Experimental investigation of contaminant transport in coastal groundwater

Contaminant transport in coastal aquifers is of increasing interest since, with the development of coastal areas, contaminants from surface sources may enter coastal aquifers and pollute the groundwater flow. Coastal groundwater flow is complicated because of the presence of a freshwater-saltwater diffusion zone and the tidal variation of sea level at the seaward end. This paper investigates experimentally the behaviour of contaminant plumes with different densities in an unconfined coastal aquifer. Experiments were performed in a flow tank filled with glass beads as the porous medium. Results show that the dense contaminant has a more diffusive front than the less dense one in the seaward direction towards the coastline. The plume becomes more diffusive when it travels closer to the saltwater interface. On the contrary, the less dense contaminant presents a relatively sharp outline. It tends to migrate in the upper portion of the aquifer and exits in a concentrated manner over a small discharge area at the coastline, not further seaward under the sea. Non-dimensional parameters show that instabilities occur in our experiments for a density difference of 1.2% or larger between the contaminant and the ambient water. The experimental results provide guidance for field monitoring and numerical modelling. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Tracing the fate of N-15-enriched feed in an intensive shrimp system

The fate of N-15-nitrogen-enriched formulated feed fed to shrimp was traced through the food web in shallow, outdoor tank systems (1000 1) stocked with shrimp. Triplicate tanks containing shrimp water with and without sediment were used to identify the role of the natural biota in the water column and sediment in processing dietary nitrogen (N). A preliminary experiment demonstrated that N-15-nitrogen-enriched feed products could be detected in the food web. Based on this, a 15-day experiment was conducted. The ammonium (NH4+) pool in the water column became rapidly enriched (within one day) with N-15-nitrogen after shrimp were fed N-15-enriched feed. By day 15, 6% of the added N-15-nitrogen was in this fraction in the 'sediment' tanks compared with 0.4% in the 'no sediment' tanks. The particulate fraction in the water column, principally autotrophic nanoflagellates, accounted for 4-5% of the N-15-nitrogen fed to shrimp after one day. This increased to 16% in the 'no sediment' treatment, and decreased to 2% in the 'sediment' treatment by day 15. It appears that dietary N was more accessible to the phytoplankton community in the absence of sediment. The difference is possibly because a proportion of the dietary N was buried in the sediment in the 'sediment' treatment, making it unavailable to the phytoplankton. Alternatively, the dietary N was retained in the NH4+ pool in the water column since phytoplankton growth, and hence, N utilization was lower in the 'sediment' treatment. The lower growth of phytoplankton in the 'sediment' treatment appeared to be related to higher turbidity, and hence, lower light availability for growth. The percentage N-15-nitrogen detected in the sediment was only 6% despite the high capacity for sedimentation of the large biomass of plankton detritus and shrimp waste. This suggests rapid remineralization of organic waste by the microbial community in the sediment resulting in diffusion of inorganic N sources into the water column. It is likely that most of the dietary N will ultimately be removed from the tank system by water discharges. Our study showed that N-15-nitrogen derived from aquaculture feed can be processed by the microbial community in outdoor aquaculture systems and provides a method for determining the effect of dietary N on ecosystems. However, a significant amount of the dietary N was not retained by the natural biota and is likely to be present in the soluble organic fraction. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Production of mosquitoes in rainwater tanks and wells on Yorke Island, Torres Strait: Preliminary study

The Torres Strait in northernmost Queensland, Australia, is subject to periodic outbreaks of dengue. A large outbreak of dengue 2 in 1996-97 affected five islands, resulting in 200 confirmed cases. On most of the affected islands, rainwater tanks were a common breeding site for vector mosquitoes. Rainwater tanks, wells and household containers filled with water are the most common breeding sites for dengue mosquitoes (Aedes aegypti), the primary vector of dengue in Queensland. We report on surveys conducted in February 2002 to measure the productivity of rainwater tanks and wells on Yorke Is. (Torres Strait), the first time the productivity of rainwater tanks has been measured in Australia. Of 60 rainwater tanks sampled, 10 had broken screens. Using a sticky emergence trap, 179 adult mosquitoes were collected, consisting of 63 Aedes scutellaris and 116 Culex quinquefasciatus. One unscreened tank produced 177 (99%) of the adults. A plankton net was used to sample 16 wells; 12 positive wells yielded 111 immature (larvae and pupae) mosquitoes, consisting of 57% and 43% Ae. scutellaris and Cx. quinquefasciatus, respectively. The apparent displacement of Ae. aegypti by Ae. scutellaris is discussed. Measures to reduce the likelihood of future dengue outbreaks are recommended.

