Nas indústrias de celulose e papel, a redução no consumo de água é uma preocupação constante. Uma das formas de reduzir este consumo consiste no fechamento dos circuitos de água da fábrica. O fechamento de circuitos pode ser feito através reutilização dos efluentes setoriais do processo produtivo. Em fábricas de celulose e papel integradas, uma das principais fontes de efluente setorial é a água branca das máquinas de papel. Este trabalho apresenta um estudo da viabilidade técnica da reciclagem da água branca proveniente de uma fábrica de celulose kraft integrada, no processo produtivo. Foram testadas sete diferentes amostras de água branca. A reciclagem deste efluente setorial foi avaliada após um tratamento utilizando ultrafiltração com membranas poliméricas. A capacidade de remoção de contaminantes pelas membranas foi avaliada por meio de análises físico-químicas e o comportamento de fluxo foi descrito para cada efluente estudado. Discutiu-se sobre a reutilização dos efluentes tratados nas máquinas de papel e as possíveis conseqüências deste procedimento no processo fabril e na qualidade do produto final, com base na caracterização físico-química dos efluentes tratados. O tratamento de ultrafiltração removeu 100% dos sólidos em suspensão e acima de 84% da turbidez em todas as águas brancas tratadas . No entanto, como esperado, o tratamento não removeu a porção solúvel presente na água branca. Para se obter a remoção de cálcio, por se tratar de um elemento com grande potencial de formação de depósitos, montou-se um processo combinado de remoção do cálcio através da precipitação química pela elevação do pH, seguida de ultrafiltração. Este processo se mostrou bastante eficiente na remoção do cálcio para valores de pH superiores a 10. Testes laboratoriais de reutilização da água branca bruta, água branca ultrafiltrada e água branca ultrafiltrada de baixa dureza no último estágio da seqüência de branqueamento OD0EopD1P foram realizados, sendo comparados às simulações com água fresca. Após os testes, foram avaliados os parâmetros de qualidade da polpa e do filtrado. Verificou-se que a branqueabilidade da polpa não foi alterada pela reutilização das diferentes águas brancas como água de processo no estágio de peroxidação. Os filtrados apresentaram variações quanto ao teor de íons cálcio, sendo que o potencial de incrustação dos filtrados do branqueamento com águas brancas bruta e ultrafiltrada foi significativo segundo a interpretação do coeficiente de solubilidade do carbonato de cálcio. Verificou-se que o tratamento de ultrafiltração com membranas é tecnicamente viável, considerando-se que as águas brancas testadas não possuem potencial de entupimento de membranas rigoroso durante três dias de ultrafiltração. A reciclagem de água branca no branqueamento é viável após precipitação química e ultrafiltração combinadas, pela redução da tendência de formação de incrustações no processo. Esta combinação de tecnologias apresenta-se atrativa e inovadora para a aplicação na indústria de celulose e papel. Houve ganho de refinabilidade, em virtude de um menor consumo de energia para o refino da polpa proveniente do estágio de peroxidação com água branca ultrafiltrada de baixa dureza. As propriedades fisico-mecânicas e ópticas do papel não foram afetadas significativamente em todas as amostras analisadas. A confirmação dos testes laboratoriais deve ser realizada em trabalhos futuros em escala piloto ou industrial. | In the pulp and paper industry, the water use minimization is becoming an important issue. One way to reduce the water consumption is to reuse effluent such as in a closed-cycle concept. The possible reuse of segregated effluents is more attractive than the reuse of the end-of-pipe final effluent. Effluent originated from specific mill sites might have adequate quality to be recycled; otherwise it would be treated in a less costly manner. In paper mills, the main source of effluent is the so-called whitewater. The present work studied the viability of paper mill whitewater reuse in different areas of an integrated bleached kraft pulp mill after membrane ultrafiltration. The contaminant removal was evaluated and flux behavior was studied. The several types of whitewater from different paper mills did not show rigorous membrane fouling potential. The main potential process and product quality problems due to the reuse of treated whitewater in the paper mills were discussed. Ultrafiltration removed 100% of the suspended solids and more than 90% of turbidity but, as expected, did not remove the soluble components of the whitewater. One of the potential problems related to the formation of deposits is the calcium content present in the whitewater. In order to remove calcium, a process was proposed consisting of precipitation by pH increase followed by ultrafiltration. Excellent calcium removal was obtained at pH 10. The reuse of whitewater, ultrafiltered whitewater and low hardness ultrafiltered whitewater was tested in the last bleaching P-stage and compared with the use of fresh water. Bleachability of pulp remained the same in all simulations. The scale-forming potentials on bleaching filtrates were determined and evaluated. Water reuse in bleaching was possible through combined treatment of hardness removal and ultrafiltration of whitewater. This combination is attractive and innovative to be applied in the pulp and paper industry. Saves on the refining energy consumption were found on pulp from the low hardness ultrafiltered whitewater simulations. Optical and mechanical properties were not affected by water reuse in all analyzed samples. Further studies should be done in pilot or industrial scales to confirm laboratorial behavior.

