Nanoparticles based Permeable Reactive Barriers as an Eco-efficient Technology for nitrate remediation in soil and groundwater

The need to increase agricultural yield led, among others, to an increase in the consumption of nitrogen based fertilizers. As a consequence, there are excessive concentrations of nitrates, the most abundant of the reactive nitrogen (Nr) species, in several areas of the world. The demographic changes and projected population growth for the next decades, and the economic shifts which are already shaping the near future are powerful drivers for a further intensification in the use of fertilizers, with a predicted increase of the nitrogen loads in soils. Nitrate easily diffuses in the subsurface environments, portraying high mobility in soils. Moreover, the presence of high nitrate loads in water has the potential to cause an array of health dysfunctions, such as methemoglobinemia and several cancers. Permeable Reactive Barriers (PRB) placed strategically relatively to the nitrate source constitute an effective technology to tackle nitrate pollution. Ergo, PRB avoid various adverse impacts resulting from the displacement of reactive nitrogen downstream along water bodies. A four stages literature review was carried out in 34 databases. Initially, a set of pertinent key words were identified to perform the initial databases searches. Then, the synonyms of those initial key words were used to carry out a second set of databases searches. The third stage comprised the identification of other additional relevant terms from the research papers identified in the previous two stages. Again, databases searches were performed with this third set of key words. The final step consisted of the identification of relevant papers from the bibliography of the relevant papers identified in the previous three stages of the literature review process. The set of papers identified as relevant for in-depth analysis were assessed considering a set of relevant characterization variables.

Permeable Reactive Barriers using nanoparticles to remediate nitrate pollution

Nitrat e (NO3 - ) i s per vasi ve i n t he bi ospher e[ 1, 2]. Cont emporar y agri cult ural pr acti ces are a mong t he maj or ant hr opogeni c sources of r eacti ve nitrogen speci es, wher e nitrat ei s t he most abundant of t hese [ 2]. Excessi ve a mount s of r eacti ve nitrogen i n soil s and gr oundwat er ar e creati ng si gnifi cant t hr eat s t o hu man healt h and saf et y [ 3] as well as a host of undesirabl e environment al i mpact s [ 2]; it i s curr ently consi der ed t he second most r el evant environment al i ssue, aft er car bon di oxide e mi ssi ons. Nowadays, a mong t he most r el evant and pr omi si ng appr oaches t o r educe nitrat e concentrati on i n wat er, na mel y gr oundwat er, ar e denitrifi cati on- based pr ocesses [ 4]. Per meabl e r eacti ve barri ers ( PRB) have been pr oven eff ecti ve i n r educi ng vari ous cont ami nant s i n copi ous a mount s, parti cul arl y i n shall ow gr oundwat er [ 5]. However t he possi bl e added eff ecti veness of usi ng nanoparti cl es i n t hese structur es t o obt ai n nitrogen gas from nitrat es requires f urt her i nvesti gati on.

Nanosized iron based permeable reactive barriers for nitrate removal - Systematic review

It is unquestionable that an effective decision concerning the usage of a certain environmental clean-up technology should be conveniently supported. Significant amount of scientific work focussing on the reduction of nitrate concentration in drinking water by both metallic iron and nanomaterials and their usage in permeable reactive barriers has been worldwide published over the last two decades. This work aims to present in a systematic review of the most relevant research done on the removal of nitrate from groundwater using nanosized iron based permeable reactive barriers. The research was based on scientific papers published between 2004 and June 2014. It was performed using 16 combinations of keywords in 34 databases, according to PRISMA statement guidelines. Independent reviewers validated the selection criteria. From the 4161 records filtered, 45 met the selection criteria and were selected to be included in this review. This study's outcomes show that the permeable reactive barriers are, indeed, a suitable technology for denitrification and with good performance record but the long-term impact of the use of nanosized zero valent iron in this remediation process, in both on the environment and on the human health, is far to be conveniently known. As a consequence, further work is required on this matter, so that nanosized iron based permeable reactive barriers for the removal of nitrate from drinking water can be genuinely considered an eco-efficient technology.

