Evaluación de vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum) en el diseño de humedales artificiales

En este trabajo se presenta la descripción e investigación en la evaluación de vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum) en el diseño de humedales artificiales. Para el tratamiento de aguas residuales de origen doméstico, siendo la vegetación uno de los principales componentes de estos sistemas de tratamientos no convencionales. Muchos \sistemas naturales" están siendo considerados con el propósito del tratamiento del agua residual y control de la contaminación del agua, debido a su alta fiabilidad ambiental y los bajos costos de construcción y mantenimiento, es el caso de los humedales artificiales. El interés en los sistemas naturales está basado en la conservación de los recursos asociados con estos sistemas como opuesto al proceso de tratamiento convencional de aguas residuales que es intensivo respecto al uso de energía y químicos. Los wetlands o humedales artificiales constituyen una alternativa de tratamiento debido a su alta eficiencia de remoción de contaminantes, a su bajo costo de instalación y mantenimiento y a su alta fiabilidad ambiental, generalmente un humedal artificial esta constituido por un medio de soporte el cual generalmente es arena o grava, vegetación y microorganismos o biopelícula los cuales llevan los diferentes procesos bioquímicos para remover los contaminantes del afluente. El objetivo general de este trabajo ha sido: Evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica, sólidos, nitrógeno y fósforo total de dos especies de plantas: vetiver (Chrysopogon zizanioides) y la elefanta (Pennisetum purpureum), en el diseño de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales de origen doméstico. Los humedales artificiales o sistemas pilotos, se encuentran ubicados en la universidad de Medellín y reciben una preparación de agua sintética, que asemeja a las características de un agua residual de origen doméstico. En el presente trabajo se evalúa el porcentaje de remoción de la carga orgánica de aguas residuales, en un sistema de tratamiento por humedales artificiales con dos especies vegetales. El sistema fue diseñado con tres módulos instalados de manera adjunta. En el primero no se integra ninguna especie vegetal, solo el medio de sustrato el cual constituye el blanco (-), en el segundo se integraron organismos de la especie vetiver (Chrysopogon zizanioides), en el tercer sistema piloto, organismos de la especie elefanta (Pennisetum purpureum) y en el cuarto organismos de la especie papiro japones (Cyperus alternifolius), los cuales constituyen el control positivo (+). Los módulos experimentales fueron limpiados, cortados y adecuados acorde al montaje inicial de las plantas y al espacio requerido para su disposición. A cada sistema piloto se le agrega medio de soporte constituido por grava (5 a 10 cm) y arena (15 a 20 cm), el sustrato es evaluado y caracterizado por su diámetro nominal, posterior en cada sistema se siembran las especies en un área de 3x3 y cada humedal por dos semanas se adecua bajo la solución de Hoagland y Arnon y régimen de humedad. En el agua sintética se analizaron los siguientes parámetros: pH, sólidos totales, sólidos suspendido totales, sólidos disueltos totales, demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), nitrógeno total (NTK) y fosforo total (PT). También se realizó la determinación del crecimiento de las plantas a partir del incremento de biomasa, porosidad de la raíz y de igual forma se determina NTK y PT. Los resultados demostraron que el sistema es una opción para la remoción de la carga orgánica y de nutrientes en aguas residuales de origen doméstico, de bajo costo de operación y mantenimiento, especialmente se observa que las plantas que crecen en sistemas de régimen de humedad ácuico y ústico, tienden a tener una mayor recepción y adaptación en los humedales artificiales pilotos, es el caso de la elefanta (Pennisetum purpureum), el cual presenta las más altas tasas de remoción de contaminantes y nutrientes en el afluente, seguido por el papiro japonés (Cyperus alternifolius) y el vetiver (Chrysopogon zizanioides), respecto a tasas de remoción. La remoción de contaminantes que se presentan más altos respectivamente, constituyen sólidos en primera instancia, seguido por la demanda bioquímica de oxigeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno total (NTK) y fósforo total (PT), estos últimos presentan una baja tasa de remoción, debido a la naturaleza misma del contaminante, a los organismos que realizan la remoción y absorción y al tiempo de retención que se elige, el cual influye en la tasa de remoción del contaminante siendo menor en la concentración de fósforo, pero se encuentranen el rango esperado para estos sistemas de tratamiento no convencionales.

Prevalence of Aspergillus fumigatus complex in waste sorting and incineration plants: an occupational threat

Aspergillus fumigatus is one of the major ubiquitous saprophytic fungi and it is considered one of the fungal species with higher clinical relevance. This study aimed at characterising the prevalence of A. fumigatus complex in one waste-sorting plant and also in one incineration plant. Conventional and molecular methodologies were applied in order to detect its presence. Aspergillus fumigatus complex was the second most frequently found in the air from the waste-sorting plant (16.0%) and from the incineration plant (18.0%). Regarding surfaces, it ranked the third species most frequently found in the waste-sorting plant (13.8%) and the second in the incineration plant (22.3%). In the waste-sorting plant, it was possible to amplify by qPCR DNA from the A. fumigatus complex in all culture-positive sampling sites plus one other sampling site that was negative by culture analysis. Considering the observed fungal load, it is recommended to apply preventive and protective measures in order to avoid or minimise worker's exposure.

