Photochemical degradation of triclosan: a comparison between different light sources

New emerging contaminants could represent a danger to the environment and Humanity with repercussions not yet known. One of the major worldwide pharmaceutical and personal care productions are antimicrobials products, triclosan, is an antimicrobial agent present in most products. Despite the high removal rate of triclosan present in wastewater treatments, triclosan levels are on the rise in the environment through disposal of wastewater effluent and use of sewage sludge in land application. Regulated in the EC/1272/2008 (annex VI, table 3.1), this compound is considered very toxic to aquatic life and it has been reported that photochemical transformation of triclosan produces dioxins. In the current work it was defined three objectives; determination of the most efficient process in triclosan degradation, recurring to photochemical degradation methods comparing different sources of light; identification of the main by-products formed during the degradation and the study of the influence of the Fenton and photo-Fenton reaction. Photochemical degradation methods such as: photocatalysis under florescent light (UV), photocatalysis under visible light (sunlight), photocatalysis under LEDs, photo-Fenton and Fenton reaction have been compared in this work. The degradation of triclosan was visualized through gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). In this study photo-Fenton reaction has successfully oxidized triclosan to H2O and CO2 without any by-products within 2 hours. Photocatalysis by titanium dioxide (TiO2) under LEDs was possible, having a degradation rate of 53% in an 8 hours essay. The degradation rate of the Fenton reaction, UV light and sunlight showed degradation between 90% and 95%. The results are reported to the data observed without statistic support, since this was not possible during the work period. Hydroquinone specie and 2,4-dichlorophenol by-products were identified in the first hour of photocatalysis by UV. A common compound, possibly identified has C7O4H , was present at the degradation by UV, sunlight and LEDs and was concluded to be a contaminant. In the future more studies in the use of LEDs should be undertaken given the advantages of long durability and low consumption of energy of these lamps and that due to their negative impact on the environment fluorescent lamps are being progressively made unavailable by governments, requiring new solutions to be found. Fenton and photo-Fenton reactions can also be costly processes given the expensive reagents used.

Electrokinetic treatment of environmental matrices. Contaminants removal and phosphorus recovery

There is a need to develop viable techniques for removal and recovery organic and inorganic compounds from environmental matrices, due to their ecotoxicity, regulatory obligations or potential supplies as secondary materials. In this dissertation, electro –removal and –recovery techniques were applied to five different contaminated environmental matrices aiming phosphorus (P) recovery and/or contaminants removal. In a first phase, the electrokinetic process (EK) was carried out in soils for (i) metalloids and (ii) organic contaminants (OCs) removal. In the case of As and Sb mine contaminated soil, the EK process was additionally coupled with phytotechnologies. In a second phase, the electrodialytic process (ED) was applied to wastes aiming P recovery and simultaneous removal of (iii) toxins from membrane concentrate, (iv) heavy metals from sewage sludge ash (SSA), and (v) OCs from sewage sludge (SS). EK enhanced phytoremediation showed to be viable for the remediation of soils contaminated with metalloids, as although remediation was low, it combines advantages of both technologies while allowing site management. EK also proved to be an effective remediation technology for the removal and degradation of emerging OCs from two types of soil. Aiming P recovery and contaminants removal, different ED cell set-ups were tested. For the membrane concentrates, the best P recovery was achieved in a three compartment (3c) cell, but the highest toxin removal was obtained in a two compartment (2c) cell, placing the matrix in the cathode end. In the case of SSA the best approach for simultaneous P recovery and heavy metals removal was to use a 2c-cell placing the matrix in the anode end. However, for simultaneous P recovery and OCs removal, SS should be placed in the cathode end, in a 2c-cell. Overall, the data support that the selection of the cell design should be done case-by-case.

An investigation of soil quality parameters relating to agricultural reuse and land disposal options for the management of biosolids

Sludge provides valuable nutrients to soil. Application of sludge to land is subject to a number of limitations. Its use as a soil conditioner represents a "beneficial reuse option". Primary and secondary sludge from Dublin city is treated in Ringsend treatment plant where it undergoes thermal drying. This study investigates the feasibility of land application of thermally dried biosolids (TDB) from Ringsend treatment plant.

