A titrimetric respirometer measuring the nitrifiable nitrogen in wastewater using in-sensor-experiment

Measurement of nitrifiable nitrogen contained in wastewater by combining the existing respirometric and titrimetric principles is reported. During an in-sensor-experiment using nitrifying activated sludge. both the dissolved oxygen (DO) and pH in the mixed liquor were measured, and the FH was controlled at a set-point through titration of base or acid. A combination of the oxygen uptake rate (OUR), which was obtained from the measured DO signal, and the titration data allowed calculation of the nitrifiable nitrogen and the short-term biological oxygen demand (BOD) of the wastewater sample that was initially added to the sludge. The calculation was based solely on stoichiometric relationships. The approach was preliminarily tested with two types of wastewaters using a prototype sensor. Good correlation was obtained. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Simultaneous nitrification, denitrification, and phosphorus removal in a lab-scale sequencing batch reactor

Simultaneous nitrification and denitrification (SND) via the nitrite pathway and anaerobic-anoxic-enhanced biological phosphorus removal (EBPR) are two processes that can significantly reduce the energy and COD demand for nitrogen and phosphorus removal. The combination of these two processes has the potential of achieving simultaneous nitrogen and phosphorus removal with a minimal requirement for COD. A lab-scale sequencing batch reactor (SBR) was operated in alternating anaerobic-aerobic mode with a low dissolved oxygen (DO) concentration (0.5 mg/L) during the aerobic period, and was demonstrated to accomplish nitrification, denitrification, and phosphorus removal. Under anaerobic conditions, COD was taken up and converted to poly-hydroxyalkanoates (PHAs), accompanied by phosphorus release. In the subsequent aerobic stage, PHA was oxidized and phosphorus was taken up to

Online titrimetric and off-gas analysis for examining nitrification processes in wastewater treatment

The two steps of nitrification, namely the oxidation of ammonia to nitrite and nitrite to nitrate, often need to be considered separately in process studies. For a detailed examination, it is desirable to monitor the two-step sequence using online measurements. In this paper, the use of online titrimetric and off-gas analysis (TOGA) methods for the examination of the process is presented. Using the known reaction stoichiometry, combination of the measured signals (rates of hydrogen ion production, oxygen uptake and carbon dioxide transfer) allows the determination of the three key process rates, namely the ammonia consumption rate, the nitrite accumulation rate and the nitrate production rate. Individual reaction rates determined with the TOGA sensor under a number of operation conditions are presented. The rates calculated directly from the measured signals are compared with those obtained from offline liquid sample analysis. Statistical analysis confirms that the results from the two approaches match well. This result could not have been guaranteed using alternative online methods. As a case study, the influences of pH and dissolved oxygen (DO) on nitrite accumulation are tested using the proposed method. It is shown that nitrite accumulation decreased with increasing DO and pH. Possible reasons for these observations are discussed. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Nitrification of high strength ammonia wastewtaer treatment - process selection is the major factor.

Biological nitrogen removal via the nitrite pathway in wastewater treatment is very important in Saving the cost of aeration and as an electron donor for denitrification. Wastewater nitrification and nitrite accumulation were carried out in a biofilm airlift reactor with autotrophic nitrifying biofilm. The biofilm reactor showed almost complete nitrification and most of the oxidized ammonium was present as nitrite at the ammonium load of 1.5 to 3.5 kg N/m3.d. Nitrite accumulation was stably achieved by the selective inhibition of nitrite oxidizers with free ammonia and dissolved oxygen limitation. Stable 100% conversion to nitrite could also be achieved even under the absence of free ammonia inhibition on nitrite oxidizers. Batch ammonium oxidation and nitrite oxidation with nitrite accumulating nitrifying biofilm showed that nitrite Oxidation was completely inhibited when free ammonia is higher than 0.2 mg N/L. However, nitrite oxidation activity was recovered as soon as the free ammonia concentration was below the threshold level when dissolved oxygen concentration was not the limiting factor. Fluorescence in situ hybridization analysis of cryosectioned nitrite accumulating nitrifying biofilm showed that the β-subclass of Proteobacteria, where ammonia oxidizers belong, was distributed outside the biofilm whereas the α-subclass of Proteobacteria, where nitrite oxidizers belong, was found mainly in the inner part of the biofilm. It is likely that dissolved oxygen deficiency or limitation in the inner part of the nitrifying biofilm, where nitrite oxidizers exist, is responsible for the complete shut down of the nitrite oxidizers activity under the absence of free ammonia inhibition.

