/g. Outro objetivo foi também obter um doce em massa de goiaba vermelha, yacon e acerola, com um maior teor em sólidos de frutas que um produto convencional. Foram realizadas três formulações para análise sensorial, sendo utilizado o teste de aceitação. Os doces em massa tiveram boas médias de aceitação sensorial, variando de ¿gostei ligeiramente¿ a ¿gostei moderadamente¿, diferindo entre si (p< 0,05) nos atributos cor, sabor e impressão global, e não apresentando diferença significativa no atributo aroma. A formulação preferida foi com 50% goiaba vermelha, 30% acerola e 20% yacon, processada em tratamento térmico contínuo. Os resultados da caracterização química (pH, acidez e atividade de água) e física (sinerese, cor e textura) dos doces em massa mostraram concordância com os trabalhos encontrados na literatura. Através da avaliação microbiológica o produto foi considerado como ¿comercialmente estéril¿, indicando que o tratamento térmico foi eficiente para manter a estabilidade microbiológica do produto / Abstract: Concern about the relation between diet and health has greatly increased recently, stimulating the consumption of healthy, nutritive and functional foods, preferably of reduced caloric value, containing potentially health-protecting nutrients. In addition to satisfying the basic nutritional and sensory requirements, these foods play a beneficial physiological role in decreasing the risks of chronic cardiovascular diseases, cancer and other diseases. A great variety of special purpose foods exist, those destined for low sugar diets being the most prominent. Thus modern industry faces the challenge of developing processes operating under mild time/temperature conditions so as to minimize alterations in color, flavor and nutritional quality. Based on this idea, the objective of this research was to concentrate the nutrients of red guava and yacon by osmotic dehydration and develop a reduced calorie solid preserve using the osmotically dehydrated fruits plus West Indian cherry by way of a continuous process. Initially the osmotic dehydration process was optimized using sorbitol and sucrose syrups. A complete factorial experimental design was used for these trials, varying the time, temperature and concentration of the osmotic solution, aiming at maximizing moisture loss and minimizing solids incorporation. Osmotic dehydration using sorbitol syrup resulted in moisture losses of from 35 to 43% and solids incorporation between 5.7 and 8% for red guava and moisture losses of from 53 to 55% for yacon with solids incorporation from 6.02 to 6.46%. The results showed that higher moisture losses were obtained using the sorbitol syrup than with the sucrose syrup, although the solids incorporation was also higher. However, in low calorie products this is irrelevant since sorbitol is frequently used in such products due to its low energy value of 2.4kcal/g as compared to 4kcal/g for sucrose. A further objective was to prepare a solid preserve from red guava, yacon and West Indian cherry containing higher fruit solids content than the conventional product. Three formulations were prepared for the sensory acceptance test. The three formulations received good mean scores for acceptance, varying from ¿liked slightly¿ to ¿liked moderately¿, with significant differences (p£0.05) amongst the three for the attributes of color, flavor and overall impression but with no significant difference for aroma. The most preferred formulation was that containing 50% red guava, 30% West Indian cherry and 20% yacon, processed by a continuous heat treatment. The results of the chemical (pH, acidity and water activity) and physical (syneresis, color and texture) characterizations agreed with those of similar studies reported in the literature. The microbiological evaluation showed the product to be commercially sterile, indicating that the heat treatment was efficient in maintaining the microbiological stability of the product / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

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: Roberto Herminio Moretti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos e Agricola / Made available in DSpace on 2018-07-20T00:53:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gloria_MariaBeatrizdeAbreu_M.pdf: 7775276 bytes, checksum: d5a76e445af39ce61ca60f1663287d67 (MD5) Previous issue date: 1982 / Resumo: A concentração de extrato de café por osmose inversa foi estudada a nlvel de laboratório, visando um melhor conhecimento do comportamentoe da qualidade do extrato de café assim concentrado. Extrato de café, fornecido por indústria de café solúvel a 200Brix, foi utilizado neste processo. Foram estudados os efeitos de pré-tratamento aplicado na matéria prima anterior ao processo de concentração quando se constatou ser de grande importância a filtração do extrato. Ensaios de concentraçãoforam efetuados em regime de recirculação variando-se: tipo de membrana (acetato de celulose e polieteramida), pressão e temperatura de operação. Taxas de concentração e permeação, foram analisadas