Organic contaminants in urban soils: major inputs and potential risks

Urban soil quality may be severely affected by hydrophobic organic contaminants (HOCs), impairing environmental quality and human health. A comprehensive study was conducted in two contrasting Portuguese urban areas (Lisbon and Viseu) in order to assess the levels and potential risks of these contaminants, to identify sources and study their behaviour in soils. The concentrations of HOCs were related to the size of the city, with much higher contamination levels observed in Lisbon urban area. Source apportionment was performed by studying the HOCs profiles, their relationship with potentially toxic elements and general characteristics of soil using multivariate statistical methods. Lisbon seems to be affected by nearby sources (traffic, industry and incineration processes) whereas in Viseu the atmospheric transport may be playing an important role. In a first tier of risk assessment (RA) it was possible to identify polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Lisbon soils as a potential hazard. The levels of PAHs in street dusts were further studied and allowed to clarify that traffic, tire and pavement debris can be an important source of PAHs to urban soils. Street dusts were also identified as being a potential concern regarding human and environmental health, especially if reaching the nearby aquatic bodies. Geostatistical tools were also used and their usefulness in a RA analysis and urban planning was discussed. In order to obtain a more realistic assessment of risks of HOCs to environment and human health it is important to evaluate their available fraction, which is also the most accessible for organisms. Therefore, a review of the processes involved on the availability of PAHs was performed and the outputs produced by the different chemical methods were evaluated. The suitability of chemical methods to predict bioavailability of PAHs in dissimilar naturally contaminated soils has not been demonstrated, being especially difficult for high molecular weight compounds. No clear relationship between chemical and biological availability was found in this work. Yet, in spite of the very high total concentrations found in some Lisbon soils, both the water soluble fraction and the body residues resulting from bioaccumulation assays were generally very low, which may be due to aging phenomena. It was observed that the percentage of soluble fraction of PAHs in soils was found to be different among compounds and mostly regulated by soil properties. Regarding bioaccumulation assays, although no significant relationship was found between soil properties and bioavailability, it was verified that biota-to-soil bioaccumulation factors were sample dependent rather than compound dependent. In conclusion, once the compounds of potential concern are targeted, then performing a chemical screening as a first tier can be a simple and effective approach to start a RA. However, reliable data is still required to improve the existing models for risk characterization.

