Composição do fitoplâncton e cianotoxinas em um reservatório utilizado para o abastecimento público: o efeito do tratamento de água convencional.

Florações de cianobactérias nocivas ocorrem frequentemente em reservatórios brasileiros, devido ao incremento de nutrientes pela eutrofização e pelas mudanças climáticas, como o aquecimento global. Estas florações alteram a qualidade dos corpos hídricos, produzindo compostos de gosto e odor e cianotoxinas, que representam um problema para as Estações de Tratamento de Água (ETAs). Estes compostos, quando dissolvidos na água dificultam os tratamentos convencionais. Além das cianobacérias, um dinoflagelado exótico tem ocorrido em águas doces brasileiras, incluindo reservatórios utilizados para o abastecimento público. Os reservatórios de Caxias do Sul (RS – Brasil) são gerenciados pelo Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto (SAMAE) e apresentam um histórico de florações de cianobactérias nocivas, como Dolichospermum Bory de Saint-Vincent ex Bornet & Flahault e Microcystis (Kützing) ex Lemmermann, dentre outras. Além disso, desde 2012, tem ocorrido nestes reservatórios florações de Ceratium furcoides. Este organismo quando em extensas florações tem sido relacionado à perda da qualidade dos corpos hídricos. O reservatório Maestra foi construído entre os anos de 1965-1970 e abastece 22% da população de Caxias do Sul. Este reservatório fornece água para a ETA Celeste Gobatto, que utiliza o método convencional de tratamento da água. Este trabalho esta estruturado em três capítulos. O primeiro consiste de uma revisão bibliográfica de assuntos relavantes acerca do histórico do monitoramento da qualidade dos reservatórios no Brasil, da biologia de algas e cianobactérias, e as principais cianotixinas e acidentes devido à intoxicação no Brasil. Além disso, é feita uma breve revisão sobre o tratamento convencional da água, mostrando a importância de cada etapa para a remoção das impurezas, de acordo com os padrões de potabilidade da Portaria 2914. O segundo capítulo é manuscrito na forma de artigo científico intítulado “Composição de algas, cianobactérias e cianotoxinas no reservatório Maestra – Caxias do Sul, RS – Brasil”. Este estudo foi realizado entre janeiro de 2012 a abril de 2013. O terceiro capítulo consta de um manuscrito na forma de artigo científico, intitulado “Efeito do tratamento de água convencional na remoção de algas, cianobactérias e cianotoxinas em uma Estação de Tratamento de Água Convencional”. A eficiência de remoção foi avaliada em escala piloto, em uma Estação de Tratamento de Água de Caxias do Sul – RS a qual utiliza o método convencional de tratamento.

A framework for better understanding drinking-water quality in Happy Valley-Goose Bay, Labrador: Implications for optimization and protection of municipally supplied water

This research project was driven by the recurring complaints and concerns voiced in the media by residents living in the Valley area of the community of Happy Valley-Goose Bay, Labrador. Drinking water in this town is supplied by two water treatment plants (a municipality treatment plant and a DND treatment plant), which use raw water from two different sources (groundwater from multiple wells versus surface water from Spring Gulch brook) and use two different processes of drinking-water treatment. In fact, the drinking water supplied in the Valley area has a unique distribution arrangement. To meet demand, the Valley area is served by a blend of treated waters from a storage reservoir (Sandhill reservoir), which is fed by both water treatment plants. Most of the time, treated water from the municipal treatment plant dominates in the mixture. As water travels through the distribution system and household plumbing, specific reactions can occur either in the water itself and/or at the solid–liquid interface at the pipe walls; this is strongly influenced by the physical and chemical characteristics of the water. These reactions can introduce undesirable chemical compounds and/or favor the growth of bacteria in the drinking water, causing the deterioration of the quality of water reaching the consumer taps. In the distribution system in general, these chemical constituents and bacteria may pose potential threats to health or the water’s aesthetic qualities (smell, taste or appearance). Drinking water should be not only safe, but also palatable.