em cada um dos experimentos realizados. Após cada operação, foram feitos testes de limpeza e higienização da membrana, verificando a eficiência de agente de limpeza e higienização quimicos. Os concentrados e permeados resultantes de cada experimento, com as variáveis acima estabelecidas,foram analisados quanto a Brix, pH, acidez, sólidos solúveis e sólidos totais, cinzas, ferro, potássio, magnésio, cálcio, sódio, cafeína, açúcares totais, viscosidade, cromatografia em fase gasosa dos aromas no espaço livre do recipiente com o extrato de café. O produto final foi submetido a avaliação sensorial com referência a sabor e preferência. A membrana de polieterarnida foi considerada melhor que a de acetato de celulose por possibilitar maior:remoção de água, rejeição de sólidos solúveis, resistência mecânica, pode ser usada numa faixa menos ampla de pH e temperatura o que permite melhores condições de sanificação. O extrato foi concentrado até 420Brix (pela membrana de polieteramida e suas qualidades sensoriais foram significativamentemenos danificadasquando comparado com extrato original. As condições ideais de operação foram consideradas: 56,25 kg/cm e temperatura de 12 C. Com o uso da osmose inversa, o uso de derivados de petróleo seria reduzido na indústria de café solúvel e energia elétrica seria então usada. Isto traz a boa chance da osmose inversa ser também um processo alternativo mais econômico, desde que não há mudança de fase da água. A agua é removida em seu estado liquido, o que exige menor gasto em calorias / Abstract: The eoneentration of eoffee extract hy reverse osmosis was studied in laboratory seale with the nurnose obtaininq better knowledge of its behavlor and quality. The Coffee extraet ( 209 Brix ), provioed by an Instant Coffee Industry, was used. The effeets of pre-treatrnents applied to the raw material prior to the eoneentration process were studied and filtration was observed to play an important role in the processo Coneentration assays were done by reeirculation systems where type of rnernbrane (cellulose acetate and polyeter arnioe- TFC) , pressure and ternperature were studied.Coneentration and perrneation rates were analyzed in each of the experiments performed.The resultinq eoneentrates and perrneates from eaeh experirnent were analyzed for: Brix, pU, total aCidity, soluble and total solids, ash, iron, potassiurn, magnesium, ealeiurn, sodium, eaffeine, total sugars, viseosity, volatiles by gas ehromatography. The eoneentrateo produet was sensorily evaluat ed with referenee to flavor and preferenee. The TFC mernbrane gave better results with respect to: water removal, soluble solids rejeetion, nechanieal resistanee, resistanee to pH and temperature ehanqes and sanitation eonditions. The extraet was concentrated up to 4?9 Drix, which 1mproved its quality and flavor. The ideal operatinq conditions were found to be: pressure of 800 psi and ternperature of l29C. By using reverse osnosis, the consumption petroleum derivatives in the Instant Coffee Industry will be reduced and electrical energy used instead. Reverse osmosis is also a more econonical alternative process because there is no water phase change. Water is removed in its liquid state, which reduces the heat energy required. / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

O presente trabalho avaliou o desempenho de um sistema de pré-tratamento para água do mar constituído por um filtro lento de areia, com uma etapa prévia de filtração por um filtro de discos. O sistema demonstrou eficiência na remoção de fatores causadores de fouling em membranas de osmose reversa, removendo aproximadamente 97% dos sólidos suspensos totais presentes na água bruta, e gerando um filtrado com turbidez entre 0.1 e 0.2 UNT. As concentrações de microrganismos e AOC, principais fatores causadores da formação de biofouling, foram ambas reduzidas em cerca de 90%. Em sistemas de dessalinização de água do mar por osmose reversa, o pré-tratamento da água de alimentação constitui a principal estratégia no controle da formação do biofouling, que é gerado pelo estabelecimento de biofilmes sobre a superfície da membrana. A formação de biofouling gera impacto no desempenho do processo de osmose reversa e nos custos de operação. / This study evaluated the performance of a pretreatment system for seawater comprising of a slow sand filter, with a preliminary stage of filtration by disc filtration system. The system proved to be efficient in removing factors causing fouling in reverse osmosis membranes removing around 97% of the total suspended solids present in the raw water, and yielding a filtrate with turbidity between 0.1 and 0.2 NTU. The bacterial concentrations and AOC, main factors causing biofouling formation, were both reduced by about 90%. In seawater reverse osmosis systems, pretreatment of the feeded water is the main strategy to control biofouling, which is formed by the establishment of biofilms on a membrane surface. The biofouling formation produces an impact in the performance of the reverse osmosis process and operating costs.