Membrane-based technologies, such as micro (MF), ultra (UF) and nanofiltration (NF), have been widely applied for water treatment applications; however, the limitations of pure polymeric membranes have encouraged the incorporation of inorganic nanomaterials to enhance their performance. Today, nanocomposite membranes have greatly increased the attention of researchers for different water treatment applications, e.g., water purification, wastewater treatment, removal of microorganisms, chemical compounds and heavy metals. To date, different types of nanomaterials have been incorporated into polymeric membranes, such as carbon nanotubes (CNT), zinc oxide (ZnO), graphene oxide (GO), titanium dioxide (TiO2), Ag and Cu-based nanoparticles, to mention just a few. Thereby, the aim of this paper is to show a brief overview about the effect on embedding these materials into polymeric membranes according to the recent literature inputs in the field of water treatment.

A utilização de membranas poliméricas para tratar água para fins potáveis é uma tecnologia que tem se tornado mais acessível economicamente ao longo do tempo. Seu emprego sem a necessidade de gastos com energia elétrica, usando apenas a gravidade, tem contribuído para as membranas serem atrativas para a aplicação em pequenas escalas, como tratamentos no ponto de uso, em áreas onde o acesso a água potável é limitado. O sistema de filtração por gravidade deste estudo tem como diferencial o estabelecimento e manutenção de uma camada de incrustação/biofilme na superfície da membrana. Assim, buscou-se avaliar o desempenho técnico do uso de membranas de microfiltração (MF) e ultrafiltração (UF), empregando diferentes condições de contorno, no tratamento de água subterrânea contaminada por microrganismos para consumo humano e validar os conceitos de operação e manutenção prescritos pela literatura. Para isto foram desenvolvidas duas fases experimentais. Na primeira (Sistema A) foi testado o efeito de diferentes pressões (0,5 m.c.a.; 0,7 m.c.a.; 1,0 m.c.a.) utilizando membrana de UF de 100 kDa por um período de 129 dias; enquanto na segunda (Sistema M) estudou-se diferentes tipos de membranas (UF de 30 kDa; UF de 100 kDa; MF de 0,2 µm) a uma carga hidráulica de 0,7 m.c.a. durante 73 dias. A água de alimentação foi composta por água de poço contaminada a 25% com efluente de decantador secundário. Nas últimas duas semanas de operação o Sistema M recebeu uma contaminação por carbendazim (CBZ), o qual é um defensivo agrícola. Os filtrados e água de alimentação foram analisados quanto aos parâmetros: carbono orgânico total (COT), UV254, pH, turbidez, oxigênio dissolvido, sólidos dissolvidos totais, coliformes totais, Escherichia coli, cor aparente, temperatura da água, alcalinidade, condutividade elétrica, ânions, cátions e concentração de CBZ. Também foram medidos o fluxo permeado e a resistência total da membrana gerados nos filtros. Os resultados foram comparados com normativas para a água potável. Os dois Sistemas (A e M) apresentaram estabilização do fluxo permeado após 7 a 9 dias do início da operação. O Sistema A registrou fluxo permeado médio, após sua estabilização, de 4,4 ± 0,2 L/m²h, 4,7 ± 0,3 L/m²h e 6,5 ± 0,4 L/m²h, e resistência total da membrana de 4,2x1012 1/m; 5,4x1012 1/m e 5,5x1012 1/m, para as alturas 0,5 m.c.a., 0,7 m.c.a. e 1,0 m.c.a., respectivamente. O Sistema M apresentou fluxo permeado médio, após sua estabilização, de 2,2 ± 0,1 L/m²h, 6,9 ± 0,2 L/m²h e 21,0 ± 