Microbe-mediated recovery of salt marshes contaminated with oil hydrocarbons

Salt marshes are highly productive intertidal habitats that serve as nursery grounds for many commercially and economically important species. Because of their location and physical and biological characteristics, salt marshes are considered to be particularly vulnerable to anthropogenic inputs of oil hydrocarbons. Sediment contamination with oil is especially dangerous for salt marsh vegetation, since low molecular weight aromatic hydrocarbons can affect plants at all stages of development. However, the use of vegetation for bioremediation (phytoremediation), by removal or sequestration of contaminants, has been intensively studied. Phytoremediation is an efficient, inexpensive and environmental friendly approach for the removal of aromatic hydrocarbons, through direct incorporation by the plant and by the intervention of degrading microbial populations in the rhizosphere (microbe-assisted phytoremediation). Rhizosphere microbial communities are enriched in important catabolic genotypes for degradation of oil hydrocarbons (OH) which may have a potential for detoxification of the sediment surrounding the roots. In addition, since rhizosphere bacterial populations may also internalize into plant tissues (endophytes), rhizocompetent AH degrading populations may be important for in planta AH degradation and detoxification. The present study involved field work and microcosms experiments aiming the characterization of relevant plant-microbe interactions in oilimpacted salt marshes and the understanding of the effect of rhizosphere and endosphere bacteria in the role of salt marsh plants as potential phytoremediation agents. In the field approach, molecular tools were used to assess how plant species- and OH pollution affect sediment bacterial composition [bulk sediment and sediment surrounding the roots (rhizosphere) of Halimione portulacoides and Sarcocornia perennis subsp. perennis] in a temperate estuary (Ria de Aveiro, Portugal) chronically exposed to OH pollution. In addition, the 16S rRNA gene sequences retrieved in this study were used to generate in silico metagenomes and to evaluate the distribution of potential bacterial traits in different microhabitats. Moreover, a combination of culture-dependent and -independent approaches was used to investigate the effect of oil hydrocarbons contamination on the structure and function of endophytic bacterial communities of salt marsh plants.Root systems of H. portulacoides and S. perennis subsp. perennis appear to be able to exert a strong influence on bacterial composition and in silico metagenome analysis showed enrichment of genes involved in the process of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) degradation in the rhizosphere of halophyte plants. The culturable fraction of endophytic degraders was essentially closely related to known OH-degrading Pseudomonas species and endophytic communities revealed sitespecific effects related to the level of OH contamination in the sediment. In order to determine the effects of oil contamination on plant condition and on the responses in terms of structure and function of the bacterial community associated with plant roots (rhizosphere, endosphere), a microcosms approach was set up. The salt marsh plant Halimione portulacoides was inoculated with a previous isolated Pseudomonas sp. endophytic degrader and the 2-methylnaphthalene was used as model PAH contaminant. The results showed that H. portulacoides health and growth were not affected by the contamination with the tested concentration. Moreover, the decrease of 2-methylnaphthalene at the end of experiment, can suggest that H. portulacoides can be considered as a potential plant for future uses in phytoremedition approaches of contaminated salt marsh. The acceleration of hydrocarbon degradation by inoculation of the plants with the hydrocarbon-degrading Pseudomonas sp. could not, however, be demonstrated, although the effects of inoculation on the structure of the endophytic community observed at the end of the experiment indicate that the strain may be an efficient colonizer of H. portulacoides roots. The results obtained in this work suggest that H. portulacoides tolerates moderate concentrations of 2-methylnaphthalene and can be regarded as a promising agent for phytoremedition approaches in salt marshes contaminated with oil hydrocarbons. Plant/microbe interactions may have an important role in the degradation process, as plants support a diverse endophytic bacterial community, enriched in genetic factors (genes and plasmids) for hydrocarbon degradation.

Extension of electrochemically active sites in SOFCs and SOECs

Solid oxide fuel (SOFCs) and electrolyzer (SOECs) cells have been promoted as promising technologies for the stabilization of fuel supply and usage in future green energy systems. SOFCs are devices that produce electricity by the oxidation of hydrogen or hydrocarbon fuels with high efficiency. Conversely, SOECs can offer the reverse reaction, where synthetic fuels can be generated by the input of renewable electricity. Due to this similar but inverse nature of SOFCs and SOECs, these devices have traditionally been constructed from comparable materials. Nonetheless, several limitations have hindered the entry of SOFCs and SOECs into the marketplace. One of the most debilitating is associated with chemical interreactions between cell components that can lead to poor longevities at high working temperatures and/or depleted electrochemcial performance. Normally such interreactions are countered by the introduction of thin, purely ionic conducting, buffer layers between the electrode and electrolyte interface. The objective of this thesis is to assess if possible improvements in electrode kinetics can also be obtained by modifying the transport properties of these buffer layers by the introduction of multivalent cations. The introduction of minor electronic conductivity in the surface of the electrolyte material has previously been shown to radically enhance the electrochemically active area for oxygen exchange, reducing polarization resistance losses. Hence, the current thesis aims to extend this knowledge to tailor a bi-functional buffer layer that can prevent chemical interreaction while also enhancing electrode kinetics.The thesis selects a typical scenario of an yttria stabilized zirconia electrolyte combined with a lanthanide containing oxygen electrode. Gadolinium, terbium and praseodymium doped cerium oxide materials have been investigated as potential buffer layers. The mixed ionic electronic conducting (MIEC) properties of the doped-cerium materials have been analyzed and collated. A detailed analysis is further presented of the impact of the buffer layers on the kinetics of the oxygen electrode in SOFC and SOEC devices. Special focus is made to assess for potential links between the transport properties of the buffer layer and subsequent electrode performance. The work also evaluates the electrochemical performance of different K2NiF4 structure cathodes deposited onto a peak performing Pr doped-cerium buffer layer, the influence of buffer layer thickness and the Pr content of the ceria buffer layer. It is shown that dramatic increases in electrode performance can be obtained by the introduction of MIEC buffer layers, where the best performances are shown to be offered by buffer layers of highest ambipolar conductivity. These buffer layers are also shown to continue to offer the bifunctional role to protect from unwanted chemical interactions at the electrode/electrolyte interface.