Qualidade da água da lagoa Juara (Serra/ES) : avaliações físicas, químicas e respostas fisiológicas e citogenéticas em plantas

A gestão dos recursos hídricos necessita da integração entre os critérios físicos e químicos, e os aspectos bióticos, os quais possibilitam identificar os efeitos combinados de substâncias e avaliar suas influências. Os sistemas testes Allium cepa e Tradescantia pallida, são utilizados para o estudo da poluição aquática a partir de aspectos citogenéticos. Além destes biomarcadores, os teores de clorofila também são utilizados em estudos de estresse devido ao reflexo a múltiplos fatores. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade da água da lagoa Juara (Município de Serra/ES) pela análise integrada de aspectos físicos, químicos e ecotoxicológicos a partir de estudos citogenéticos em A. cepa e T. pallida, e fotossintéticos nesta última espécie. Foram definidas três estações amostrais ao longo da lagoa e a partir de amostras de água foram analisados parâmetros tais como condutividade, oxigênio dissolvido, concentração de nutrientes e metais. A determinação dos metais ocorreu por análises de espectrometria de massa. O teste do A. cepa foi realizado a partir sementes germinadas em amostras de água da lagoa. Com plantas de T. pallida, foi realizado o ensaio da mitose em ponta de raiz de T. pallida e dosado os teores de pigmentos cloroplastídicos em folhas totalmente expandidas. Para tanto, foi realizado ensaio utilizando-se a água da lagoa como solvente para solução de Hoagland onde estacas previamente enraizadas de T. pallida foram expostas durante 24 horas e 40 dias para as avaliações citogenéticas e fotossintéticas, respectivamente. Foi realizado novo teste do A. cepa nas águas da lagoa após os 40 dias de ensaio para aferir a manutenção das propriedades químicas das amostras. A avaliação citogenética nas duas espécies envolveu a análise dos índice mitótico (IM), índice de aberrações cromossômicas (AC) e frequência de micronúcleos (MN). Para a análise estatística foi utilizada a análise de variância seguida pelo teste de Tukey (p < 0.05) para a comparação dos tratamentos durante a mesma campanha, e teste de Bonferroni (p < 0,05) para a comparação entre as campanhas. Os resultados físicos e químicos mensurados demonstram que a lagoa Juara apresenta indícios de eutroficação artificial. Duas estações amostrais, em pelo menos uma campanha amostral, apresentaram potenciais citotóxico, genotóxico e mutagênico. Todavia, esses potenciais não demonstram relação com os teores de Fe e Mn quantificados, levando a crer que tais pontos apresentam outros potenciais poluentes. Os danos citogenéticos observados apresentaram efeitos maximizados durante a segunda campanha, demostrando o efeito do período de chuva na intensificação da poluição nesse ambiente. O estudo do metabolismo fotossintético em T. pallida, demonstrou os teores de pigmentos cloroplastídicos relacionados ao elevado aporte de nutrientes presentes nas estações J2 e J3. Sendo o excesso destes, o provável responsável pelo teor inferior de pigmentos em J3. Observa-se que os ensaios com A. cepa e T. pallida responderam de maneira fidedigna ao risco potencial do ambiente, complementando as análises físicas e químicas usualmente utilizadas na avaliação da qualidade da água de ambientes lacustres.