GEOTECHNICAL AND ENVIRONMENTAL IMPACTS OF STEEL SLAG IN EMBANKMENTS

Steel slag is a byproduct of iron and steel production by the metallurgical industries. Annually, 21 million tons of steel slag is produced in the United States. Most of the slag is landfilled, which represents a significant economic loss and a waste of valuable land space. Steel slag has great potential for the construction of highway embankments; however, its use has been limited due to its high swelling potential and alkalinity. The swelling potential of steel slags may lead to deterioration of the structural stability of highways, and high alkalinity poses an environmental challenge as it affects the leaching behavior of trace metals. This study seeks a methodology that promotes the use of steel slag in highway embankments by minimizing these two main disadvantages. Accelerated swelling tests were conducted to evaluate the swelling behavior of pure steel slag and water treatment residual (WTR) treated steel slag, where WTR is an alum-rich by-product of drinking water treatment plants. Sequential batch tests and column leach tests, as well as two different numerical analyses, UMDSurf and WiscLEACH, were carried out to check the environmental suitability of the methods. Tests were conducted to study the effect of a common borrow fill material that encapsulated the slag in the embankment and the effects of two subgrade soils on the chemical properties of slag leachate. The results indicated that an increase in WTR content in the steel slag-WTR mixtures yields a decrease in pH and most of the leached metal concentrations, except aluminum. The change in the levels of pH, after passing through encapsulation and subgrade, depends on the natural pHs of materials.

Simulação de um sistema de tratamento de águas residuais de lamas ativadas

A modelação matemática de Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) tem sido uma ferramenta de enorme utilidade nas fases de projeto e de exploração destas estruturas de tratamento. O presente estudo teve por objetivo principal construir um modelo matemático da ETAR de Bragança, em particular do seu tratamento biológico de lamas ativadas, com vista a avaliar, compreender e otimizar o seu desempenho. A construção do modelo foi efetuada com recurso ao ambiente de simulação WRc STOAT 5.0. O processo de lamas ativadas foi descrito pelo modelo de referência ASAL3. O modelo construído foi calibrado e validado com base em dados experimentais de 2015, obtidos no âmbito do programa de controlo analítico da ETAR. O modelo foi ainda utilizado para avaliar a qualidade do efluente em resposta a alterações do caudal e composição do afluente, a alterações de condições operacionais e a outras alternativas de tratamento. O modelo mostrou-se bastante adequado na descrição da evolução mensal da qualidade do efluente final da ETAR relativamente aos parâmetros Sólidos Suspensos Totais (SST) e Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO5), embora apresente uma tendência para os subestimar em 1,5 e 3,5 mg/L, respetivamente. Em relação ao azoto total, os valores simulados aproximaram-se dos valores reais, quando se aumentaram as taxas de recirculação interna para 400%, um fator de cerca de 4 vezes superior. Os resultados do modelo e dos cenários mostram e reforçam o bom desempenho e a operação otimizada da ETAR em relação a remoção de SST e CBO5. Em relação ao azoto total, a ETAR não assegura de forma sistemática uma eficiência elevada, mas apresenta um bom desempenho, face ao que o modelo consegue explicar para as mesmas condições operacionais. Através do estudo de cenários procurou-se encontrar alternativas de tratamento eficientes e viáveis de remoção de azoto total, mas não se identificaram soluções que assegurassem decargas de azoto abaixo dos limites legais. Os melhores resultados que se alcançaram para a remoção deste contaminante estão associados ao aumento das taxas de recirculação interna do sistema pré-anóxico existente e a uma configuração do tipo Bardenpho de quatro estágios com alimentação distribuída, em proporções iguais, pelos dois estágios anóxicos. Outras soluções que envolvam tecnologias distintas podem e devem ser equacionadas em projetos futuros que visem a melhoria de eficiência de remoção de azoto da ETAR.