Play Preferences and Behavior of Preschool Children with Autistic Spectrum Disorder in the Clinical Environment

The play of children with autistic spectrum disorder (ASD) is a valuable medium for assessment and intervention, and its analysis has the potential to aid diagnosis. This study investigated spontaneous play behavior and play object preferences for 24 preschool children with ASD in a typical occupational therapy clinical environment. Play behavior was rated and choice of play object noted at 10-second intervals from a 15-minute video recording of unstructured play. Statistical analyses indicated that play behavior was consistent with descriptions in the literature. In addition, the children demonstrated clear preferences for play objects in the form of popular characters (e.g., Thomas the Tank Engine) and those with sensorimotor properties. We propose that the inclusion of preferred play objects in a clinical environment may increase intrinsic motivation to play, and thereby enhance assessment and intervention.

Modelo de escoamento multifásico para estudo da interação onda/sedimento

Modelos de escoamento multifásico são amplamente usados em diversas áreas de pesquisa ambiental, como leitos fluidizados, dispersão de gás em líquidos e vários outros processos que englobam mais de uma propriedade físico-química do meio. Dessa forma, um modelo multifásico foi desenvolvido e adaptado para o estudo do transporte de sedimentos de fundo devido à ação de ondas de gravidade. Neste trabalho, foi elaborado o acoplamento multifásico de um modelo euleriano não-linear de ondas do tipo Boussinesq, baseado na formulação numérica encontrada em Wei et al. (1995), com um modelo lagrangiano de partículas, fundamentado pelo princípio Newtoniano do movimento com o esquema de colisões do tipo esferas rígidas. O modelo de ondas foi testado quanto à sua fonte geradora, representada por uma função gaussiana, pá-pistão e pá-batedor, e quanto à sua interação com a profundidade, através da não-linearidade e de propriedades dispersivas. Nos testes realizados da fonte geradora, foi observado que a fonte gaussiana, conforme Wei et al. (1999), apresentou melhor consistência e estabilidade na geração das ondas, quando comparada à teoria linear para um kh   . A não-linearidade do modelo de ondas de 2ª ordem para a dispersão apresentou resultados satisfatórios quando confrontados com o experimento de ondas sobre um obstáculo trapezoidal, onde a deformação da onda sobre a estrutura submersa está em concordância com os dados experimentais encontrados na literatura. A partir daí, o modelo granular também foi testado em dois experimentos. O primeiro simula uma quebra de barragem em um tanque contendo água e o segundo, a quebra de barragem é simulada com um obstáculo rígido adicionado ao centro do tanque. Nesses experimentos, o algoritmo de colisão foi eficaz no tratamento da interação entre partícula-partícula e partícula-parede, permitindo a evidência de processos físicos que são complicados de serem simulados por modelos de malhas regulares. Para o acoplamento do modelo de ondas e de sedimentos, o algoritmo foi testado com base de dados da literatura quanto à morfologia do leito. Os resultados foram confrontados com dados analíticos e de modelos numéricos, e se mostraram satisfatórios com relação aos pontos de erosão, de sedimentação e na alteração da forma da barra arenosa

Uma solução da equação difusão-advecção com o termo contragradiente

Neste trabalho, apresenta­se uma solução para equação de difusão­advecção considerando o  termo  contragradiente  que  é um termo  adicional. Esse termo  adicional  contém informações  sobre a assimetria, escala de tempo Lagrangeana e velocidade turbulenta vertical. A solução  da equação foi obtida pela utilização da técnica de Transformada de Laplace, considerando a  Camada  Limite  Planetária  (CLP)  como  um  sistema  de  multicamadas.  Os  parâmetros  turbulentos foram derivados da teoria de difusão estatística de Taylor, combinada com a teoria  da similaridade. Assim, são apresentadas simulações para diferentes valores de assimetria, o  que  propiciou  a  obtenção  de  uma  concentração  de  contaminantes  em  diferentes  alturas,  em  uma  camada  limite  convectiva.  A  avaliação  do  desempenho  do  modelo,  considerando  a  assimetria  no  processo  de  dispersão  de  poluentes  atmosféricos, foi realizada  através  de  um  experimento  de  tanque  convectivo  tradicional.  Nesse  experimento,  o  termo  contragradiente  influenciou a concentração de poluentes para uma camada limite convectiva. Entretanto, com  as  parametrizações  utilizadas,  o  modelo  não  conseguiu  captar  de  forma  eficiente  o  comportamento da concentração em pontos mais distantes da fonte.