Environmental performance of aquaculture in Rondônia state, Brazil

The objective of this study was to analyze the environmental performance of aquaculture in the city of Colorado do Oeste, Rondônia State, Brazil. Fifteen fish farmers were interviewed. For data collection, structured interviews were carried out, using a questionnaire based on information supplied by the United Nations Food and Agriculture Organization (FAO). The questionnaire considered 12 items, organized into three main topics: a) social and legal standards b) environmental standards c) standards of food safety and hygiene. The questionnaire considered 12 items, organized into three main topics: a) social and legal standards b) environmental standards c) standards of food safety and hygiene. Aquaculture in the city of Colorado do Oeste, Rondônia presents two fish production systems: extensive and semi-intensive. In the semi-intensive system, stocking rate was one fish per m3, on average; tambaqui (Colossoma macropomum), tilapias (Oreochromis spp.), pirarucu (Arapaima gigas) and pintado (Pseudoplatystoma spp.) were the species farmed at the largest number. The rate of water renewal was due to the greater availability of natural food in this system. Water renewal was constant in the ponds (1,500 liters per minute). In the semi-intensive system using dug ponds, alevins were stocked and fed during the entire rearing time with natural and exogenous food. The extensive system relied on the natural production of the pond, with stocking density limited by the production of natural food. The little renewal of water made the cultivation tank itself acted as a decantation lake, with the occurrence of oxidation and sedimentation of residual organic matter, consisting of feces, debris and organic fertilizer. Production of reduced effluent volume took place in the extensive system, compared to the cultivation area. In addition, there was high water turbidity, caused by high concentration of planktonic organisms, and low concentrations of dissolved oxygen in the water. Data showed that nine estates of the interviewed fish farmers had critical environmental performance (less than 30.0%). Six estates of fish farmers had bad environmental performance (between 30.0 and 50.0%) (Coefficient of sustentainability = green square x 100 ÷ Total Questions less the yellow squares)

Biofiltration of Air/Styrene and Air/Styrene/Acetone mixtures in a bubble column reactor

The goal of this work was the treatment of polluted waste gases in a bubble column reactor (BCR), in order to determinate the maximum value of reactor’s efficiency (RE), varying the inlet concentration (C in) of the pollutants. The gaseous mixtures studied were: (i) air with styrene and (ii) air with styrene and acetone. The liquid phase used to contain the biomass in the reactor was a basal salt medium (BSM), fundamental for the microorganisms’ development. The reactor used in this project consists of a glass column of 620mm height and inside diameter 75mm. In all essays there were continually measured: pH, dissolved oxygen and liquid’s temperature. Temperature and pH were controlled (T=24ºC, 7.0 ≤ pH ≤ 7.7). In all experiments the liquid volume (including the biomass) used in the reactor was kept constant (1.5L) as well as the total gas flowrate (1 L/min). Concerning the goal of the work, some parameters were calculated: the organic load (OL), removal efficiency (RE), elimination capacity (EC), biomass concentration (xf) and dry biomass concentration (Xdw). In a first series of experiments, the gas mixture used was air with styrene, varying its concentration from 191 mg.m-3 to 6500 mg.m-3.It was concluded that the RE maximum value (97%) was obtained for C in Sty = 4200 mg.m-3. For the maximum tested value of C in Sty, RE obtained was 20%. In a second step, the gaseous mixture included acetone, varying C in Sty between 225 mg.m-3 and 2659 mg.m-3 and C in Ac between 153mg.m-3 and 1389 mg.m-3. The aim of these tests was the determination of C in Ac for which RE was maximum, obtaining C in Ac = 750 mg.m-3. A third series of experiments was performed, in which C in Ac was maintained equal to that value and C in Sty was varied until higher values (5422 mg.m-3). RE maximum values obtained in this last series were 100% for styrene and 40% for acetone. One important conclusion is the fact that the microorganisms available degrade better styrene than acetone. On the ambit of this study, it was possible to identify the species available in biomass: Xanthobacter antotrophicus py2, Enterobacter aerogenes, Nocardia, Corynebacterium Spp., Rhodococcus rhodochrous e Pseudomonas Sp.

