Abstract The quality of water used by a population is directly proportional to the efficiency of its treatment. Mathematical modeling appears in this context as a tool for optimizing processes in order to make them more efficient, economical and sustainable. This work analyzed and compared the effectiveness of phenomenological mathematical models used in flocculation kinetics in water treatment. The results were obtained by comparing the Argaman and Kaufman Model with the Bratby Method; the Aggregation and Rupture Equation Method - MEAR; and the Method of the First Partial Derivative in Relation to the Velocity Gradient in Flocculation - MPDPG and a model that includes a new term (KC) that contemplates a supposed process of irreversibility of floc. The mathematical modeling was validated and compared with experimental data. The coefficients of the models and methods were obtained using the Excel® solver® tool using spreadsheets from the same application. It was possible to identify that the Bratby Method, which obtained an average deviation of the order of 30%, was the least efficient, while the MEAR and MPDPG Methods, which obtained about 18% of average deviation and the Kc Model with a deviation of the order of 19%, proved to be efficient in describing the experimental data used. treatment sustainable KC (KC floc Excel solver application 30 30% Methods 18 19 19% 3 1

Resumo A qualidade da água utilizada por uma população é diretamente proporcional à eficiência de seu tratamento. A modelagem matemática surge nesse contexto como uma ferramenta para otimização dos processos com o intuito de torná-los mais eficientes, econômicos e sustentáveis. Este trabalho teve por objetivo analisar e comparar a eficácia dos modelos matemáticos fenomenológicos utilizados na cinética de floculação no tratamento de água. Os resultados foram obtidos por meio de uma comparação do modelo de Argaman e Kaufman com os métodos de Bratby; o Método da Equação de Agregação e Ruptura - MEAR; e o Método da Primeira Derivada Parcial em Relação ao Gradiente de Velocidade na Floculação - MPDPG e um modelo que inclui um novo termo que contempla um suposto processo de irreversibilidade dos flocos (KC). A modelação matemática foi validada e comparada com dados experimentais. Os coeficientes dos modelos e métodos foram obtidos utilizando a ferramenta solver® do Excel® com o uso de planilhas eletrônicas do mesmo aplicativo. Foi possível identificar que o método de Bratby, que obteve um desvio médio da ordem de 30%, mostrou-se o de menor eficácia, ao passo os métodos MEAR e MPDPG, que obtiveram cerca de 18% de desvio médio e o modelo KC com um desvio da ordem de 19%, mostraram-se eficientes em descrever os dados experimentais utilizados. tornálos torná los sustentáveis Bratby KC. . (KC) solver Excel aplicativo 30 30% mostrouse mostrou se 18 19 19% mostraramse mostraram (KC 3 1

Abstract Anthropic activities have been causing serious impacts in aquatic environments, deteriorating the quality of the waters. Superficial springs with excess of nutrients, rich in compounds of phosphor and nitrogen, may induce blooms of algae and cyanobacteria, hard to be removed in the treatment of water. Such microscopic particles, e.g. Microcystis spp., are named biocolloids. This work propose to apply the mathematical modelling by the extended colloidal XDLVO theory (Extended Derjarguin-Landau-Verwey-Overbeek) for coagulation and gravel upflow filtration (GUF) and sand downflow rapid filtration (SDRF) to the technology of double filtration applied to study water containing Microcystis spp. The XDLVO theory has been shown to be efficient at evaluating the behavior of the colloidal particles as a function of the separation distance, making apparent how the intermolecular and surface forces act: acid-base interaction (AB), Lifshitz-Vander Walls (vdW), double electric layer (DEL) and Born repulsion forces. Such forces that act in this colloidal system formed by Microcystis spp. were analyzed in terms of their mutual interaction and their interaction with porous environments in double filtration at the stable thermodynamic situations (pre-coagulation) and at unstabilized by the chemical coagulation. The raw water energetic barrier of repulsion and after the sand downflow rapid filtration gave an average decreasing of about 90% in absolute values. waters nutrients nitrogen cyanobacteria eg e g e.g spp biocolloids Extended DerjarguinLandauVerweyOverbeek Derjarguin Landau Verwey Overbeek Derjarguin-Landau-Verwey-Overbeek GUF (GUF SDRF (SDRF distance acidbase acid base AB, AB , (AB) LifshitzVander Lifshitz Vander vdW, vdW (vdW) DEL (DEL precoagulation pre (pre-coagulation 90 values (AB (vdW 9