Water quality trading: credit stacking and ancillary benefits

Ecosystems can provide many services. Wetlands, for example, can help mitigate water pollution from point sources as well as non-point sources, serve as habitat for wildlife, sequester carbon and serve as a place for recreation. Studies have found that these services can have substantial value to society. The sale of ecosystem credits has been found to be a possible way to finance construction investments in wetlands and easements to farmers to take their land out of production. At the same time, selling one ecosystem service credit may not always be enough to justify the investment. Traditionally market participants have only been allowed to sell a single credit from one piece of land, but recently there have been discussions about the possibility of selling more than one credit from a piece of land because it potentially could lead to more efficient ecosystem service provision. Selling multiple credits is sometimes referred to as credit stacking. This paper is an empirical study of the potential for credit stacking applied to the services provided by wetlands in the Upper Mississippi River Basin, specifically nitrogen, phosphorus and wildlife credits. In the setting of our study where costs are discrete rather than continuous we found that wetlands are a cost-effective way to reduce the nitrogen loads from wastewater treatment plants and that stacking nitrogen, phosphorus and wildlife credits may improve social welfare while leading to a higher level of ecosystem services. However, for credit stacking to be welfare improving we found that there needs to be a substantial demand for the credit that covers the majority of the investment in wetlands, while the credit aggregator has a choice between what ecosystem projects to undertake. If the credit that covers the majority of investment is sold first and is the sole basis of the investment decision and the objective is to improve welfare, a sequential implementation of ecosystem credits is not recommended; it would not lead to an increase in the total amount of ecosystem services provided though it would increase profit for the credit producer.

Dinâmica do fósforo em cultivo heterotrófico e produção de compostos celulares por cianobactéria integrado a biorrefinarias agroindustriais

O objetivo desta tese foi avaliar a dinâmica do fósforo em cultivo heterotrófico e produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli visando avaliar a perspectiva de implementação de uma biorrefinaria microalgal. Desta forma, foi avaliado o comportamento do micro-organismo em estudo no cultivo heterotrófico, utilizando como meio de cultivo o efluente de laticínios. O trabalho foi desenvolvido em 3 etapas. Em um primeiro momento foi avaliada a influência da temperatura (20 e 30°C) e os valores máximos e mínimos de nutrientes, em especial do fósforo dissolvido reativo (PDR), disponíveis no efluente de laticínio, na remoção de nutrientes. Os resultados demonstraram que a concentração inicial de fósforo dissolvido e a temperatura exerceram influência no crescimento celular e na eficiência de remoção de nutrientes. Em termos de otimização de processo os cultivos conduzidos a 20°C e maiores concentrações de PDR (5,5 mg.L-1 ) no efluente de laticínio, foram os mais eficientes na conversão de poluentes em biomassa e remoção de nutrientes. A segunda etapa foi desenvolvida com o objetivo de avaliar a dinâmica de distribuição de fósforo na fase líquida e sólida do reator heterotrófico, quando o efluente de laticínio foi tratado pela Aphanothece microscopica Nägeli, a 20°C e nas máximas concentrações de fósforo dissolvido encontradas no efluente. Foi demonstrado que as formas fosforadas na fase líquida do reator se caracterizam pela predominância da fração dissolvida em comparação à particulada e por apresentar como fração predominante a de fósforo orgânico. No que se refere à fase sólida, ficou demonstrado que a Aphanothece microscopica Nägeli, quando cultivada heterotroficamente apresenta 3,8 vezes mais fósforo que o requerido para o crescimento celular. Ficando demonstrado ainda que a remoção biológica de fósforo por Aphanothece microscopica Nägeli pode resultar em substanciais aportes financeiros para as estações de tratamento de efluentes. Uma terceira etapa foi desenvolvida, a qual teve como objetivo avaliar a estimativa de produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli, a partir do efluente de laticínio, bem como o efeito da redução de temperatura de cultivo no teor de lipídios , no momento em que é obtida a máxima concentração deste componente celular, nas condições otimizadas.Foi obtido na fase logarítmica de crescimento, concentrações de 41,8 % de proteinas, carboidratos 28,5 %, lipídios 10,4 % e minerais 10,8 %. O maior teor de lipídio registrado a 20°C correspondeu a biomassa analisada na fase logarítmica.Com a redução da temperatura para 5°C por um período de 30 h é possível obter concentrações de lipídios 2,4 vezes superior ao registrado na fase logarítmica a 20 °C. No entanto, não foram indicadas diferenças significativas (p≤0,05) em função da temperatura entre as concentrações de lipídios obtidas para a biomassa a 10°C em 40 h. O perfil de ácidos graxos da biomassa gerada a 20°C, apresentou como ácidos graxos majoritários, os ácidos graxos: palmítico, oléico, γ-linolênico, palmitoleico e esteárico, resultando um aumento na concentração de ácidos graxos saturados as espensa dos insaturados, quando a temperatura é reduzida. Em paralelo,um reator heterotrófico descontinuo foi definido, ficando demonstrado que a extrapolação da operação em batelada para contínua requer um biorreator heterotrófico com volume útil de trabalho de 240,51 m 3 , permitindo tratar 950 m3 diários de efluente, gerando 11,8 kg.d-1 de biomassa útil para produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli, visando à simultânea remoção de matéria orgânica, nitrogênio total e fósforo total, gerando insumos que podem suportar a implementação de uma biorrefinaria microalgal.