Square-wave adsorptive-stripping voltammetric detection in the quality control of fluoxetine

Electroanalytical methods based on square-wave adsorptive-stripping voltammetry (SWAdSV) and flow-injection analysis with square-wave adsorptive-stripping voltammetric detection (FIA-SWAdSV) were developed for the determination of fluoxetine (FXT). The methods were based on the reduction of FXT at a mercury drop electrode at -1.2 V versus Ag/AgCl, in a phosphate buffer of pH 12.0, and on the possibility of accumulating the compound at the electrode surface. The SWAdSV method was successfully applied in the quantification of FXT in pharmaceutical products, human serum samples, and in drug dissolution studies. Because the presence of dissolved oxygen did not interfere significantly with the analysis, it was possible to quantify FXT in several pharmaceutical products using FIA-SWAdSV. This method enables analysis of up to 120 samples per hour at reduced costs.

Electroanalytical study of fluvoxamine

Fluvoxamine (FVX) can be reduced at a mercury- drop electrode, with a maximum peak current intensity being obtained at a potential of -0.7 V vs. Ag/ AgCl, in an aqueous electrolyte solution of pH 2. The compound was determined in a pharmaceutical product and in spiked human serum by square-wave adsorptivestripping voltammetry (SWAdSV) after accumulation at the electrode surface, under batch conditions. Because the presence of dissolved oxygen did not interfere significantly with the analysis, it was also possible to determine FVX in the pharmaceutical product by use of a flow-injection analysis (FIA) system with SWAdSV detection. The methods developed were validated and successfully applied to the quantification of FVX in a pharmaceutical product. Recoveries between 76 and 89% were obtained in serum analysis. The FIA– SWAdSV method enabled analysis of up to 120 samples per hour at reduced cost, implying the possibility of competing with the chromatographic methods usually used for this analysis.

Electroanalytical determination of paroxetine in pharmaceuticals

Electroanalytical methods based on square-wave adsorptive-stripping voltammetry (SWAdSV) and flow-injection analysis with SWAdSV detection (FIA-SWAdSV) were developed for the determination of paroxetine (PRX). The methods were based on the reduction of PRX at a mercury drop electrode at −1.55V versus Ag/AgCl, in a borate buffer of pH 8.8, and the possibility of accumulating the compound at the electrode surface. Because the presence of dissolved oxygen did not interfere significantly with the analysis, it was also possible to determine PRX using FIASWAdSV. This method enables analysis of up to 120 samples per hour at reduced costs. Both methods developed were validated and successfully applied to the quantification of PRX in pharmaceutical products.

Desenvolvimento e optimização de um sensor de fibra óptica para determinação da concentração de oxigénio

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Instrumentação, Manutenção Industrial e Qualidade

Otimização da Amostragem e Estudo de Viabilidade da Monitorização de Sondas na ETAR de Rabada