Development of ultra-high-performance concrete (UHPC) using waste glass materials ─ towards innovative eco-friendly concrete

Le béton conventionnel (BC) a de nombreux problèmes tels que la corrosion de l’acier d'armature et les faibles résistances des constructions en béton. Par conséquent, la plupart des structures fabriquées avec du BC exigent une maintenance fréquent. Le béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) peut être conçu pour éliminer certaines des faiblesses caractéristiques du BC. Le BFUP est défini à travers le monde comme un béton ayant des propriétés mécaniques, de ductilité et de durabilité supérieures. Le BFUP classique comprend entre 800 kg/m³ et 1000 kg/m³ de ciment, de 25 à 35% massique (%m) de fumée de silice (FS), de 0 à 40%m de poudre de quartz (PQ) et 110-140%m de sable de quartz (SQ) (les pourcentages massiques sont basés sur la masse totale en ciment des mélanges). Le BFUP contient des fibres d'acier pour améliorer sa ductilité et sa résistance aux efforts de traction. Les quantités importantes de ciment utilisées pour produire un BFUP affectent non seulement les coûts de production et la consommation de ressources naturelles comme le calcaire, l'argile, le charbon et l'énergie électrique, mais affectent également négativement les dommages sur l'environnement en raison de la production substantielle de gaz à effet de serre dont le gas carbonique (CO[indice inférieur 2]). Par ailleurs, la distribution granulométrique du ciment présente des vides microscopiques qui peuvent être remplis avec des matières plus fines telles que la FS. Par contre, une grande quantité de FS est nécessaire pour combler ces vides uniquement avec de la FS (25 à 30%m du ciment) ce qui engendre des coûts élevés puisqu’il s’agit d’une ressource limitée. Aussi, la FS diminue de manière significative l’ouvrabilité des BFUP en raison de sa surface spécifique Blaine élevée. L’utilisation du PQ et du SQ est également coûteuse et consomme des ressources naturelles importantes. D’ailleurs, les PQ et SQ sont considérés comme des obstacles pour l’utilisation des BFUP à grande échelle dans le marché du béton, car ils ne parviennent pas à satisfaire les exigences environnementales. D’ailleurs, un rapport d'Environnement Canada stipule que le quartz provoque des dommages environnementaux immédiats et à long terme en raison de son effet biologique. Le BFUP est généralement vendu sur le marché comme un produit préemballé, ce qui limite les modifications de conception par l'utilisateur. Il est normalement transporté sur de longues distances, contrairement aux composantes des BC. Ceci contribue également à la génération de gaz à effet de serre et conduit à un coût plus élevé du produit final. Par conséquent, il existe le besoin de développer d’autres matériaux disponibles localement ayant des fonctions similaires pour remplacer partiellement ou totalement la fumée de silice, le sable de quartz ou la poudre de quartz, et donc de réduire la teneur en ciment dans BFUP, tout en ayant des propriétés comparables ou meilleures. De grandes quantités de déchets verre ne peuvent pas être recyclées en raison de leur fragilité, de leur couleur, ou des coûts élevés de recyclage. La plupart des déchets de verre vont dans les sites d'enfouissement, ce qui est indésirable puisqu’il s’agit d’un matériau non biodégradable et donc moins respectueux de l'environnement. Au cours des dernières années, des études ont été réalisées afin d’utiliser des déchets de verre comme ajout cimentaire alternatif (ACA) ou comme granulats ultrafins dans le béton, en fonction de la distribution granulométrique et de la composition chimique de ceux-ci. Cette thèse présente un nouveau type de béton écologique à base de déchets de verre à ultra-hautes performances (BEVUP) développé à l'Université de Sherbrooke. Les bétons ont été conçus à l’aide de déchets verre de particules de tailles variées et de l’optimisation granulaire de la des matrices granulaires et cimentaires. Les BEVUP peuvent être conçus avec une quantité réduite de ciment (400 à 800 kg/m³), de FS (50 à 220 kg/m³), de PQ (0 à 400 kg/m³), et de SQ (0-1200 kg/m³), tout en intégrant divers produits de déchets de verre: du sable de verre (SV) (0-1200 kg/m³) ayant un diamètre moyen (d[indice inférieur 50]) de 275 µm, une grande quantité de poudre de verre (PV) (200-700 kg/m³) ayant un d50 de 11 µm, une teneur modérée de poudre de verre fine (PVF) (50-200 kg/m³) avec d[indice inférieur] 50 de 3,8 µm. Le BEVUP contient également des fibres d'acier (pour augmenter la résistance à la traction et améliorer la ductilité), du superplastifiants (10-60 kg/m³) ainsi qu’un rapport eau-liant (E/L) aussi bas que celui de BFUP. Le remplacement du ciment et des particules de FS avec des particules de verre non-absorbantes et lisse améliore la rhéologie des BEVUP. De plus, l’utilisation de la PVF en remplacement de la FS réduit la surface spécifique totale nette d’un mélange de FS et de PVF. Puisque la surface spécifique nette des particules diminue, la quantité d’eau nécessaire pour lubrifier les surfaces des particules est moindre, ce qui permet d’obtenir un affaissement supérieur pour un même E/L. Aussi, l'utilisation de déchets de verre dans le béton abaisse la chaleur cumulative d'hydratation, ce qui contribue à minimiser le retrait de fissuration potentiel. En fonction de la composition des BEVUP et de la température de cure, ce type de béton peut atteindre des résistances à la compression allant de 130 à 230 MPa, des résistances à la flexion supérieures à 20 MPa, des résistances à la traction supérieure à 10 MPa et un module d'élasticité supérieur à 40 GPa. Les performances mécaniques de BEVUP sont améliorées grâce à la réactivité du verre amorphe, à l'optimisation granulométrique et la densification des mélanges. Les produits de déchets de verre dans les BEVUP ont un comportement pouzzolanique et réagissent avec la portlandite générée par l'hydratation du ciment. Cependant, ceci n’est pas le cas avec le sable de quartz ni la poudre de quartz dans le BFUP classique, qui réagissent à la température élevée de 400 °C. L'addition des déchets de verre améliore la densification de l'interface entre les particules. Les particules de déchets de verre ont une grande rigidité, ce qui augmente le module d'élasticité du béton. Le BEVUP a également une très bonne durabilité. Sa porosité capillaire est très faible, et le matériau est extrêmement résistant à la pénétration d’ions chlorure (≈ 8 coulombs). Sa résistance à l'abrasion (indice de pertes volumiques) est inférieure à 1,3. Le BEVUP ne subit pratiquement aucune détérioration aux cycles de gel-dégel, même après 1000 cycles. Après une évaluation des BEVUP en laboratoire, une mise à l'échelle a été réalisée avec un malaxeur de béton industriel et une validation en chantier avec de la construction de deux passerelles. Les propriétés mécaniques supérieures des BEVUP a permis de concevoir les passerelles avec des sections réduites d’environ de 60% par rapport aux sections faites de BC. Le BEVUP offre plusieurs avantages économiques et environnementaux. Il réduit le coût de production et l’empreinte carbone des structures construites de béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) classique, en utilisant des matériaux disponibles localement. Il réduit les émissions de CO[indice inférieur 2] associées à la production de clinkers de ciment (50% de remplacement du ciment) et utilise efficacement les ressources naturelles. De plus, la production de BEVUP permet de réduire les quantités de déchets de verre stockés ou mis en décharge qui causent des problèmes environnementaux et pourrait permettre de sauver des millions de dollars qui pourraient être dépensés dans le traitement de ces déchets. Enfin, il offre une solution alternative aux entreprises de construction dans la production de BFUP à moindre coût.