Otimização do método QuEChERS para determinação de agrotóxicos, fármacos e produtos de cuidado pessoal em lodo de ETA por LC-ESI-MS/MS

O lodo gerado em Estação de Tratamento de Água (ETA) durante as etapas de floculação e decantação é classificado como resíduo não inerte. Estudos recentes apontam para uma diminuição na concentração de agrotóxicos, fármacos e Produtos de Cuidado Pessoal (PCP) em águas, após o seu tratamento. Uma possível explicação seja que estes compostos possam estar ficando aderidos ao lodo; entretanto, a investigação desses compostos no lodo de ETA é bastante reduzida. Neste trabalho, foi realizada a otimização do método QuEChERS com determinação por Cromatografia Líquida acoplada a Espectrometria de Massas sequencial para analisar agrotóxicos (atrazina, simazina, clomazona e tebuconazol), fármacos (amitriptilina, cafeína, diclofenaco e ibuprofeno) e PCP (metilparabeno, propilparabeno, triclocarban e bisfenol A) em lodo de ETA, uma matriz bastante complexa, constituída basicamente de compostos inorgânicos (areia, argila e silte) e orgânicos (substâncias húmicas). Após otimizado, o método apresentou limites de quantificação ente 1 e 50 µg kg-1 e as curvas analíticas apresentaram valores de r maiores que 0,98. As recuperações variaram entre 50 e 120% com RSD ≤ 15%. O efeito matriz foi avaliado e observou-se a supressão do sinal para a maioria dos compostos, sendo o efeito compensado utilizando a quantificação por superposição na matriz. O método foi aplicado em amostras de lodo de ETA e foram identificados tebuconazol e metilparabeno em concentrações

Sintered Sewage Sludge As Support Material Used In Drinking Water Filtration

The processing of industry and domestic effluents in wastewater treatment plants reduces the amount of polluted material and forms reusable water and dehydrated sludge. the generation of hazardous municipal sludge can be decreased, as well as the impact on surface and underground water and the risk to human health. The aim this study is to verify the possibility to use sintered sewage sludge as support material after thermal treatment in the production of a filtering material to water supply systems. After thermal treatment the sewage sludge ash was characterized by X-ray fluorescence (XRF), leaching test and water solubilization. Dehydration of sludge was performed by controlled heating at temperatures of 180 degrees C, 350 degrees C, 600 degrees C, 850 degrees C and 1000 degrees C for 3 hours.

Análisis medioambiental de las plantas de tratamiento de aguas residuales del cantón Girón: diagnóstico y elaboración de un plan de mejoras