Resumo Poluição ambiental é uma preocupação mundial, especialmente causada por despejos de esgotos nos coleção hídrica. Diversas substâncias compõem os despejos e resíduos industriais e esgotos domésticos. Os surfactantes destacam-se por serem amplamente usados tanto industrialmente como domesticamente. O consumo de detergentes e diversos tipos de tensoativos foi incrementado durante o período de pandemia da Covid-19, fato observado nos teores de surfactantes no efluente das Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) - Vila City entre 21 e 39 mg L-1 neste período de tempo. Este trabalho avaliou as concentrações de surfactantes em diferentes etapas da ETE da Vila City, na cidade de Paranavaí, PR.- Brasil. Além disso, propôs-se a utilização de um pós-tratamento por filtração/adsorção por carvão ativado produzido a partir da borra de café na remoção complementar dos surfactantes. Foram confeccionadas colunas de adsorção com meio filtrante de areia e carvão em escala piloto e realizados ensaios de filtração/adsorção simulando filtração lenta com taxas de aproximadamente 15 m3 m-2 dia-1. Os parâmetros utilizados na avaliação da eficiência nos ensaios em escala piloto foram: turbidez e surfactantes. Obteve-se como resultado, as remoções das concentrações de surfactantes de cerca de 9% e 7% no reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF) e no tratamento secundário na ETE, respectivamente. No pós-tratamento proposto em ensaios de filtração/adsorção em escala piloto obteve-se uma redução de aproximadamente 94% de turbidez (uT) e de 95% de surfactantes, respectivamente.

Abstract Environmental pollution is a worldwide concern, especially when caused by sewage dumping into water bodies. Many substances are present in industrial or domestic wastewater, causing contamination in superficial water collection. Surfactants stand out for being widely used both industrially and domestically. The use of detergents and many types of surfactants was increased during the Covid-19 pandemic period, a fact observed in the levels in the effluent sample analysis from a Sewage Treatment Plant (STP) - Vila City around 21 and 39 mg L-1 in this period. This work evaluated the surfactant concentrations in the primary and secondary treatment units of the Vila City STP, in the city of Paranavaí-PR.-Brazil. In addition, the use of a post-treatment by slow sand filtration and adsorption by activated carbon produced from spent coffee grounds in the complementary removal of surfactants was proposed. A mixed bed with sand and activated carbon columns was made on a pilot scale, and filtration/adsorption runs were performed simulating slow filtration with rates of approximately 15 m3 m-2 day-1. The parameters used for the efficiency removal evaluation in a pilot plant run were: turbidity (NTU) and surfactant concentrations. The removal of surfactant concentrations was about 9% and 7% in the Upflow Anaerobic Sludge Bed reactors (UASB-RALF) and in the secondary treatment, respectively, at the STP - Vila City units. In the post-treatment proposed by filtration/adsorption, bed columns on a pilot scale plant obtained a reduction of approximately 94% in terms of turbidity (NTU) and 95% in terms of surfactant removal.

Este trabalho utilizou a teoria coloidal para descrever o comportamento físico pelo balanço de forças e balanço de energia de complexos coloidais na água bruta e daqueles formados durante a filtração direta em escoamento ascendente. Nele são descritos os perfis de energia de interação entre as superfícies dos colóides para três geometrias: esférica, plana e cilíndrica; e quatro arranjos de interação entre as superfícies: dois cilindros, dois planos, duas esferas e uma esfera e um plano. Duas situações foram analisadas, antes e após a desestabilização eletrostática pela ação de sulfato de alumínio em águas de estudo contendo caulinita, utilizando-se a modelação e análise pela teoria DLVO (das iniciais de Derjarguin-Landau-Verwey-Overbeek) modificada, ou XDLVO, que inclui à abordagem tradicional das forças da dupla camada elétrica (DCE), forças de atração de superfície ou London-van der Waals (LvdW), forças estéricas, força hidrofóbica e forças de outras origens no cálculo do balanço de forças, a saber: repulsão molecular, denominada repulsão de Born, e a força oriunda das funções químicas ácido e Base (AB) de Lewis.

This work used the colloidal theory to describe forces and energy interactions of colloidal complexes in the water and those formed during filtration run in direct filtration. Many interactions of particle energy profiles between colloidal surfaces for three geometries are presented here in: spherical, plate and cylindrical; and four surface interactions arrangements: two cylinders, two spheres, two plates and a sphere and a plate. Two different situations were analyzed, before and after electrostatic destabilization by action of the alum sulfate as coagulant in water studies samples prepared with kaolin. In the case were used mathematical modeling by extended DLVO theory (from the names: Derjarguin-Landau-Verwey-Overbeek) or XDLVO, which include traditional approach of the electric double layer (EDL), surfaces attraction forces or London-van der Waals (LvdW), esteric forces and hydrophobic forces, additionally considering another forces in colloidal system, like molecular repulsion or Born Repulsion and Acid-Base (AB) chemical function forces from Lewis.

Compreender e quantificar os mecanismos relacionados à perda de carga e à remoção de partículas em um meio filtrante granular é de importância fundamental para o estudo do processo da filtração. Este trabalho apresenta o desenvolvimento dos modelos de perda de carga na filtração em meios porosos e a proposição da modelação matemática semiempírica da perda de carga para meios filtrantes limpos e do desenvolvimento do perfil de perda de carga ao longo do tempo de filtração a partir da equação de Ergun. Objetivou-se a determinação dos valores das constantes da equação de Ergun para meio granular de areia grossa e pedregulho. Alguns exemplos de aplicação dessa modelação matemática são também apresentados e discutidos pelos autores com base em dados experimentais obtidos em uma estação piloto de dupla filtração.