The appraisal of anaerobic digestion in Ireland to develop improved designs and operational practice

Mesophilic Anaerobic Digestion treating sewage sludge was investigated at five full-scale sewage treatment plants in Ireland. The anaerobic digestion plants are compared and evaluated in terms of design, equipment, operation, monitoring and management. All digesters are cylindrical, gas mixed and heated Continuously Stirred Tank Reactors (CSTR), varying in size from 130m3 to 800m3. Heat exchanger systems heat all digesters. Three plants reported difficulties with the heating systems ranging from blockages to insufficient insulation and design. Exchangers were modified and replaced within one year of operation at two plants. All but one plant had Combined Heat and Power (CHP) systems installed. Parameter monitoring is a problem at all plants mainly due to a lack of staff and knowledge. The plant operators consider pH and temperature the most important parameters to be measured in terms of successful monitoring of an anaerobic digester. The short time taken and the ease at which pH and temperature can be measured may favour these parameters. Three laboratory scale pilot anaerobic digesters were operated using a variety of feeds over at 144-day period. Two of the pilots were unmixed and the third was mechanically mixed. As expected the unmixed reactors removed more COD by retention of solids in the digesters but also produced greater quantities of biogas than the mixed digester, especially when low solids feed such as whey was used. The mixed digester broke down more solids due to the superior contact between the substrate and the biomass. All three reactors showed good performance results for whey and sewage solids. Scum formation occurred giving operational problems for mixed and unmixed reactors when cattle slurry was used as the main feed source. The pilot test was also used to investigate which parameters were the best indicators of process instability. These trials clearly indicated that total Volatile Fatty Acid (VFA) concentrations was the best parameter to show signs of early process imbalance, while methane composition in the biogas was good to indicate possible nutrient deficiencies in the feed and oxygen shocks. pH was found to be a good process parameter only if the wastewater being treated produced low bicarbonate alkalinities during treatment.

Untersuchung der Bedingungen und Verhältnisse beim Dickstoffversatz unter Einbeziehung der Mischtechnik

Technology of high concistency materials, mixing prozess, sewage sludge incineration ash, products of the flue gas cleaning, flow behaviour, reaction calorimetry, hydraulic transportation, setting

Factors conditioning the habitat and the density of Biomphalaria tenagophila (Orbigny, 1835) in an isolated schistosomiasis focus in Rio de Janeiro city

The present work was carried out in a watercress garden in Alto da Boa Vista, in the city of Rio de Janeiro, Brazil. The investigation was carried out in two phases. The first one (1985-86) involved the sampling of Biomphalaria tenegophila in two areas to determine its relative populational densities. The results showed that the populations presented similar densities and dynamics. The second phase (1988-89) involved the study of the influence of some environmental factors on the establishment of B. tenagophila in watercress garden. Two factors were identified as responsible for the establishment of B. tenagophila in the garden: (1) the quality of the water entering the irrigation system, to which domestic sewage is added, and (2) alterations in the nature of the substrate, due to inadequate fertilization techniques, which employ organic matter from adjacent pigsties. Aquatic plants and hydrological parameters of the irrigation system were subsidiary factors to the establishment of B. tenagophila in the garden.

Avaluació de la capacitat de segrest de carboni d'un sòl restaurat amb fangs de depuradora: estabilitat de la matèria orgànica

L’avaluació de la capacitat de segrest de carboni d’un sòl denudat per l’extracció de calcàries i la seva posterior restauració amb fangs de depuradora s’ha realitzat mitjançant l’anàlisi de l’estabilitat de la matèria orgànica del sòl (MOS) en funció de la dosi de fangs aplicada. Els resultats d’aquest treball demostren dos fets fonamentals per a l’estudi de la capacitat de segrest de carboni, els qual són: la conservació del contingut total de MOS i l’augment de la seva estabilitat fins a nivells més alts que els de la MOS de les parcel·les de control. Aquests resultats són explicables per (i) la conservació i augment de la MOS recalcitrant, i (ii) la protecció d’una porció més o menys rellevant de la MO làbil continguda amb els fangs gràcies a l’acció simultània dels mecanismes d’estabilització de la MOS, com són: l’estabilització bioquímica (humificació), química, física, a més de la pròpia hidrofobicitat de la MOS, aquests dos últims potenciats per l’addicció del fangs de depuradora.