El presente trabajo de titulación tiene como finalidad la evaluación, el diagnóstico y la elaboración de un plan de mejoras que permita optimizar los procesos de depuración de las plantas de tratamiento de aguas residuales de los sectores Pambadel y Zhuringualo del Cantón Girón. En el diagnóstico de las PTAR se realizó la caracterización de los afluentes y efluentes; los valores obtenidos se compararon con la normativa ambiental TULSMA, a fin de evaluar el cumplimiento. Los resultados de laboratorio de los años 2014, 2015 y 2016junto con la valoración in situpermitieron determinar los porcentajes de eficiencia de las depuradoras. Laseficiencias alcanzadas en el 2014 fueron de 70,98% para Pambadel, 69,14% en Zhuringualo, en el año 2015 de -266,94% paraplanta de Pambadel, 66,03% para Zhuringualo, en el 2016 de 40,45% y 71,23% respectivamente. Al momento de comparar con la normativa encontramos incumplimiento en parámetros como: fósforo, coliformes totales y termotolerantes. También se efectuó un análisis social en el cual se encuestó a los pobladores de las zonas de influencia directa de las PTAR con la finalidad de conocer las necesidades y molestias que estas generan. Concluyendo que es necesaria la implementación del plan de mejoras que implica los siguientes procesos de optimización: un programa de mantenimiento emergente y remodelación de infraestructura deteriorada, la implementación de un laboratorio básico, la construcción de un sistema de pretratamiento basándose en los planos de diseño y la realización de estudios técnicos posteriores.

Removal of paracetamol on biomass-derived activated carbon: Modeling the fixed bed breakthrough curves using batch adsorption experiments

The remediation of paracetamol (PA), an emerging contaminant frequently found in wastewater treatment plants, has been studied in the low concentration range (0.3–10 mg L−1) using as adsorbent a biomass-derived activated carbon. PA uptake of up to 100 mg g−1 over the activated carbon has been obtained, with the adsorption isotherms being fairly explained by the Langmuir model. The application of Reichemberg and the Vermeulen equations to the batch kinetics experiments allowed estimating homogeneous and heterogeneous diffusion coefficients, reflecting the dependence of diffusion with the surface coverage of PA. A series of rapid small-scale column tests were carried out to determine the breakthrough curves under different operational conditions (temperature, PA concentration, flow rate, bed length). The suitability of the proposed adsorbent for the remediation of PA in fixed-bed adsorption was proven by the high PA adsorption capacity along with the fast adsorption and the reduced height of the mass transfer zone of the columns. We have demonstrated that, thanks to the use of the heterogeneous diffusion coefficient, the proposed mathematical approach for the numerical solution to the mass balance of the column provides a reliable description of the breakthrough profiles and the design parameters, being much more accurate than models based in the classical linear driving force.

Assessment of the Occurrence and Potential Risks of Pharmaceuticals and their Metabolites in Fish and Water Using Liquid Chromatography Mass Spectrometry

A comprehensive method for the analysis of 11 target pharmaceuticals representing multiple therapeutic classes was developed for biological tissues (fish) and water. Water samples were extracted using solid phase extraction (SPE), while fish tissue homogenates were extracted using accelerated solvent extraction (ASE) followed by mixed-mode cation exchange SPE cleanup and analyzed by liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Among the 11 target pharmaceuticals analyzed, trimethoprim, caffeine, sulfamethoxazole, diphenhydramine, diltiazem, carbamazepine, erythromycin and fluoxetine were consistently detected in reclaimed water. On the other hand, caffeine, diphenhydramine and carbamazepine were consistently detected in fish and surface water samples. In order to understand the uptake and depuration of pharmaceuticals as well as bioconcentration factors (BCFs) under the worst-case conditions, mosquito fish were exposed to reclaimed water under static-renewal for 7 days, followed by a 14-day depuration phase in clean water. Characterization of the exposure media revealed the presence of 26 pharmaceuticals while 5 pharmaceuticals including caffeine, diphenhydramine, diltiazem, carbamazepine, and ibuprofen were present in the organisms as early as 5 h from the start of the exposure. Liquid chromatography ultra-high resolution Orbitrap mass spectrometry was explored as a tool to identify and quantify phase II pharmaceutical metabolites in reclaimed water. The resulting data confirmed the presence of acetyl-sulfamethoxazole and sulfamethoxazole glucuronide in reclaimed water. To my knowledge, this is the first known report of sulfamethoxazole glucuronide surviving intact through wastewater treatment plants and occurring in environmental water samples. Finally, five bioaccumulative pharmaceuticals including caffeine, carbamazepine, diltiazem, diphenhydramine and ibuprofen detected in reclaimed water were investigated regarding the acute and chronic risks to aquatic organisms. The results indicated a low potential risk of carbamazepine even under the worst case exposure scenario. Given the dilution factors that affect environmental releases, the risk of exposure to carbamazepine will be even more reduced.