Integrating environmental and economic life cycle analysis in product development: a material selection case study

Purpose Achieving sustainability by rethinking products, services and strategies is an enormous challenge currently laid upon the economic sector, in which materials selection plays a critical role. In this context, the present work describes an environmental and economic life cycle analysis of a structural product, comparing two possible material alternatives. The product chosen is a storage tank, presently manufactured in stainless steel (SST) or in a glass fibre reinforced polymer composite (CST). The overall goal of the study is to identify environmental and economic strong and weak points related to the life cycle of the two material alternatives. The consequential win-win or trade-off situations will be identified via a Life Cycle Assessment/Life Cycle Costing (LCA/LCC) integrated model. Methods The LCA/LCC integrated model used consists in applying the LCA methodology to the product system, incorporating, in parallel, its results into the LCC study, namely those of the Life Cycle Inventory (LCI) and the Life Cycle Impact Assessment (LCIA). Results In both the SST and CST systems the most significant life cycle phase is the raw materials production, in which the most significant environmental burdens correspond to the Fossil fuels and Respiratory inorganics categories. The LCA/LCC integrated analysis shows that the CST has globally a preferable environmental and economic profile, as its impacts are lower than those of the SST in all life cycle stages. Both the internal and external costs are lower, the former resulting mainly from the composite material being significantly less expensive than stainless steel. This therefore represents a full win-win situation. As a consequence, the study clearly indicates that using a thermoset composite material to manufacture storage tanks is environmentally and economically desirable. However, it was also evident that the environmental performance of the CST could be improved by altering its End-of-Life stage. Conclusions The results of the present work provide enlightening insights into the synergies between the environmental and the economic performance of a structural product made with alternative materials. Further, they provide conclusive evidence to support the integration of environmental and economic life cycle analysis in the product development processes of a manufacturing company, or in some cases even in its procurement practices.

Environmental performance of aquaculture in Rondônia state, Brazil

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

A-scan ultrasound system for real-time puncture safety assessment during percutaneous nephrolithotomy

Background: Kidney stone is a major universal health problem, affecting 10% of the population worldwide. Percutaneous nephrolithotomy is a first-line and established procedure for disintegration and removal of renal stones. Its surgical success depends on the precise needle puncture of renal calyces, which remains the most challenging task for surgeons. This work describes and tests a new ultrasound based system to alert the surgeon when undesirable anatomical structures are in between the puncture path defined through a tracked needle. Methods: Two circular ultrasound transducers were built with a single 3.3-MHz piezoelectric ceramic PZT SN8, 25.4 mm of radius and resin-epoxy matching and backing layers. One matching layer was designed with a concave curvature to work as an acoustic lens with long focusing. The A-scan signals were filtered and processed to automatically detect reflected echoes. Results: The transducers were mapped in water tank and tested in a study involving 45 phantoms. Each phantom mimics different needle insertion trajectories with a percutaneous path length between 80 and 150 mm. Results showed that the beam cross-sectional area oscillates around the ceramics radius and it was possible to automatically detect echo signals in phantoms with length higher than 80 mm. Conclusions: This new solution may alert the surgeon about anatomical tissues changes during needle insertion, which may decrease the need of X-Ray radiation exposure and ultrasound image evaluation during percutaneous puncture.