Polycyclic aromatic hydrocarbons and oxidative stress markers in the clam Ruditapes decussatus from the Ria Formosa (Portugal)

Tese dout., Ciências e Tecnologias do Ambiente, Universidade do Algarve, 2007

Sub-produtos de desinfecção da água: síntese e caracterização espectroscópica, implementação de metodologias analíticas e estudo da actividade genotóxica

Dissertação de mest., Engenharia Biológica, Faculdade de Engenharia e de Recursos Naturais, Univ. do Algarve, 2008

Development of an operational tool for oil spill forecast: application to oil exposed regions

Tese de doutoramento, Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente (Modelação), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Caracterização das águas pluviais da cidade de Faro

Dissertação de mestrado,Engenharia do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Metodologias de síntese de tetraoxanos com potencial utilização em química medicinal

Dissertação de Mestrado, Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Nanoporous carbons from sisal residues and their application in hybrid TiO2/carbon photocatalysts for the removal and degradation of phenol in solution

Tese de doutoramento, Química (Química Tecnológica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Amarração de plataformas offshore flutuantes com cabos de poliéster

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Proposta metodológica para avaliação preliminar de jazigos de shale gas

O potencial de um reservatório de shale gas e influenciado por um grande número de fatores, tais como a sua mineralogia e textura, o seu tipo e maturação de querogénio, a saturação de fluidos, os mecanismos de armazenamento de gás, a profundidade do reservatório e a temperatura e pressão de poros. Nesse sentido, o principal objetivo desta tese foi estabelecer uma metodologia de avaliação preliminar de potenciais jazigos de shale gas (estudo de afloramentos com base numa litoestratigrafia de alta resolução), que foi posteriormente aplicada na Formação de Vale das Fontes (Bacia Lusitânica, Portugal). Esta tese tem a particularidade de contribuir, não só para o aprofundamento da informação a nível geoquímico do local, mas também na abordagem inovadora que permitiu a caracterização petrofísica da Formação de Vale das Fontes. Para a aplicação da metodologia estabelecida, foi necessária a realização dos seguintes ensaios laboratoriais: Rock-Eval 6, picnometria de gás hélio, ensaio de resistência a compressão simples, Darcypress e a difracção de raios-X, aplicando o método de Rietveld. Os resultados obtidos na análise petrofísica mostram uma formação rochosa de baixa porosidade que segundo a classificação ISRM, e classificada como ”Resistente”, para alem de revelar comportamento dúctil e elevado índice de fragilidade. A permeabilidade média obtida situa a Formação no intervalo correspondente as permeabilidades atribuídas aos jazigos de tigh gas, indicando a necessidade de fracturação hidráulica, no caso de uma eventual exploração de hidrocarbonetos, enquanto a difracção de raios-X destaca a calcite, o quartzo e os filossilicatos como os minerais mais presentes na Formação. Do ponto de vista geoquímico, os resultados obtidos mostram que apesar do considerável teor médio de carbono orgânico total, a natureza da matéria orgânica analisada e maioritariamente imatura, composta, principalmente, por querogénio do tipo IV, o que indica a incapacidade de a formação gerar hidrocarbonetos em quantidades economicamente exploráveis.

Estudo da pirólise de misturas de resíduos de plásticos, pneus e biomassa

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

A exploração não convencional de recursos energéticos: exemplo de Alberta (Canadá)