Photo Degradation of Cotnaminants of Emerging concern (CECs) under Simulated Solar Radiation: Implications for their Environmental Fate

Contaminants of emerging concern (CECs) are continuously being released into the environment mainly because of their incomplete removal in the sewage treatment plants (STPs). The CECs selected for the study include antibiotics (macrolides, sulfonamides and ciprofloxacin), sucralose (an artificial sweetener) and dioctyl sulfosuccinate (DOSS, chemical dispersant used in the Deepwater Horizon oil spill). After being discharged into waterways from STPs, photo degradation is a key factor in dictating the environmental fate of antibiotics and sucralose. Photodegradation efficiency depends on many factors such as pH of the matrix, matrix composition, light source and structure of the molecule. These factors exert either synergistic or antagonistic effects in the environment and thus experiments with isolated factors may not yield the same results as the natural environmental processes. Hence in the current study photodegradation of 13 CECs (antibiotics, sucralose and dicotyl sulfosuccinate) were evaluated using natural water matrices with varying composition (deionized water, fresh water and salt water) as well as radiation of different wavelengths (254 nm, 350 nm and simulated solar radiation) in order to mimic natural processes. As expected the contribution of each factor on the overall rate of photodegradation is contaminant specific, for example under similar conditions, the rate in natural waters compared to pure water was enhanced for antibiotics (2-11 fold), significantly reduced for sucralose (no degradation seen in natural waters) and similar in both media for DOSS. In general, it was observed that the studied compounds degraded faster at 254 nm, while when using a simulated sunlight radiation the rate of photolysis of DOSS increased and the rates for antibiotics decreased in comparison to the 350 nm radiation. The photo stability of the studied CECs followed the order sucralose > DOSS > macrolides > sulfonamides > ciprofloxacin and a positive relationship was observed between photo stability and their ubiquitous presence in natural aquatic matrices. An online LC-MS/MS method was developed and validated for sucralose and further applied to reclaimed waters (n =56) and drinking waters (n = 43) from South Florida. Sucralose was detected in reclaimed waters with concentrations reaching up to 18 µg/L. High frequency of detection (> 80%) in drinking waters indicate contamination of ground waters in South Florida by anthropogenic activity.

Emergence and fate of siloxanes in waste streams: Release mechanisms, partitioning and persistence in three environmental compartments

Siloxanes are widely used in personal care and industrial products due to their low surface tension, thermal stability, antimicrobial and hydrophobic properties, among other characteristics. Volatile methyl siloxanes (VMS) have been detected both in landfill gas and biogas from anaerobic digesters at wastewater treatment plants. As a result, they are released to gas phase during waste decomposition and wastewater treatment. During transformation processes of digester or landfill gas to energy, siloxanes are converted to silicon oxides, leaving abrasive deposits on engine components. These deposits cause increased maintenance costs and in some cases complete engine overhauls become necessary. ^ The objectives of this study were to compare the VMS types and levels present in biogas generated in the anaerobic digesters and landfills and evaluate the energetics of siloxane transformations under anaerobic conditions. Siloxane emissions, resulting from disposal of silicone-based materials, are expected to increase by 29% within the next 10 years. Estimated concentrations and the risk factors of exposure to siloxanes were evaluated based on the initial concentrations, partitioning characteristics and persistence. It was determined that D4 has the highest risk factor associated to bioaccumulation in liquid and solid phase, whereas D5 was highest in gas phase. Additionally, as siloxanes are combusted, the particle size range causes them to be potentially hazardous to human health. When inhaled, they may affix onto the alveoli of the lungs and may lead to development of silicosis. Siloxane-based COD-loading was evaluated and determined to be an insignificant factor concerning COD limits in wastewater. ^ Removal of siloxane compounds is recommended prior to land application of biosolids or combustion of biogas. A comparison of estimated costs was made between maintenance practices for removal of siloxane deposits and installation/operation of fixed-bed carbon absorption systems. In the majority of cases, the installation of fixed-bed adsorption systems would not be a feasible option for the sole purpose of siloxane removal. However they may be utilized to remove additional compounds simultaneously.^