Remoção de metais usando casca de amendoim

Mestrado em Engenharia Química

Recuperação do isopentano da gasolina leve

Mestrado em Engenharia Química

Basic dyestuffs removal from textile effluents using feathers: equilibrium, kinetic and column studies

This research work has been focused in the study of gallinaceous feathers, a waste that may be valorised as sorbent, to remove the Dark Blue Astrazon 2RN (DBA) from Dystar. This study was focused on the following aspects: optimization of experimental conditions through factorial design methodology, kinetic studies into a continuous stirred tank adsorber (at pH 7 and 20ºC), equilibrium isotherms (at pH 5, 7 and 9 at 20 and 45ºC) and column studies (at 20ºC, at pH 5, 7 and 9). In order to evaluate the influence of the presence of other components in the sorption of the dyestuff, all experiments were performed both for the dyestuff in aqueous solution and in real textile effluent. The pseudo-first and pseudo-second order kinetic models were fitted to the experimental data, being the latter the best fit for the aqueous solution of dyestuff. For the real effluent both models fit the experimental results and there is no statistical difference between them. The Central Composite Design (CCD) was used to evaluate the effects of temperature (15 - 45ºC) and pH (5 - 9) over the sorption in aqueous solution. The influence of pH was more significant than temperature. The optimal conditions selected were 45ºC and pH 9. Both Langmuir and Freundlich models could fit the equilibrium data. In the concentration range studied, the highest sorbent capacity was obtained for the optimal conditions in aqueous solution, which corresponds to a maximum capacity of 47± 4 mg g-1. The Yoon-Nelson, Thomas and Yan’s models fitted well the column experimental data. The highest breakthrough time for 50% removal, 170 min, was obtained at pH 9 in aqueous solution. The presence of the dyeing agents in the real wastewater decreased the sorption of the dyestuff mostly for pH 9, which is the optimal pH. The effect of pH is less pronounced in the real effluent than in aqueous solution. This work shows that feathers can be used as sorbent in the treatment of textile wastewaters containing DBA.

Concepção de uma instalação frigorífica com atmosfera controlada para a conservação de uvas de mesa

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Avaliação da contaminação dos condensados de uma fábrica de pasta para papel

O objectivo do presente trabalho foi caracterizar os condensados produzidos numa fábrica de pasta para papel para identificar e localizar pontos da sua contaminação. Para o efeito, foram recolhidas amostras de condensado e caracterizados os parâmetros condutividade, pH, sódio e sílica. A amostragem decorreu no período entre 15 de Setembro a 6 de Novembro de 2008. Através da análise dos resultados obtidos para as concentrações de sílica e de sódio de cada uma das correntes, foram identificadas como contaminadas as correntes de condensado provenientes do condensador do Turbogerador 4, da área dos Digestores Descontínuos, da Evaporação e do Aquecedor de Água Quente para o Branqueamento. A realização de um balanço pontual à sílica no tanque de condensados da Central permitiu concluir que a maior contribuição advém do condensador do Turbogerador 4. Na Evaporação ocorre contaminação do condensado quando as secções do Concentrador 1 são colocadas em serviço após lavagem. Durante o acompanhamento do arranque da Evaporação, uma das secções (1/B) registou um valor máximo na concentração de sódio no condensado de 135 mg/L Na. Do estudo resulta, enquanto não for reparado e/ou substituído o equipamento responsável pelas contaminações, a necessidade de admitir requisitos para controlo da qualidade da água da caldeira menos restritivos, nomeadamente para a razão sódio/fosfato. É necessário, contudo, o rigoroso acompanhamento da qualidade da água da caldeira (pH, sobretudo) para prevenir afastamentos inesperados dos limites de controlo. Durante a realização deste trabalho foram identificadas algumas situações a melhorar, tais como a uniformização dos valores de desvio para esgoto dos condensados e das unidades utilizadas, a adequação das escalas dos aparelhos de medida para as gamas de leitura de interesse, a verificação e calibração periódica do equipamento instalado em linha, a adopção do parâmetro “Sódio” para controlo da qualidade dos condensados, a instalação de sistemas de amostragem com arrefecimento em todas as correntes de condensados e a reparação ou substituição de algum equipamento instalado em linha que se encontra em muito mau estado e ainda a manutenção do equipamento mantendo-o em boas condições de limpeza.

Caracterização de águas do processo e optimização dos consumos de água nos vários circuitos da Petibol, S.A. – Embalagens de Plástico