La filtration de molécules est un enjeu vital dans les domaines biomédicaux tels que la dialyse jusqu’à la production à grande échelle d’eau potable. Dans les dernières décennies, des matériaux nanoporeux ont permis des avancées significatives, mais s’appuient toujours sur une géométrie de type "passoire" où une membrane avec de petits trous permet la sélection des molécules cibles. Ceci entraîne notamment une diminution du transport à travers ces trous, et rend les procédés de séparation coûteux en énergie. Ici je développe plusieurs approches innovantes pour la filtration, inspirées par des filtres biologiques (les reins humains, les aquaporines). Je définis de nouveaux concepts pour la séparation, en m’appuyant sur des modèles simples. J’explore notamment des arrangements topologiques différents, mais aussi l’idée d’une passoire active, où la taille des trous peut par exemple varier dans le temps. Tous ces principes pourraient être implémentés à partir d’éléments existants et fournir des alternatives pour la dialyse ou le recyclage des eaux usées. Ces recherches amènent aussi des questions fondamentales originales en physique. En particulier, des grandeurs définies traditionnellement à l’équilibre comme la pression osmotique ou la perméabilité d’un pore ne sont pas bien définies quand le pore a des propriétés qui dépendent du temps. Pour autant, on imagine aisément qu’il est possible d’étendre ces concepts hors d’équilibre, et que cela aura de nombreuses conséquences pour la filtration, et même le pompage ionique. / Filtering specific molecules is a challenge faced for several vital needs: from biomedical applications like dialysis to the intensive production of clean water. The domain has been boosted over the last decades by the possibilities offered by nanoscale materials. Filtration is however always designed according to a sieving perspective: a membrane with small and properly decorated pores allows for the selection of the targeted molecules. This inevitably impedes the flux and transport, making separation processes costly in terms of energy. Here I investigate several innovative approaches to separation and filtration. I draw inspiration from biological systems (the human kidney, biological channels like aquaporins) and rationalize some new concepts for sieving, based on simple models. These approaches rely on different alternative strategies: either exploring new topologies or the idea of active sieving, with dynamically responsive channels and pores. All these principles could be readily mimicked using existing technologies to build artificial dialysis devices or alternatives for advanced water recycling. In a broader perspective, these approaches open fundamental questions in the fields of statistical physics and fluid dynamics. In particular, traditional in equilibrium quantities like osmotic pressure and permeability are not defined when the pore has an active component, yet one easily imagines that such concepts could be extended to these out-of equilibrium situations. This has numerous consequences on filtration and desalination, but also on ionic pumping and sorting.

En industrie de transformation laitière, 6.3 litres d’eau potable sont en moyenne nécessaires pour traiter 1 litre de lait. Au Québec cela correspond à l’utilisation de 13,6 millions de m³ d’eau par année pour le secteur de la transformation laitière soit 160,000 m³ d’eau en moyenne par usine. Cette consommation pourrait cependant être considérablement réduite si l’eau, principal constituant du lait (teneur moyenne de 88%), était valorisée à diverses fins dans les usines de transformation (eau potable, vapeur alimentaire, eau de rinçage, préparation de solution lavage). Il est connu que l’osmose inverse (OI) permet d’extraire une partie de l’eau des fluides laitiers. Des traitements physiques ou chimiques additionnels sont cependant nécessaires pour contrôler les qualités physico-chimiques et microbiologiques de l’eau en fonction des usages prévus en usine, mais également afin de se conformer aux exigences règlementaires. Ainsi, le présent projet visait à identifier les conditions de concentration par OI des fluides laitiers (lait, lactosérum, perméat d’ultrafiltration) qui permettent de générer différentes eaux de procédé tout en minimisant la consommation énergétique. Nos travaux visaient également à générer des données technico-économiques relativement à la production en interne d’eaux des procédés à partir de fluides laitiers convnetionnels en industrie soient le lait, le perméat d’ultrafiltration et le lactosérum issu de transformation fromagère. Les données expérimentales générées ont permis de démontrer que l’OI seule n’était pas suffisante pour générer de l’eau de procédé avec une conductivité acceptable pour la réutilisation, à savoir inférieure à 10μS/cm. Combiné au procédé de polissage, le processus de récupération d’eau atteint en revanche des performances de réduction de la conductivité supérieure à 99,9%. Sur l’ensemble des résultats générés, le scénario du perméat d’UF présentait les meilleures performances opératoires et économiques dans le cadre de l’étude pilote. En effet, du point de vue des performances générales de filtration, les flux de perméation, les besoins énergétiques et les coûts d’opération sont notamment dépendants de la complexité en matière de composition du fluide considéré. Le choix du fluide à partir duquel la récupération d’eau se fait doit cependant prendre en compte l’ensemble du procédé de transformation du lait afin d’améliorer au mieux l’éco-efficience des usines. / The processing of 1 liter of milk requires 6.3 liters of drinking water. As a consequence, in Quebec the dairy industry uses on average 13.6 million m³ of water per year, about 160,000 m³ of water per plant. As the milk contains mostly water (88%), drinking water consumption could be reduced if the cow water was valued in dairies, for instance reused as process water (as drinking water, heat transfer vector, rinsing, washing). Indeed most of the water contained in milk can be extracted by reverse osmosis (RO) processing. Depending on its final utilization, physical or chemical treatments are required to ensure the microbiological and chemical safety of the water, then to meet the quality requirements for the water reclaimed from milk. In this way, our project aimed at identifying the optimal conditions for concentration of dairy fluids (milk, whey, UF permeate) by RO to produce high-potential water for several purposes in the plant and minimize the energy use. Our work intent was also to generate technical and economic data relating to the processing of cow water. Experimental datas showed that a single RO step was not sufficient to produce process water winth an accepatable conductivity for reuse (<10μS/cm). However RO/polishing steps allowed to reach a 99.9% reduction of conductivity in the water produced. UF permeate sequence reached the best operating and economic performances at pilot scale. Indeed, overall filtration performances as permeation flux, energetic consumption and economic cost depended on the composition of the different fluids. The reclaiming and recycling water process from dairy fluids must take into account the overal dairy processing to improve the eco-efficiency in dairy plants.

