Sorption of phenanthrene on agricultural soils

Polyaromatic hydrocarbon (PAH) sorption to soil is a key process deciding the transport and fate of PAH, and potential toxic impacts in the soil and groundwater ecosystems, for example in connection with atmospheric PAH deposition on soils. There are numerous studies on PAH sorption in relatively low organic porous media such as urban soils and groundwater sediments, but less attention has been given to cultivated soils. In this study, the phenanthrene partition coefficient, KD (liter per kilogram), was measured on 143 cultivated Danish soils (115 topsoils, 0–0.25-m soil depth and 28 subsoils, 0.25–1-m depth) by the single-point adsorption method. The organic carbon partition coefficient, KOC (liter per kilogram) for topsoils was found generally to fall between the KOC values estimated by the two most frequently used models for PAH partitioning, the Abdul et al. (Hazardous Waste & Hazardous Materials 4(3):211– 222, 1987) model and Karickhoff et al. (Water Research 13:241–248, 1979) model. A less-recognized model by Karickhoff (Chemosphere 10:833–846, 1981), yielding a KOC of 14,918 Lkg−1, closely corresponded to the average measured KOC value for the topsoils, and this model is therefore recommended for prediction of phenanthrene mobility in cultivated topsoils. For lower subsoils (0.25–1-m depth), the KOC values were closer to and mostly below the estimate by the Abdul et al. (Hazardous Waste & Hazardous Materials 4(3):211–222, 1987) model. This implies a different organic matter composition and higher PAH sorption strength in cultivated topsoils, likely due to management effects including more rapid carbon turnover. Finally, we applied the recent Dexter et al. (Geoderma 144:620–627, 2008) theorem, and calculated the complexed organic carbon and non-complexed organic carbon fractions (COC and NCOC, grams per gram). Multiple regression analyses showed that the NCOC-based phenanthrene partition coefficient (KNCOC) could be markedly higher than the COCbased partition coefficient (KCOC) for soils with a clay/OC ratio <10. This possibly higher PAH sorption affinity to the NCOC fraction needs further investigations to develop more realistic and accurate models for PAH mobility and effects in the environment, also with regard to colloid-facilitated PAH transport.

Viabilidade económica e energética do biodiesel produzido a partir de Chlorella vulgaris

Contemporaneamente o Homem depara-se com um dos grandes desafios que é o de efetivar a transição para um futuro sustentável. Assim, o setor da energia tem um papel fundamental neste processo de transição, com principal enfoque no setor dos automóveis, sendo este um setor que contribui com elevadas quantidades de gases de efeito estufa libertados para a atmosfera. Também a escassez dos recursos petrolíferos constitui um ponto fundamental no tema apresentado. Com a necessidade de combater esses problemas é que se tem vindo a tentar desenvolver combustíveis renováveis e neutros quanto às emissões. A primeira geração de biocombustíveis obtidos através de culturas agrícolas terrestres preenche em parte esses requisitos, porém, não atinge os valores da procura e ainda competem com a produção de alimentos. Daí o interesse na aposta de uma segunda geração de biocombustíveis produzidos de fontes que não pertencem à cadeia alimentar e são residuais mas, que mesmo assim não permitem satisfazer as necessidades de matériaprima. A terceira geração de biocombustíveis vem justamente responder a estas questões pois assenta em matérias-primas que não competem pela utilização do solo agrícola nem são usadas para fins alimentares, tendo produtividades areais substancialmente superiores às que as culturas convencionais ou biomassas residuais conseguem assegurar. A matéria prima de terceira geração são portanto as microalgas, cujas produtividades em biomassa são extremamente elevadas, para além de produtividades muito superiores em lípidos, hidratos de carbono e/ou outros produtos de valor elevado. No entanto, este tipo de produção de biocombustível ainda enfrenta alguns problemas técnicos que o tornam num processo dispendioso para competir economicamente com outros tipos de produção de biodiesel. Na linha do que foi dito anteriormente, este trabalho apresenta um estudo de viabilidade económica e energética do biodiesel produzido através da Chlorella vulgaris, apresentando as técnicas e resultados de cultivo da Chlorella vulgaris e posteriormente de produção do biodiesel através dos lípidos obtidos através da mesma. Para melhorar a colheita das microalgas, que é uma das fases mais dispendiosas, testou-se o aumento de pH e a adição de um floculante (Pax XL-10), sendo que o primeiro não permitiu obter resultados satisfatórios, enquanto o segundo permitiu obter resultados de rendimento na ordem dos 90%. Mesmo com a melhoria da etapa da colheita, o preço mínimo do biodiesel produzido a partir do óleo de Chlorella vulgaris, com as condições ótimas de cultivo e produtividades máximas encontradas na literatura, foi de 8,76 €/L, pois, na análise económica, o Pax XL-10 revelou-se extremamente caro para utilizar na floculação de microalgas para obtenção de um produto de baixo valor, como é o biodiesel. A não utilização da floculação reduz o preço do biodiesel para 7,85 €/L. O que se pode concluir deste trabalho é que face às técnicas utilizadas, a produção de biodiesel Chlorella vulgaris apenas, não é economicamente viável, pelo que para viabilizar a sustentabilidade do processo seria ainda necessário desenvolver mais esforços no sentido de otimizar a produção de biodiesel, eventualmente associando-a à produção de um outro biocombustível produzido a partir da biomassa extraída residual e/ou da recuperação de outros produtos de maior valor.

Assessment of groundwater contamination in an agricultural peri-urban area (NW Portugal): an integrated approach

The excessive use of pesticides and fertilisers in agriculture has generated a decrease in groundwater and surface water quality in many regions of the EU, constituting a hazard for human health and the environment. Besides, on-site sewage disposal is an important source of groundwater contamination in urban and peri-urban areas. The assessment of groundwater vulnerability to contamination is an important tool to fulfil the demands of EU Directives. The purpose of this study is to assess the groundwater vulnerability to contamination related mainly to agricultural activities in a peri-urban area (Vila do Conde, NW Portugal). The hydrogeological framework is characterised mainly by fissured granitic basement and sedimentary cover. Water samples were collected and analysed for temperature, pH, electrical conductivity, chloride, phosphate, nitrate and nitrite. An evaluation of groundwater vulnerability to contamination was applied (GOD-S, Pesticide DRASTIC-Fm, SINTACS and SI) and the potential nitrate contamination risk was assessed, both on a hydrogeological GIS-based mapping. A principal component analysis was performed to characterised patterns of relationship among groundwater contamination, vulnerability, and the hydrogeological setting assessed. Levels of nitrate above legislation limits were detected in 75 % of the samples analysed. Alluvia units showed the highest nitrate concentrations and also the highest vulnerability and risk. Nitrate contamination is a serious problem affecting groundwater, particularly shallow aquifers, especially due to agriculture activities, livestock and cesspools. GIS-based cartography provided an accurate way to improve knowledge on water circulation models and global functioning of local aquifer systems. Finally, this study highlights the adequacy of an integrated approach, combining hydrogeochemical data, vulnerability assessments and multivariate analysis, to understand groundwater processes in peri-urban areas.