Water quality status and Primary productivity of Valanthakad Backwater in Kerala

The water quality and primary productivity of Valanthakad backwater (9° 55 10. 24 N latitude and 76° 20 01. 23 E longitude) was monitored from June to November 2007. Significant spatial and temporal variations in temperature, transparency, salinity, pH, dissolved oxygen, sulphides, carbon dioxide, alkalinity, biochemical oxygen demand, phosphatephosphorus, nitrate-nitrogen, nitrite-nitrogen as well as primary productivity could be observed from the study. Transparency was low (53.75 cm to 159 cm) during the active monsoon months when the intensity of solar radiation was minimum, which together with the run off from the land resulted in turbid waters in the study sites. The salinity in both the stations was low (0.10 ‰ to 4.69 ‰) except in August and November 2007. The presence of total sulphide (0.08 mg/ l to 1.84 mg/ l) and higher carbon dioxide (3 mg/ l to 17 mg/ l) could be due to hospital discharges and decaying slaughter house wastes in Station 1 and also from the mangrove vegetation in Station 2. Nitrate-nitrogen and phosphate-phosphorus depicted higher values and pronounced variations in the monsoon season. Maximum net primary production was seen in November (0.87 gC/ m3/ day) and was reported nil in September. The chlorophyll pigments showed higher values in July, August and November with a negative correlation with phosphate-phosphorus and nitrite-nitrogen. The study indicated that the water quality and productivity of Valanthakad backwater is impacted and is the first report from the region

Dissolved Folin Phenol Active Substances (Tannin and Lignin) in the Seawater along the West Coast of India

Information on the distribution of dissolved Folin phenol active substances (FPAS) such as tannin and lignin in the seawater along the west coast of India is provided. Notable amounts of FPAS (surface concentrations: 80 f.1gll to 147 f.1gll and bottom concentrations: 80 f.1gll to 116 f.1gll) were detected in the seawater along the coast. The distribution pattern brings about a general depth-wise decrease. A seaward decrease was observed in the southern stations whereas reverse was the case in northern stations. A significant negative correlation was observed between FPAS concentration and dissolved oxygen in sub-surface samples. The appreciable amounts of FPAS detected in the coastal waters indicate the presence of organic matter principally originating from terrestrial (upland and coastal marsh) ecosystems in the marine environment. In this context, they may be used as tracers to determine the fate of coastalborn dissolved organic matter in the ocean and to determine directly the relationship between allochthonous and autochthonous organic matter

Anàlisi comparativa dels processos emergents sharon i anammox per al tractament d’aigües amb una alta càrrega de nitrogen

Estudi de tractaments innovadors en aigües residuals amb elevada concentració de nitrogen mitjançant la tecnologia ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation) i SHARON i posterior anàlisi teòrica de la gestió dels fangs residuals d’una EDAR

Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).

Identificació de paràmetres cinètics i estequiomètrics del procés de depuració de fangs actius mitjançant tècniques respiromètriques

El sistema de depuració de tipus Fangs Actius constitueix una de les tècniques més esteses arreu del món pel tractament biològic de les aigües residuals. Els softwares de modelització i simulació permeten adquirir coneixements de forma ràpida i senzilla sobre el funcionament dels processos de fangs actius, dur a terme la comparació entre diferents tecnologies de tractament i determinar les estratègies d'operació més rentables d'una EDAR minimitzant els costos. L'objectiu de la present tesi consisteix en la identificació dels principals paràmetres cinètics i coeficients estequiomètrics que caracteritzen el procés de fangs actius a partir de la mesura de la velocitat de consum d'oxigen de la biomassa. En aquest sentit s'ha dissenyat i desenvolupat un Respiròmetre Tancat Seqüencial (RTS), un Respiròmetre Tancat (RT) i un Programa d'Anàlisi de Respirometries (PAR) per la determinació dels paràmetres cinètics més representatius i característics dels sistemes de fangs actius en diferents casos.

Control basat en lògica difusa per sistemes de fangs activats. Disseny, implementació i validació en EDAR reals

En aquesta tesi es presenten dues propostes de Sistemes de Control basats en Lògica Difusa (SCLD), des del seu disseny fins a la seva implementació i validació en dues instal·lacions: l'EDAR Granollers i l'EDAR Taradell. El capítol 1 explica els conceptes bàsics per comprendre el desenvolupament dels dos SCLD i el resum d'una revisió d'articles que relacionen la lògica difusa amb aigües residuals. A continuació, s'estableixen els objectius. En el capítol 3 es presenten els materials i mètodes. Els capítols 4 i 5 exposen el treball realitzat per arribar a la implementació dels dos SCLD. Ambdós capítols presenten la mateixa estructura: presentació, definició dels objectius del SCLD, descripció de l'EDAR on s'implementa el SCLD, desenvolupament d'índexs d'avaluació, explicació del disseny del SCLD i la seva avaluació mitjançant estudis de simulació, implementació i validació del SCLD a l'EDAR i, finalment discussió del treball realitzat. En el capítol 6 s'enumeren les conclusions obtingudes.