Mestrado em Engenharia Química - Tecnologias de Protecção Ambiental

Avaliação do efeito da microfauna do tanque de arejamento no efluente final

O presente trabalho, efetuado na Estação de Tratamento de Águas Residuais do Freixo (ETAR do Freixo), decorreu durante um período de nove meses, (entre Dezembro de 2012 e Agosto de 2013), e teve como principais objetivos: - a observação microscópica e respetiva identificação dos organismos presentes nas lamas ativadas dos reatores biológicos da ETAR (incidindo nos protozoários, metazoários e bactérias filamentosas); - estabelecer a relação entre os organismos identificados/quantidade respetiva e a sedimentabilidade das lamas ativadas e sua influência no processo de depuração; - avaliar a variação das espécies identificadas com as alterações processuais. Para o efeito, a metodologia utilizada foi: - a colheita diária de amostras em vários pontos da ETAR; - a determinação dos parâmetros operacionais e caracterização das amostras recolhidas, tendo sido efetuadas 6039 análises físico-químicas, incluindo ao afluente à ETAR, ao afluente e ao conteúdo dos dois reatores biológicos, à corrente de recirculação de lamas e ao efluente; - a visualização diária microscópica ótica sem contraste de fase dos microrganismos presentes nos reatores biológicos; - a visualização microscópica ótica com contraste de fase da microfauna presente nos reatores biológicos, sendo efetuadas 16 identificações e quantificações dos protozoários presentes nas lamas ativadas dos dois reatores e 10 identificações e quantificações das bactérias filamentosas presentes nos dois reatores biológicos. O início do estudo ocorreu num período em que se começou a verificar um aumento excessivo de espumas nos decantadores secundários, resultando numa fraca sedimentabilidade das lamas e numa menor qualidade do efluente final. Na tentativa de reduzir a excessiva ascensão do manto de lamas que se verificou, foram efectuadas alterações operacionais, consistindo: - na alteração da razão de recirculação da decantação secundária para os reatores biológicos; - na introdução de um composto altamente concentrado em matéria orgânica na corrente de recirculação de lamas; - na alteração da extração de lamas biológicas. Verificou-se que as alterações processuais efetuadas foram muito eficazes na diminuição do manto de lamas da decantação secundária, bem como muito eficazes na qualidade do efluente final. Durante os meses de Fevereiro a Agosto fez-se o acompanhamento diário de todas as condições de operação de modo a manter e validar o procedimento de operação, o qual se considerou muito eficaz em termos de obtenção de uma água tratada de excelente qualidade. Durante o estudo efetuado, verificou-se que a população microbiológica existente nos dois reatores biológicos se manteve praticamente inalterada durante todo o período, sendo os móveis de fundo e os sésseis os grupos dominantes. Esta dominância traduziu-se na elevada qualidade do efluente final que se observou a partir do mês de Fevereiro, tendo dificultado o estudo de novas condições de operação, mas facilitando a validação do procedimento adotado. No que se refere às bactérias filamentosas, verificou-se que são diversas as espécies presentes nos reatores biológicos e que existem em grande abundância, sendo que o Tipo 0092 é claramente dominante. O excessivo crescimento deste tipo de bactérias mostrou ser o maior problema a nível microbiológico no processo de tratamento da instalação, tornando-se crítico no período de inverno em que a temperatura e os picos de pluviosidade se mostraram condições favoráveis ao seu desenvolvimento. Para além da temperatura outros fatores mostraram-se responsáveis pelo seu crescimento tais como a razão Alimento/Microrganismo (A/M), a idade das lamas, a carga mássica afluente e o teor de oxigénio dissolvido nos reatores biológicos. Pode-se concluir que apesar de não se trabalhar com os valores teóricos dos parâmetros microbiológicos e operacionais considerados ideais, a ETAR do Freixo, possui um tratamento bastante eficaz na remoção da carga orgânica, na remoção de nutrientes e na remoção de sólidos suspensos totais, apesar da não existência de uma etapa de afinação final como a filtração.

Avaliação e Otimização do Consumo de Água no Processo e do Sistema de Tratamento de Efluentes