Avaluació de la capacitat de segrest de carboni d'un sòl restaurat amb fangs de depuradora: paper de les propietats físiques del sòl

S’ha estudiat el grau de protecció física del carboni dins d’agregats de diferents mides en un sòl d’una pedrera restaurada fa 17 anys amb terres adobades amb fangs de depuradora, i s’ha interpretat el seu paper en el context del segrest de carboni en el sòl. La metodologia aplicada es basa en la d’humitejament ràpid dels agregats del sòl per immersió en aigua (Le Bissonnais, 1996), que simula l’estabilitat d'un sòl sec que es veu sotmès a processos tals com la inundació local o saturació ràpida. També s’ha determinat la quantitat de carboni oxidable present en els agregats del sòl amb el mètode de Nelson i Sommers (1982). Els resultats han mostrat que l’adobat amb fangs de depuradora contribueix a augmentar el contingut de carboni orgànic en els agregats del sòl i n’estimula el segrest a mitjà termini (unes 10 tones ha-1 en 17 anys), aportant estabilitat al sòl i protegint físicament el carboni orgànic dins dels agregats de mida major (5-2 mm). A més s’ha constatat que per determinar l’estabilitat del carboni segrestat en el sòl cal conèixer com es distribueix entre les diferents mides d’agregats. Finalment, l’augment del segrest de carboni en el sòl propiciat per l’aplicació dels fangs de depuradora li dóna més capacitat per fixar CO2 atmosfèric.

Determinació de compostos orgànics contaminants en aigües residuals industrials

La determinació de compostos orgànics contaminants en aigües residuals d’origen urbà i industrial és un tema que ha suscitat un creixent interès, tant des del punt de vista del problema mediambiental que es deriva de l’abocament d’aquestes aigües al medi aquàtic públic com des de la perspectiva de reutilització de les aigües tractades en processos industrials. La majoria d’aquests contaminants no s’eliminen completament en plantes de tractament d’aigües convencionals, pel que s’han de controlar. Aquest fet implica desenvolupar nous processos de tractament que permetin millorar l'eficiència de l'eliminació de les plantes de tractament convencionals. Per tal d'investigar la presència d'aquests compostos contaminants a baixes concentracions és necessari desenvolupar nous mètodes analítics altament sensibles. En el nostre projecte s'han desenvolupat diferents mètodes analítics per determinar compostos orgànics contaminants en aigües residuals provinents de plantes de tractament d'aigües industrials, urbanes i plantes potabilitzadores, utilizant principalment la microextracció en fase sòlida (SPME) seguida de la cromatografia de gasos acoblada a un espectròmetre de masses (GC-MS). S'ha estudiat la presència de diferents famílies de compostos en aquestes aigües, com són: ftalats, amines alifàtiques primàries i nitrosamines. A més a més, s'han desenvolupat mètodes analítics per determinar amines alifàtiques primàries en llots actius provinents de diferents tipus de plantes de tractament d'aigües i plantes potabilitzadores.