A empresa Petibol, S.A. – Embalagens de plástico centra-se na produção de embalagens de plástico a partir da matéria-prima Poliestireno Expandido (EPS) e Polipropileno Expandido (EPP). A empresa possui uma preocupação ao nível da qualidade da água e do aproveitamento energético, tendo desta forma surgido a realização do estudo na unidade industrial, com o objectivo de anular e/ou diminuir as possíveis lacunas existentes na unidade industrial. Numa primeira etapa foi realizada uma caracterização global à qualidade da água e à empresa, actualizando-se os esquemas já existentes, contabilizando-se os custos actuais relativamente aos processos no circuito da água (arrefecimento, aquecimento e pressurização), e por fim, efectuou-se um levantamento in loco do circuito de água, relativamente à pressão, temperatura e caudal. Numa fase posterior, foram propostos equipamentos e processos, tendo em vista a colmatação dos problemas identificados, realizando-se um subsequente estudo relativamente aos custos inerentes a esses novos processos. A caracterização à água foi avaliada em diferentes pontos do circuito industrial, tendo-se determinado na Sala de Bombagem que o filtro de areia não possuía as dimensões mais apropriadas, existindo também um problema a nível mecânico associado ao processo de contra-lavagem. Tais factos podem ser a causa da ocorrência de um aumento do teor de sólidos após a passagem na camada filtrante. Relativamente ao amaciador, este deveria amaciar de forma completa a água para alimentação à caldeira, embora se tenha registado à saída do amaciador uma dureza de 21,3 mg/L, denunciando problemas na troca iónica. No que toca à água de alimentação à caldeira, verifica-se a existência de parâmetros que não se encontram de acordo com os critérios enunciados para uma óptima qualidade, sendo eles o pH (10,14), condutividade (363 μS/cm), teor de ferro (1,21 mg/L) e a dureza (16 mg/L). De salientar que somente o teor de cobre, que se encontra em quantidades vestigiais, apresenta-se de acordo com os valores impostos. No que respeita à água da caldeira, esta apresenta parâmetros incompatíveis com os recomendados, sendo eles a condutividade (7350 μS/cm), teor de sólidos dissolvidos (5248 mg/L) e alcalinidade total (780 mg/L). De referir que o valor de pH (11,8) não se encontra de acordo com a aplicação do tratamento “fosfato-pH coordenado”. Em relação aos parâmetros com valores que se encontram dentro dos limites, estes correspondem à dureza (0 mg/L), ao teor de fosfatos (45 mg/L) e teor de sílica (0 mg/L). A água do circuito de arrefecimento foi sujeita a uma análise microbiológica, que corroborou a presença de um biofilme. Um dos problemas enunciados pela empresa, prendia-se com a impossibilidade de descarga, no colector municipal, dos condensados dos compressores, visto apresentarem uma quantidade de óleo de cerca de 43,3 mg/L, equivalente a quatro vezes o valor limite de emissão, de acordo com a legislação municipal. Por fim, o efluente de descarga industrial apresenta um valor de pH (10,3) acima do intervalo permitido por lei (6,0 – 9,0), sendo que a corrente que mais contribui para este acréscimo de pH corresponde à corrente proveniente da água de purga, visto esta apresentar um valor de pH de 12,22. De maneira a contornar os parâmetros enunciados, é proposto a substituição do filtro de areia da Sala de Bombagem, assim como a inserção de um conjunto de medidas de remoção de ferro e desinfecção, sendo a conjugação de arejamento, coagulação, filtração e desinfecção, por parte do hipoclorito, a proposta apresentada. Aos condensados dos compressores é apresentado um sistema de separação, que possibilita a remoção do óleo da água, e uma consequente descarga da mesma. Actualmente, não existe qualquer filtro de areia no circuito de arrefecimento da água, sendo proposto assim esse equipamento, de forma a minorar o desenvolvimento da população microbiana, bem como a permitir uma maior eficiência na transferência de calor na torre de arrefecimento. Relativamente à descarga industrial, é recomendável a colocação de um sistema de regularização automática de pH. A inserção de uma válvula de três vias permite um aproveitamento energético e de água, a partir da confluência da água oriunda dos furos com a água do tanque de água fria, sendo posteriormente alimentada à central de vácuo. No estudo da recuperação energética, um outro equipamento avaliado correspondeu à serpentina, no entanto, verificou-se que a poupança no consumo de gás natural era de apenas 0,005%, o que não se mostrou uma proposta viável. O orçamento de todos os equipamentos é de 11.720,76 €, possibilitando não só um melhor funcionamento industrial, como um menor impacto a nível ambiental. Os custos futuros de funcionamento aumentam em 3,36%, tendo a pressurização um aumento do seu custo em 3,4% em relação ao custo actual, verificando-se um custo anual de 10.781,21€, em relação aos processos de arejamento, coagulação e desinfecção.