Desarrollo del proceso anammox para el tratamiento de lixiviados: puesta en marcha y aplicación

La eliminación biológica de nitrógeno amoniacal se ha llevado a cabo, habitualmente, a través del proceso convencional de nitrificación-desnitrificación. Sin embargo, los lixiviados generados en los depósitos controlados de residuos sólidos urbanos contienen elevadas cantidades de amonio y bajas concentraciones de materia orgánica biodegradable, así como una elevada salinidad. En este caso, para reducir el elevado coste económico que supone aplicar los procesos convencionales en este tipo de efluentes es conveniente desarrollar sistemas alternativos. Uno de estos nuevos procesos biológicos se basa en el proceso anammox (acrónimo en inglés de anaerobic ammonium oxidation) previa nitritación parcial de amonio a nitrito. El proceso anammox es un proceso autotrófico que realiza la conversión de amonio y nitrito a nitrógeno gas bajo condiciones anaerobias. El menor consumo de oxígeno durante el proceso de nitritación parcial y la no necesidad de adicionar materia orgánica para desnitrificar representan un importante ahorro económico respecto a los tratamientos convencionales

Multivariate analysis of phenol mineralisation by combined hydrodynamic cavitation and heterogeneous advanced Fenton processing

Phenolic compounds in wastewaters are difficult to treat using the conventional biological techniques such as activated sludge processes because of their bio-toxic and recalcitrant properties and the high volumes released from various chemical, pharmaceutical and other industries. In the current work, a modified heterogeneous advanced Fenton process (AFP) is presented as a novel methodology for the treatment of phenolic wastewater. The modified AFP, which is a combination of hydrodynamic cavitation generated using a liquid whistle reactor and the AFP is a promising technology for wastewaters containing high organic content. The presence of hydrodynamic cavitation in the treatment scheme intensifies the Fenton process by generation of additional free radicals. Also, the turbulence produced during the hydrodynamic cavitation process increases the mass transfer rates as well as providing better contact between the pseudo-catalyst surfaces and the reactants. A multivariate design of experiments has been used to ascertain the influence of hydrogen peroxide dosage and iron catalyst loadings on the oxidation performance of the modified AFP. High er TOC removal rates were achieved with increased concentrations of hydrogen peroxide. In contrast, the effect of catalyst loadings was less important on the TOC removal rate under conditions used in this work although there is an optimum value of this parameter. The concentration of iron species in the reaction solution was measured at 105 min and its relationship with the catalyst loadings and hydrogen peroxide level is presented.

Simulated climate change impact on summer dissolved organic carbon release from peat and surface vegetation: implications for drinking water treatment

Uncertainty regarding changes in dissolved organic carbon (DOC) quantity and quality has created interest in managing peatlands for their ecosystem services such as drinking water provision. The evidence base for such interventions is, however, sometimes contradictory. We performed a laboratory climate manipulation using a factorial design on two dominant peatland vegetation types (Calluna vulgaris and Sphagnum Spp.) and a peat soil collected from a drinking water catchment in Exmoor National Park, UK. Temperature and rainfall were set to represent baseline and future conditions under the UKCP09 2080s high emissions scenario for July and August. DOC leachate then underwent standard water treatment of coagulation/flocculation before chlorination. C. vulgaris leached more DOC than Sphagnum Spp. (7.17 versus 3.00 mg g−1) with higher specific ultraviolet (SUVA) values and a greater sensitivity to climate, leaching more DOC under simulated future conditions. The peat soil leached less DOC (0.37 mg g−1) than the vegetation and was less sensitive to climate. Differences in coagulation removal efficiency between the DOC sources appears to be driven by relative solubilisation of protein-like DOC, observed through the fluorescence peak C/T. Post-coagulation only differences between vegetation types were detected for the regulated disinfection by-products (DBPs), suggesting climate change influence at this scale can be removed via coagulation. Our results suggest current biodiversity restoration programmes to encourage Sphagnum Spp. will result in lower DOC concentrations and SUVA values, particularly with warmer and drier summers.

Dynamics of Dissolved Forms of Carbon and Inorganic Nitrogen in Small Watersheds of the Coastal Atlantic Forest in Southeast Brazil