Estudo do tratamento de águas contaminadas com tricloroetileno, usando ferro zerovalente

A tecnologia de barreiras reactivas é uma alternativa possível de ser implementada para tratamento de águas contaminadas com compostos organoclorados, nomeadamente o tricloroetileno (TCE). O recurso a ferro zerovalente (Fe0) como meio reactivo tem na actualidade inúmeras aplicações, tratando-se de uma reacção de desalogenação por mecanismo de oxidação-redução. Neste trabalho fizeram-se estudos em batch da reacção entre o Fe0 e o TCE de forma a conhecer os parâmetros cinéticos. A natureza e a área da superfície do ferro provaram ser determinantes na velocidade da reacção. Foi possível verificar que para o sistema ferro comercial / TCE a ordem da reacção é inferior a um, e a constante cinética da ordem de 10-2 Lm-2h-1. Para simular uma barreira reactiva, projectaram-se e construíram-se colunas, as quais foram cheias com areia e ferro depois de devidamente misturados, uma vez que se tratou da disposição a que corresponderam melhores eficiências de redução do TCE. Não foi possível estabelecer o mecanismo da reacção, nem conhecer os parâmetros cinéticos, pelas dificuldades experimentais encontradas na análise do TCE e pelo facto de se tratar de uma reacção muito lenta. A cromatografia gasosa com detector de ionização de chama provou ser o método mais apropriado para doseamento do TCE em águas contaminadas, nas condições usadas neste estudo. A elevada volatilização do TCE e a baixa solubilidade em água contribuíram para as dificuldades operacionais encontradas.

Heterogeneous kinetics of the reduction of chromium (VI) by elemental iron

Zero valent iron (ZVI) has been extensively used as a reactive medium for the reduction of Cr(VI) to Cr(III) in reactive permeable barriers. The kinetic rate depends strongly on the superficial oxidation of the iron particles used and the preliminary washing of ZVI increases the rate. The reaction has been primarily modelled using a pseudo-first-order kinetics which is inappropriate for a heterogeneous reaction. We assumed a shrinking particle type model where the kinetic rate is proportional to the available iron surface area, to the initial volume of solution and to the chromium concentration raised to a power ˛ which is the order of the chemical reaction occurring at surface. We assumed α= 2/3 based on the likeness to the shrinking particle models with spherical symmetry. Kinetics studies were performed in order to evaluate the suitability of this approach. The influence of the following parameters was experimentally studied: initial available surface area, chromium concentration, temperature and pH. The assumed order for the reaction was confirmed. In addition, the rate constant was calculated from data obtained in different operating conditions. Digital pictures of iron balls were periodically taken and the image treatment allowed for establishing the time evolution of their size distribution.

“Papel dos recetores purinérgicos no crescimento e temodelação do tecido cavernoso”