1,5 L/m²h, sem a adição de CBZ, e 2,0 ± 0,02 L/m²h, 7,7 ± 0,3 L/m²h e 14,9 ± 1,5 L/m²h, após a inserção do CBZ, para as membranas de UF de 30 kDa, UF de 100 kDa e MF de 0,2 µm, respectivamente. As resistências totais das membranas antes do CBZ foram de 1,1x1013 1/m, 3,6x1012 1/m e 1,2x1012 1/m, e após o CBZ, de 1,2x1013 1/m, 3,2x1012 1/m e 1,7x1012 1/m para as membranas de UF de 30 kDa, UF de 100 kDa e MF de 0,2 µm, respectivamente. Durante toda a operação o pH manteve-se dentro de uma faixa média de 7,2 a 7,9. Os Sistemas apresentaram eficiência de remoção significativas e atendimento aos padrões de potabilidade para o parâmetro turbidez na maioria dos filtros, sendo as eficiências médias de 71,5%, 74,1% e 49,9% para as cargas hidráulicas de 0,5 m.c.a., 0,7 m.c.a. e 1,0 m.c.a., respectivamente e 71,2%, 88,0% e 88,8% para as membranas de UF de 30 kDa, UF de 100 kDa e MF de 0,2 µm, respectivamente. De forma geral, os Sistemas apresentaram elevadas eficiências médias de remoção de microrganismos, porém foi registrada com frequência presença de coliformes totais nas amostras filtradas. Na primeira fase, a cor aparente apresentou remoção significativa apenas para os filtros com alturas de 0,5 m.c.a. (67,8%) e 0,7 m.c.a. (71,0%), entretanto as concentrações sempre se mantiveram acima do estabelecido pela norma de potabilidade da água. Já na segunda fase, apenas em alguns momentos a concentração de cor aparente superou o estabelecido para o padrão de potabilidade e todos os filtros registraram eficiências de remoção relevantes, sendo 68,5% (UF de 30 kDa), 79,5% (UF de 100 kDa) e 80,2% (MF de 0,2 µm). A remoção de matéria orgânica dissolvida (UV254) foi considerável apenas para as membranas UF de 100 kDa (31,2%) e MF de 0,2 µm (34,5%) do Sistema M. O COT e os íons (cátions e ânions) não apresentaram boas remoção pelos Sistemas. Houve considerável eficiência de remoção de CBZ pelas membranas UF de 30 kDa (38,7%) e UF de 100 kDa (26,5%). Os melhores desempenhos no Sistema A foram das pressões 0,5 m.c.a. e 0,7 m.c.a., enquanto no Sistema M foi a membrana de MF de 0,2 µm. Ambos os Sistemas não receberam manutenção na membrana durante o período experimental e o desenvolvimento do biofilme contribuiu para a estabilidade da operação, permitindo a filtração a um valor constante sem degradação da qualidade da água. | The use of polymeric membranes to treat water for drinking purposes is a technology that has become more economically accessible over time. Its use without the need to spend on electricity, using only gravity, has contributed to the membranes being attractive for application on small scales, such as point-of-use treatments, in areas where access to drinking water is limited. The gravity-driven filtration system in this study has as its differential the establishment and maintenance of a fouling layer/biofilm on the membrane surface. Thus, it was sought to evaluate the technical performance of using microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) membranes, applying different boundary conditions, in the treatment of groundwater contaminated by microorganisms for human consumption and to validate the operating and maintenance concepts prescribed by the literature. For this, two experimental phases were developed. In the first (System A) the effect of different pressures (0.5 mWC; 0.7 mWC; 1.0 mWC) was tested using a 100 kDa UF membrane for a period of 129 days. While in the second (System M) different types of membranes were