O elevado consumo de água associado à escassez deste recurso contribuiu para que alternativas de reutilização/reciclagem de água fossem estudadas que permitam diminuir o seu consumo e minimizar a dependência das indústrias. Monitorizar e avaliar os consumos de água, a nível industrial, é imprescindível para assegurar uma gestão sustentável dos recursos hídricos, sendo este o objetivo da presente dissertação. As alternativas encontradas na unidade industrial em estudo foram a substituição do equipamento sanitário e o aproveitamento do efluente tratado para operações de lavagem e/ou arrefecimento por contacto direto. A maioria do equipamento sanitário não é eficiente, tendo-se proposto a substituição desse sistema por um de menor consumo que permitirá uma poupança de 30 % no consumo de água, que corresponderá a 12 149,37 €/ano, sendo o retorno do investimento estimado em 3 meses. O efluente industrial na entrada da ETAR e nas diferentes etapas - tratamento primário de coagulação/floculação; tratamento secundário ou biológico em SBR; tratamento terciário de coagulação/floculação - foi caracterizado através da medição da temperatura, pH, oxigénio dissolvido e pela determinação da cor, turvação, sólidos suspensos totais (SST), azoto total, carência química de oxigénio (CQO), Carência Bioquímica de Oxigénio ao fim de 5 dias (CBO5) e razão CBO5/CQO. Esta caracterização permitiu avaliar o efluente industrial bruto que se caracteriza por um pH alcalino (8,3 ± 1,7); condutividade baixa (451 ± 200,2 μS/cm); elevada turvação (11 255 ± 8812,8 FTU); cor aparente (63 670 ± 42293,4 PtCo) e cor verdadeira (33 621 ± 19547,9 PtCo) elevadas; teores elevados de CQO (24 753 ± 11806,7 mg/L O2) SST (5 164 ± 3845,5 mg/L) e azoto total (718 mg/L) e um índice de biodegradabilidade baixo (razão CBO5/CQO de 1,4). Este estudo permitiu verificar que a eficiência global do tratamento do efluente foi 82 % na remoção da turvação, 83 % na remoção da cor aparente, 96 % na remoção da cor verdadeira, 85 % na remoção da CQO e 30 % na remoção dos SST. Quanto às eficiências de remoção associadas ao tratamento primário no que diz respeito à turvação, cor aparente, CQO e SST, apresentam valores inferiores aos referidos na literatura para o mesmo tipo de tratamento em efluentes similares. As eficiências de remoção obtidas no tratamento secundário são inferiores às do tratamento primário: turvação, cor aparente, CQO e SST, pelo que procurou-se otimizar a primeira etapa do processo de tratamento Neste estudo de otimização estudou-se a influência de cinco coagulantes – Sulfato de Alumínio, PAX XL – 10, PAX 18, cloreto de ferro e a conjugação de PAX 18 com sulfato de ferro - e seis floculantes – Superfloc A 150, Superfloc A 130, PA 1020, Ambifloc 560, Ambifloc C58 e Rifloc 54 - no tratamento físico-químico do efluente. O PAX 18 e o Ambifloc 560 UUJ foram os que apresentaram as mais elevadas eficiências de remoção (99,85 % na cor, 99,87 % na turvação, 90,12 % na CQO e 99,87 % nos SST). O custo associado a este tratamento é de 1,03 €/m3. Pela comparação com os critérios de qualidade no guia técnico ERSAR, apenas o parâmetro da CQO excede o valor, contudo o valor obtido permite diminuir os custos associados a um tratamento posterior para remoção da CQO remanescente no efluente residual tratado.

Occurrence of Proteus mirabilis associated with two species of venezuelan oysters

The fecal contamination of raw seafood by indicators and opportunistic pathogenic microorganisms represents a public health concern. The objective of this study was to investigate the presence of enteric bacteria colonizing oysters collected from a Venezuelan touristic area. Oyster samples were collected at the northwestern coast of Venezuela and local salinity, pH, temperature, and dissolved oxygen of seawater were recorded. Total and fecal coliforms were measured for the assessment of the microbiological quality of water and oysters, using the Multiple Tube Fermentation technique. Analyses were made using cultures and 16S rRNA gene sequencing. Diverse enrichment and selective culture methods were used to isolate enteric bacteria. We obtained pure cultures of Gram-negative straight rods with fimbriae from Isognomon alatus and Crassostrea rhizophorae. Our results show that P. mirabilis was predominant under our culture conditions. We confirmed the identity of the cultures by biochemical tests, 16S rRNA gene sequencing, and data analysis. Other enterobacteria such as Escherichia coli, Morganella morganii and Klebsiella pneumoniae were also isolated from seawater and oysters. The presence of pathogenic bacteria in oysters could have serious epidemiological implications and a potential human health risk associated with consumption of raw seafood.