Based on the fact that streamwater quality reflects landscape conditions, the objectives of this study were: to investigate nitrogen (N), carbon (C), and major ion concentrations in six streams crossing minimally disturbed Atlantic Forest areas, with similar geomorphological characteristics; to determine N and C fluxes in one of these pristine streams (Indaia); and assess the impact of human activity on the biogeochemistry of two other streams in the same region, crossing urbanized areas. The distribution pattern of carbon and inorganic nitrogen dissolved forms, as well as the major ion and biogenic gas concentrations in the streamwater, was similar in pristine streams, indicating that the C and N dynamics were determined by influence of some factors, such as climate, atmospheric deposition, geology, soil type, and land covering, which were analogous in the forested watersheds. The urban streams were significantly different from the pristine streams, showing low dissolved oxygen concentrations, high respiration rates, and high concentrations of carbon dioxide, dissolved inorganic nitrogen, dissolved inorganic carbon, and major ion. These differences were attributed to anthropogenic impact on water quality, especially domestic sewage discharge. Additionally, in the Indaia stream, it was possible to observe the importance of rainfall over temporal dynamics of dissolved carbon forms, and also, the obtained specific flux of dissolved inorganic nitrogen was relatively elevated (approximately 11 kg ha(-1) year(-1)). These results reveal the influence of human activity over the biogeochemistry of coastal streams and also indicate the importance N export of Atlantic Forest to the ocean.

Impact of maintenance of Macrobrachium rosenbergii de Man, 1879 (Crustacea, Decapoda, Palaemonidae) broodstock on the water used in culture ponds

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Sistema com aeração, decantação e filtragem para a melhoria da qualidade de água em irrigação localizada

A qualidade da água é muito importante para irrigação por gotejamento, pois ela escoa por pequenos bocais dos emissores, podendo ocorrer obstrução devido à deposição dos sólidos em suspensão. Portanto, antes da instalação do projeto, devem-se avaliar parâmetros de qualidade da água, para adotar medidas preventivas, evitando o risco de entupimento do sistema. Este trabalho teve como objetivo avaliar um sistema composto por aeradores com aspersores, sobre leito de pedra, para a precipitação dos íons Fe+2e Mn+2 em tanque de decantação, e um conjunto de filtragem composto por três filtros de areia e um de disco, em sistema de irrigação localizada. O trabalho foi realizado na Fazenda Alvorada, no município de Nova Granada - SP, no período de março a outubro de 2008. Foram realizadas determinações de variáveis físicas e químicas da água, ao longo do sistema de aeração, decantação e filtragem, o qual foi eficiente para a melhoria da qualidade de água, reduzindo os níveis de risco de entupimento de severo para médio e de médio para baixo. Oxigênio dissolvido, condutividade elétrica, pH, Fe+2e Fe+3 não diferenciaram a qualidade de água entre os pontos do sistema de tratamento, porém a turbidez, sólidos dissolvidos, sólidos em suspensão, ferro total e manganês total reduziram-se significativamente pelo uso do sistema proposto, melhorando a qualidade da água.

Efficiency of a constructed wetland for wastewaters treatment

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Oxygen diffusion in superconducting oxides

Since the discovery of high-temperature superconductivity of cuprate oxides, it has been clear that it is strongly affected by the oxygen content, which is also a crucial factor to determine other physical properties of high T-c superconductors. Non-stoichiometric (interstitial) oxygen strongly influences the physical properties of various superconducting oxides, in particular by creating conducting holes. It is now ascertained that the amount of holes injected depends not only on the content of interstitial oxygen, but also on its ordering. Rearrangement of the oxygen ordering may occur even below room temperature due to the unusual high mobility of these atoms. This way, mechanical spectroscopy is one of the most adequate techniques for the study of the mobility (diffusion) of oxygen atoms. This technique allows the determination of the jump frequency of an atomic species precisely, regardless of the model or the different possible types of jumps. In order to evaluate the mobility and the effect of oxygen content on these oxides, ceramic samples we prepared and submitted to several oxygen removal cycles alternately with mechanical relaxation measurements. As for SBCO, it was assumed that the peak was due to O(1)-O(5) jumps of oxygen atoms at the chain terminals or in chain fragments in the orthorhombic phase. In the case of BSCCO, the results showed complex anelastic relaxation structures, which were attributed to interstitial oxygen atom jumps between two adjacent CuO planes.

Desempenho de reatores aeróbios de leito fluidizado com circulação interna na remoção de matéria carbonácea tratando diferentes águas residuárias

The organic matter. (OM) removal efficiency in the biochemical oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD) forms for domestic wastewater and semi-intensive fish culture effluents by using three phase aerobic fluidized bed reactors with circulation in concentric tubes was studied. Three different ratios between external and internal areas by different internal diameter configurations (100, 125 and 150mm) to the same external diameter of 250mm were used; sand for filters and granulated activated carbon were used as supporting media. The reactors were tested for three hydraulic retention times: 11.5min to the R100, and 3h for the R125 and R150 reactors. The results demonstrated that this kind of reactors had good performance in the BOD and COD removal for different concentrations of waste waters. BOD mean removal efficiencies obtained were: 47% at the R100 reactor, 57% and 93% of raw and filtered BOD respectively at R125, 48 and 89% of raw and filtered BOD at R150. The COD mean calculated removal efficiencies were: 75% at the R100 reactor, 56 and 86% of raw and filtered COD at R125, and 54 and 86% of raw and filtered COD at R150. In the case of domestic wastewater it is necessary to provide a solids removal system at the reactor outflow in order to increase the removal of suspended OM from the final effluent.