Nas últimas décadas, temos assistido a uma mudança no sector energético. A utilização de métodos não convencionais para a extracção de recursos energéticos, nomeadamente petróleo e gás natural, tem vindo a aumentar em diversas regiões do globo − nomeadamente no Canadá com as areias betuminosas e nos EUA com o gás de xisto − atingindo uma expressão já bastante significativa, pela escala, pela especificidade tecnológica e pela influência que este tipo de explorações tem no sector energético. Com uma procura crescente de energia e com o declínio de recursos energéticos convencionais, os recursos não convencionais apresentam-se como alternativa para responder às necessidades do mercado. O aumento dos custos (de exploração e da energia final) e a necessidade de tecnologia apropriada pressupõe uma associação muito directa à investigação e à inovação limitando o acesso a estes recursos a um escasso número de empresas e países. O principal objectivo desta dissertação é avaliar o potencial de exploração não convencional de recursos energéticos na actualidade, tendo como referência o Canadá, que constitui uma das principais áreas a nível mundial deste tipo de exploração e um importante difusor de tecnologia. A metodologia utilizada baseia-se na análise de informação disponibilizada nas últimas décadas e em estudos de instituições e consultores internacionais relevantes na área da energia. Sendo um tipo de exploração muito específico em termos tecnológicos e económicos, a opção não convencional poderá levar a uma mudança dos métodos de exploração de hidrocarbonetos bem como à sua disponibilidade, a qual teria um fim anunciado. Com o aumento das reservas e de recursos disponíveis bem como com o aumento do preço poderemos estar perante uma nova “era energética” baseada, uma vez mais, em recursos de origem fóssil (petróleo e gás) como aconteceu no séc. XX

Reservatórios turbidíticos – simulação da morfologia por estatísticas multiponto e avaliação das propriedades petrofísicas

Esta dissertação apresenta uma metodologia original para simular a morfologia e as propriedades petrofísicas de reservatórios de hidrocarbonetos em sistemas de canais turbidíticos. Estes sistemas são constituídos por complexos, ou seja, conjuntos de canais de arquitetura meandriforme, e são considerados importantes alvos para a indústria petrolífera. A simulação da morfologia divide-se em duas partes, primeiramente é simulada a trajetória do complexo e depois são simuladas as trajetórias dos canais propriamente ditos condicionadas à trajetória do complexo. O algoritmo de simulação utiliza as classes de ângulos azimutais de linhas poligonais de treino como uma variável aleatória. As trajetórias são simuladas também como linhas poligonais, condicionais a estatísticas multiponto das trajetórias de treino e a pontos de controlo. As estatísticas multiponto são organizadas em árvore, que guarda sequências de classes de orientação que ocorrem na trajetória de treino e as respetivas probabilidades de ocorrência. Para avaliar as propriedades petrofísicas, o modelo morfológico das trajetórias é convertido para uma malha de blocos de alta resolução, identificando-se, em cada bloco, a fácies preponderante de acordo com um modelo conceptual de zonamento da secção dos canais. A conversão prioriza os canais mais recentes (do topo) sobre os mais antigos (da base). A cada fácies é associada uma lei de distribuição da porosidade e permeabilidade, assim são geradas imagens destas propriedades petrofísicas por Simulação Sequencial Direta com histogramas locais. Finalmente, o número de blocos da malha é reduzido por upscaling e as simulações são ordenadas para poderem ser utilizadas nos simuladores de fluxo. Para ilustrar a metodologia, utilizaram-se imagens de sísmica 3D de um reservatório turbidítico na Bacia do Baixo Congo para extrair leis de distribuição das dimensões dos canais e trajetórias de treino. Os resultados representam corretamente a arquitetura complexa destes sistemas.

A indústria de refinação de petróleo : características e tratamento das águas residuais

A poluição das águas por hidrocarbonetos pode originar grandes problemas associados a contaminantes orgânicos e inorgânicos uma vez que os combustíveis fósseis, como o petróleo e os seus derivados, são matérias-primas para a produção de energia na maioria dos processos industriais actuais. Os hidrocarbonetos reduzem a oxigenação e a penetração da luz natural nos cursos de água, devido à formação de um filme insolúvel na superfície, produzindo efeitos nocivos na fauna e flora aquática. Neste trabalho é apresentada uma síntese das diferentes tecnologias disponíveis e habitualmente usadas para o tratamento de efluentes de Refinarias de petróleo e disponibilizam-se resultados da eficiência de remoção de vários poluentes ao longo do processo de tratamento dos efluentes gerados, resumindo-se as principais dificuldades com que o tratamento deste tipo de efluentes se depara.