studied (30 kDa UF; 100 kDa UF; 0.2 µm MF) at a hydraulic load of 0.7 mWC during 73 days. The feed water consisted of well water contaminated with effluent from the secondary clarifier at a concentration of 25%. In the last two operating weeks, System M received contamination by carbendazim (CBZ), which is an agricultural defensive. The filtrates and feed water were analyzed for parameters: total organic carbon (TOC), UV254, pH, turbidity, dissolved oxygen, total dissolved solids, total coliforms, Escherichia coli, apparent color, water temperature, alkalinity, electrical conductivity, anions, cations and CBZ concentration. The permeate flux and total membrane resistance generated in the filters were also measured. The results were compared with regulations for drinking water. The two Systems (A and M) presented stabilization of the permeate flux after 7 to 9 days after the beginning of the operation. System A recorded average permeate flux, after stabilization, of 4.4 ± 0.2 L/m²h, 4.7 ± 0.3 L/m²h and 6.5 ± 0.4 L/m²h, and total membrane resistance of 4.2x1012 1/m; 5.4x1012 1/m and 5.5x1012 1/m, for hydraulic load 0.5 mWC, 0.7 mWC and 1.0 mWC, respectively. System M presented average permeate flux, after stabilization, of 2.2 ± 0.1 L/m²h, 6.9 ± 0.2 L/m²h and 21.0 ± 1.5 L/m²h, without the addition of CBZ, and 2.0 ± 0.02 L/m²h, 7.7 ± 0.3 L/m²h and 14.9 ± 1.5 L/m²h, after CBZ insertion, for 30 kDa UF, 100 kDa UF and 0.2 µm MF membranes, respectively. The total membrane resistances before the CBZ were 1.1x1013 1/m, 3.6x1012 1/m and 1.2x1012 1/m, and after the CBZ, 1.2x1013 1/m, 3.2x1012 1/m and 1.7x1012 1/m for the 30 kDa UF, 100 kDa UF and 0.2 µm MF membranes, respectively. During the entire operation, the pH was within an average range of 7.2 to 7.9. The Systems showed significant removal efficiency and compliance with potability standards for the turbidity parameter in most filters, with average efficiencies of 71.5%, 74.1% and 49.9% for hydraulic loads of 0.5 mca , 0.7 mca and 1.0 m.c.a., respectively, and 71.2%, 88.0% and 88.8% for the 30 kDa UF, 100 kDa UF and 0.2 µm MF membranes, respectively. In general, the Systems achieved high average efficiencies for removing microorganisms, but the presence of total coliforms was frequently recorded in the filtered samples. In the first phase, the apparent color showed significant removal only for filters with hydraulic loads of 0.5 mWC (67.8%) and 0.7 mWC (71.0%), however the concentrations always remained above the established by the drinking water standard. In the second phase, only in a few moments the apparent color concentration exceeded that established for the potability standard and all filters registered relevant removal efficiencies, being 68.5% (30 kDa UF), 79.5% (100 kDa UF) and 80.2% (0.2 µm MF). The removal of dissolved organic matter (UV254) was considerable only for the 100 kDa UF (31.2%) and the 0.2 µm MF (34.5%) membranes of System M. COT and ions (cations and anions) did not show good removal by the Systems. There was considerable CBZ removal efficiency by the 30 kDa UF (38.7%) and 100 kDa UF (26.5%) membranes. The best performances in System A were from 0.5 mWC and 0.7 mWC, whereas in System M it was the 0.2 µm MF membrane. Both Systems did not receive maintenance on the membrane during the experimental period and the development of the biofilm contributed to the stability of the operation, allowing the filtration at a constant value without degradation of water quality.