La pré-concentration du lait par osmose inverse (OI) avant la fabrication fromagère présente plusieurs avantages en termes d’éco-efficience, dont l’obtention d’un perméat à faible charge polluante réutilisable comme eau de procédé et la réduction des coûts et gaz à effet de serre (GES) liés au transport du lait. Les fortes teneurs en lactose et minéraux des concentrés OI diminuent toutefois leur aptitude à la transformation fromagère, ce qui nécessite une correction des propriétés physicochimiques avant la coagulation. L’objectif du projet était d’optimiser l’utilisation des concentrés d’OI à différentes concentrations (5% à 11% de protéines) par l’ajustement du pH d’emprésurage. La cinétique de coagulation par la présure, la répartition des protéines et minéraux entre les phases soluble et colloïdale et la fabrication fromagère ont été étudiées sur des concentrés OI en comparaison à des concentrés d’ultrafiltration (UF). Les résultats ont montré qu’une augmentation de la concentration par OI induisait un ralentissement du mécanisme de coagulation, caractérisé par l’augmentation du temps de coagulation et de la vitesse de raffermissement du gel, laquelle plafonnait à des teneurs protéiques supérieures à 9%. La concentration par OI favorisait l’augmentation du calcium micellaire en comparaison avec les témoins d’UF. En fabrication fromagère, une hausse de la concentration par OI était associée à une augmentation du rendement, de l’humidité et de la composition en lactose des fromages. La diminution du pH d’emprésurage s’est avérée un important levier pour corriger les concentrés OI en favorisant une déminéralisation partielle des micelles de caséine et un meilleur égouttage des fromages, ainsi qu’en accélérant la coagulation. Les résultats obtenus ont démontré que les altérations physicochimiques augmentaient avec la concentration par OI et que l’acidification avant emprésurage s’avérait une étape essentielle. Des combinaisons pH-concentration qui facilitent l’utilisation des concentrés OI en fromagerie ont été ciblées après comparaison avec les concentrés UF. / Pre-concentration of cheese milk by reverse osmosis (RO) has several advantages, including obtaining a low-pollutant permeate reusable as process water and reducing costs as well as greenhouse gas (GHG) emissions related to milk transportation. However, high levels of lactose and salts content in RO concentrates impair their cheesemaking abilities. A correction of their physicochemical properties before coagulation is therefore needed. The objective of this work was to optimize the use of RO concentrates at different concentrations (5% to 11% protein content) for cheesemaking by renneting pH adjustment. Rennet-induced coagulation kinetics, salt partitioning and cheesemaking properties were compared to ultrafiltration (UF) concentrates. Results showed that concentration by RO induced an increase regarding the coagulation time and the maximal firming rate of the gel that reached a plateau at 9% protein content. Significant increases of micellar calcium as well as in yield, moisture and lactose content of cheese were also observed. Lowering the renneting pH was found to improve the cheesemaking properties of RO concentrates by promoting partial demineralisation of casein micelles, accelerating the coagulation kinetics and increasing curd drainage. The results obtained in this study demonstrated that physicochemical alterations increased with RO concentration and that acidification before renneting was an essential step. The data obtained makes it possible to target the concentration-pH combinations that improve the use of RO concentrates in cheesemaking in comparison to UF concentrates