An improved method for concentrating rotavirus from water samples

A modified adsorption-elution method for the concentration of seeded rotavirus from water samples was used to determine various factors which affected the virus recovery. An enzyme-linked immunosorbent assay was used to detect the rotavirus antigen after concentration. Of the various eluents compared, 0.05M glycine, pH 11.5 gave the highest rotavirus antigen recovery using negatively charged membrane filtration whereas 2.9% tryptose phosphate broth containing 6% glycine; pH 9.0 was found to give the greatest elution efficiency when a positively charged membrane was used. Reconcentration of water samples by a speedVac concentrator showed significantly higher rotavirus recovery than polyethylene glycol precipitation through both negatively and positively charged filters (p-value <0.001). In addition, speedVac concentration using negatively charged filtration resulted in greater rotavirus recovery than that using positively charged filtration (p-value = 0.004). Thirty eight environmental water samples were collected from river, domestic sewage, canals receiving raw sewage drains, and tap water collected in containers for domestic use, all from congested areas of Bangkok. In addition, several samples of commercial drinking water were analyzed. All samples were concentrated and examined for rotavirus antigen. Coliforms and fecal coliforms (0->1,800 MPN/100 ml) were observed but rotavirus was not detected in any sample. This study suggests that the speedVac reconcentration method gives the most efficient rotavirus recovery from water samples.

Tractament fisicoquímic de les aigües i fangs d'un escorxador porcí

L’objectiu del present projecte és la proposta (disseny i estimació econòmica) d’un sistema de tractament de les aigües i els fangs generats a un escorxador porcí de Granollers. Per tal de portar a terme aquest estudi, es va realitzar una anàlisi de la situació prèvia a l’escorxador, del diagrama de flux de les instal·lacions existents, de les necessitats del sector, dels límits d’abocament fixats pel Reglament del Consorci del Besòs, i finalment de la caracterització de les aigües residuals generades (en quantitat i qualitat) així com dels fangs produïts. Arran d’aquesta anàlisi es va realitzar un estudi experimental d’optimització del tractament fisicoquímic, i en base als resultats es van generar diferents alternatives de tractament, es va simular el seu comportament, i es va fer una avaluació comparativa dels costos i rendiments estimats

Evaluación de efectos de varios tipos de biochar en suelo y planta

El objetivo de este proyecto ha sido analizar los posibles efectos del biochar obtenido de restos de biomasa de resinosas, de caducifolios y de un lodo de depuradora por tres procedimientos de pirolisis (lenta, rápida y gasificación), sobre un suelo (Haploxerept típico) y una planta de interés agrícola (Hordeum vulgare). Adicionalmente, se han comparado los efectos del biochar con los producidos por la aplicación de los materiales originales, y la interacción del biochar sobre el fertilizante mineral incorporado al suelo. Por último, se ha completado el trabajo con la observación de la influencia del biochar en la formación de micorrizas. Para llevar a cabo este estudio se ha realizado un ensayo en invernadero y diferentes análisis en laboratorio que han permitido el estudio comparativo de la germinación y crecimiento de la cebada, y de diferentes parámetros fisicoquímicos del suelo que podrían explicar la respuesta de las plantas crecidas sobre los distintos tipos de biochar. A partir de la interpretación de los resultados se ha determinado que los diferentes tipos de biochar han provocado un mayor desarrollo de la cebada en comparación con la aplicación de sus respectivas materias primas, o bien se ha observado la desaparición de efectos inhibidores como en el caso de los lodos de depuradora. Por otro lado, ha destacado el biochar obtenido por pirólisis lenta del resto de los biochars puesto que se ha observado menor mineralización de su materia orgánica de los suelos y mayor eficiencia en el desarrollo de las plantas. Por último, el efecto de la enmienda orgánica en forma de biochar sobre el desarrollo de las plantas ha sido menor que el efecto provocado directamente por la fertilización mineral.