A adenosina é um nucleósido ubíquo envolvido na regulação de controlo do tónus vascular do tecido cavernoso, desempenhando um papel importante na fisiopatologia da Disfunção Erétil (DE) resistente aos fármacos relaxantes musculares clássicos. Apesar da importância comprovada dos recetores da adenosina na fisiopatologia da DE no homem, pouca informação é conhecida no que diz respeito à expressão e localização dos recetores purinérgicos no Tecido Cavernoso de Ratazana (TCR). Neste trabalho avaliou-se o fenótipo dos recetores purinérgicos responsáveis pela regulação do tónus do tecido erétil de ratazana por imunofluorescência indireta aplicada à microscopia confocal em co-culturas de células endoteliais e musculares lisas do TCR. Para além da caracterização imunofenotípica, desenvolveu-se uma técnica que permite diferenciar funcionalmente em tempo real (por microscopia confocal funcional) células musculares lisas e células endoteliais isoladas de TCR em co-cultura marcadas com a sonda fluorescente Fluo-4NW. Esta técnica permite distinguir cada um dos subtipos celulares mediante o padrão e a magnitude das oscilações dos níveis intracelulares de Ca2+ ([Ca2+]i) em resposta ao ATP (agonista P2) e à fenilefrina (PE, agonista α-adrenérgico). Nas células musculares lisas, observou-se uma resposta mais acentuada ao agonista α-adrenérgico, PE, e uma resposta menos significativa ao ATP. O contrário foi observado relativamente às células endoteliais. A incubação das células musculares lisas e endoteliais com ATP (300 μM) causou um aumento dos níveis de [Ca2+]i. O efeito do ATP (300 μM) parece envolver a ativação de recetores dos subtipos P2X1 e P2X3 sensíveis ao bloqueio com NF023 (3μM) e A317491 (100 nM), respetivamente. Já o aumento dos níveis [Ca2+]i produzido pelo ADP (300 μM) parece envolver a ativação de recetores P2Y1, P2Y12 e P2Y13 mediante o antagonismo produzido pelos antagonistas MRS 2179 (0,3μM), AR-C66096 (0,1 μM) e MRS 2211 (10μM), respetivamente. Os dois tipos celulares expressam imunorreatividade contra recetores A2A, A2B, P2X1, P2X3, P2Y1, P2Y12 e P2Y13.

Dimensionamento de lajes aligeiradas betonadas "in situ"

A conjuntura económica da construção não se encontra numa fase de prosperidade, existindo a necessidade de criar soluções construtivas que permitam a redução de custos dos materiais a nível de obra. As lajes de betão armado, devido à sua grande área de implantação, possuem uma parcela importante no orçamento final de qualquer obra de edifícios correntes. Sabendo das possibilidades de aligeiramento de lajes, torna-se necessária a realização de um estudo pormenorizado e comparativo entre soluções de aligeiramento. O desenvolvimento deste relatório reflete todo o trabalho efetuado durante a realização de um estágio curricular desenvolvido na empresa FercaNorte – Estruturas, Lajes e Cofragens, Lda. e foca-se num dimensionamento e estudo comparativo de soluções de lajes fungiformes aligeiradas, aplicadas a dois casos de estudo e também num dimensionamento e estudo comparativo de soluções de lajes aligeiradas unidirecionais mas apenas aplicadas a um caso de estudo. No primeiro caso de estudo, laje fungiforme com um vão de 6 metros nas duas direções, são dimensionadas e comparadas quatro soluções: laje fungiforme maciça; laje fungiforme aligeirada com blocos elipsoides perdidos dispostos de forma ortogonal e envolvidos totalmente por betão; laje fungiforme aligeirada com blocos elipsoides perdidos dispostos em formato de favo de mel e envolvidos totalmente por betão; e laje fungiforme nervurada com moldes recuperáveis. No segundo caso de estudo, laje fungiforme com um vão de 7,04 metros nas duas direções, são dimensionadas e comparadas cinco soluções: laje fungiforme maciça, laje fungiforme aligeirada com blocos cúbicos perdidos dispostos de forma ortogonal e envolvidos totalmente por betão; laje fungiforme aligeirada, com blocos elipsoides perdidos dispostos de forma ortogonal e envolvidos totalmente por betão; laje fungiforme aligeirada com blocos elipsoides perdidos dispostos em formato de favo de mel e envolvidos totalmente por betão; e laje fungiforme nervurada com moldes recuperáveis. No terceiro caso de estudo, laje unidirecional com um vão de 8 metros apoiada em vigas com vão de 5 metros, são dimensionadas e comparadas três soluções: laje maciça; laje aligeirada com perfis tubulares com secção transversal reta oval; e laje nervurada com moldes recuperáveis. No final é apresentada uma estimativa orçamental para cada solução analisada nos três casos de estudo abordados.