To understand and to quantify the head loss due to the particles removal in a porous medium has primary importance to filtration process study. This paper presents the development of the models of head loss used in the filtration in porous media and proposes a mathematical semi-empiric model for head loss in clean beds and head loss increasing profile during the filtration run length, by means of the Ergun equation. The goal was the determination of Ergun’s equation coefficients for granular material constituted of coarse sand and gravel. Examples of application of these mathematical modeling are also presented and discussed by the authors based on experimental data obtained in a double filtration pilot plant.

A utilização de um modelo matemático permite a obtenção de condições otimizadas de operação, o que conduz à melhoria do controle e da previsão do processo de filtração. Os modelos matemáticos descrevem o processo de filtração através dos mecanismos de remoção de partículas que ocorre no meio filtrante. Este trabalho propõe a modelação matemática baseada nos modelos que descrevem macroscopicamente o processo de filtração e que incluem, por exemplo, o mecanismo de desprendimento de partículas do meio filtrante e a alteração da porosidade do material retido durante a filtração. O modelo desenvolvido foi adaptado para a aplicação à filtração direta ascendente em material granular de areia grossa inserido no processo de dupla filtração.

The use of a mathematical model allows optimization of the operation conditions, what drives to the improvement of the control and predicting of the filtration process. The mathematical models describe the filtration process through the mechanisms of removal of particles that it happens in the porous media. This work proposes the mathematical modeling based on the models that describe macroscopically the filtration process and that they include, for example, the mechanism of particles detachment from porous media and the alteration of the porosity of retained particles during the filtration. The model developed out adapted for the application to the up flow direct filtration in material to granulate of thick sand inserted in the process of double filtration.

OBJETIVO: Exposições a altos níveis do gás radioativo radônio podem causar câncer de pulmão e, conseqüentemente, o conhecimento da concentração deste gás em ambientes internos é importante, do ponto de vista de proteção radiológica, para a população de um modo geral. Neste trabalho realizaram-se monitorações passiva e integrada de radônio em alguns tipos de ambientes fechados na região da Baixada Santista, SP, tais como túneis, galpão de fertilizantes, "shopping center", lojas de cerâmica e residências, com o objetivo de se avaliar os níveis de concentração existentes nestes locais. MATERIAIS E MÉTODOS: As medidas de concentração de radônio foram realizadas utilizando a técnica do registro de traços de partículas alfa em folhas plásticas de Makrofol E, na geometria de copo fechado ("cup method"). RESULTADOS: Os teores de radônio encontrados nos ambientes internos estudados neste trabalho variaram entre 17 e 263 Bq/m³, em razoável acordo com os valores divulgados na literatura por outros autores para ambientes similares. CONCLUSÃO: De modo geral, os resultados obtidos estão abaixo dos limites máximos recomendados pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP), não necessitando, portanto, que sejam implementadas ações de intervenção nos locais estudados.

OBJECTIVE: Exposure to high levels of radioactive radon gas can cause lung cancer, therefore, it is important to measure the concentration levels of this gas in indoor environments in order to provide radiological protection for the general population. In this study, passive and time-integrated radon monitoring was performed in different types of indoor environments in Baixada Santista, São Paulo, Brazil including tunnels, fertilizer shops, shopping malls, ceramics shops and houses to evaluate the actual radon levels in these locations. MATERIALS AND METHODS: Radon concentration measurements were performed using the alpha particle track registration technique in plastic foils of Makrofol E, employing the closed cup method. RESULTS: Concentration levels of radon measured in the indoor environments studied ranged from 17 to 263 Bq/m³, which is in accordance with the values reported in the literature by other authors for similar environments. CONCLUSION: In general, the results obtained were below the maximum limits recommended by the International Commission on Radiological Protection (ICRP) and thus, intervention actions for the these locations were not necessary.

A metodologia encontrada na literatura para a otimização do gradiente de velocidade médio em reatores de mistura completa, com câmaras em série de escoamento contínuo, a partir de ensaios em reator estático tipo jarteste, baseia-se em modelos matemáticos que descrevem a cinética dos encontros entre partículas durante a floculação. Considerando-se que a aplicabilidade desta metodologia tem-se revelado inconsistente, como observado por diversos autores, este trabalho propõe uma metodologia racional para utilizar e otimizar os dados experimentais obtidos em reatores estáticos e, utilizando modelos matemáticos, obter dados para o projeto de floculadores mecanizados em série em estações de tratamento de água.

The existing methodology in the literature to optimize the velocity gradients in continuous flow completely mixed reactors using batch test data (static reactors) is based on mathematical models that describe the flocculation kinetics. Since this methodology has been shown to be inconsistent, as observed by several researchers, this work was carried out in order to propose a rational methodology to optimize the static reactors experimental data to obtain the design parameters of mechanized flocculation systems for water treatment plants.