Impacte de l’aplicació de fangs de depuradora en un sòl agrícola

L'elevada quantitat d'aigües residuals generades per la societat actual i el posterior procés de depuració per tal d'eliminar els contaminants de l'aigua, provoca un gran volum de fangs que tradicionalment es duien en un abocador controlat o, pitjor encara, a les zones litorals on es dipositaven directament al mar. La reutilització dels fangs, obtinguts com a subproducte del tractament de les aigües residuals en les EDAR, com a adob biològic en camps agrícoles, és una de les opcions més utilitzades per a la seva gestió. Aquesta, pot ser una bona opció sempre i quan no suposi un risc per la salut, donat que el contingut al fang d'alguns contaminants pot ser elevat i l'acumulació excessiva per exemple d'elements potencialment tòxics (PTE) pot suposar un risc pels sòls i les plantes amb els problemes que això pot ocasionar. Encara que els fangs normalment presenten continguts en PTE inferiors als valors límit establerts per la normativa europea, la seva aplicació reiterada pot suposar un risc d'acumulació dels metalls en el sòl i, depenent de la seva mobilitat, també en les plantes. En aquest projecte, ens centrem en l'estudi de la mobilitat i biodisponibilitat dels metalls en els sòls on s'han cultivat cereals d'hivern, concretament ordi. Els fangs aportats en aquesta experiència són procedents de l'EDAR de Palamós, on reben un tractament de digestió anaeròbia. S'avalua tan el contingut pseudototal de PTE en el sòl, amb l'ajuda d'una digestió al microones, com el contingut de metall biodisponible. A continuació, es determinarà la concentració dels PTE en els extractes mitjançant l'ICP-AES o ICP-MS, depenent de la concentració d'aquests.El projecte es centra en l'avaluació del possible impacte de l'aplicació continuada de biosòlids en sòls agrícoles. Des d'un punt de vista operacional, l'estudi es portarà a terme en parcel•les experimentals situades a l'Estació Experimental Mas Badia, on es porten aplicant fangs de depuradora de manera reiterada durant 12 anys, amb l'objectiu de valorar l'interès agrícola i la incidència agronòmica de l’aplicació de fangs de depuradora en diferents cultius, a mig i a llarg termini

Modelling the risk of nitrate leaching from two soils amended with five different biosolids

High N concentrations in biosolids are one of the strongest reasons for their agricultural use. However, it is essential to understand the fate of N in soils treated with biosolids for both plant nutrition and managing the environmental risk of NO3--N leaching. This work aimed at evaluating the risk of NO3--N leaching from a Spodosol and an Oxisol, each one treated with 0.5-8.0 dry Mg ha-1 of fresh tertiary sewage sludge, composted biosolids, limed biosolids, heat-dried biosolids and solar-irradiated biosolids. Results indicated that under similar application rates NO3--N accumulated up to three times more in the 20 cm topsoil of the Oxisol than the Spodosol. However, a higher water content held at field capacity in the Oxisol compensated for the greater nitrate concentrations. A 20 % NO3--N loss from the root zone in the amended Oxisol could be expected. Depending on the biosolids type, 42 to 76 % of the NO3--N accumulated in the Spodosol could be expected to leach down from the amended 20 cm topsoil. NO3--N expected to leach from the Spodosol ranged from 0.8 (composted sludge) to 3.5 times (limed sludge) the amounts leaching from the Oxisol treated alike. Nevertheless, the risk of NO3--N groundwater contamination as a result of a single biosolids land application at 0.5-8.0 dry Mg ha-1 could be considered low.

Chemical and physical properties of organic residues

Due to human activity, large amounts of organic residue are generated daily. Therefore, an adequate use in agricultural activities requires the characterization of the main properties. The chemical and physical characterization is important when planning the use and management of organic residue. In this study, chemical and physical properties of charcoal, coffee husk, pine-bark, cattle manure, chicken manure, coconut fiber, sewage sludge, peat, and vermiculite were determined. The following properties were analyzed: N-NH4+, N-N0(3)-, and total concentrations of N, P, S, K, Ca, Mg, Mn, Zn, Cu, and B, as well as pH, Electrical Conductivity (EC) and bulk density. Coffee husk, sewage sludge, chicken manure and cattle manure were generally richer in nutrients. The EC values of these residues were also the highest (0.08 - 40.6 dS m-1). Peat and sewage sludge had the highest bulky density. Sodium contents varied from 0 to 4.75 g kg-1, with the highest levels in chicken manure, cattle manure and sewage sludge. Great care must be taken when establishing proportions of organic residues in the production of substrates with coffee husk, cattle or chicken manure or sewage sludge in the calculation of the applied fertilizer quantity in crop fertilization programs.