COMBUSTION and PYROLYSIS of A SLUDGE FROM WASTEWATER TREATMENT PLANT

The possibility of thermal treatment plants of municipal wastewater is an alternative solution for the final disposition of the sludge produced on small cities as Barueri, a small town of São Paulo State, Brazil. Combustion and pyrolysis of that municipal waste, occurring respectively in air and nitrogen, have been studied by thermogravimetry (TG) and differential thermal analysis (DTA). The main steps of each case were analyzed and Kissinger plots were used to estimate respective activation energies. DTG peaks are more indicated to represent the condition of maximum reaction rates than DTA peaks.

Design and Pilot Study for an Efficient High-Throughput Automated Computer-Vision Guided Intelligent De-Calyxing Machine for Post-Harvest Strawberry Processing

Strawberries harvested for processing as frozen fruits are currently de-calyxed manually in the field. This process requires the removal of the stem cap with green leaves (i.e. the calyx) and incurs many disadvantages when performed by hand. Not only does it necessitate the need to maintain cutting tool sanitation, but it also increases labor time and exposure of the de-capped strawberries before in-plant processing. This leads to labor inefficiency and decreased harvest yield. By moving the calyx removal process from the fields to the processing plants, this new practice would reduce field labor and improve management and logistics, while increasing annual yield. As labor prices continue to increase, the strawberry industry has shown great interest in the development and implementation of an automated calyx removal system. In response, this dissertation describes the design, operation, and performance of a full-scale automatic vision-guided intelligent de-calyxing (AVID) prototype machine. The AVID machine utilizes commercially available equipment to produce a relatively low cost automated de-calyxing system that can be retrofitted into existing food processing facilities. This dissertation is broken up into five sections. The first two sections include a machine overview and a 12-week processing plant pilot study. Results of the pilot study indicate the AVID machine is able to de-calyx grade-1-with-cap conical strawberries at roughly 66 percent output weight yield at a throughput of 10,000 pounds per hour. The remaining three sections describe in detail the three main components of the machine: a strawberry loading and orientation conveyor, a machine vision system for calyx identification, and a synchronized multi-waterjet knife calyx removal system. In short, the loading system utilizes rotational energy to orient conical strawberries. The machine vision system determines cut locations through RGB real-time feature extraction. The high-speed multi-waterjet knife system uses direct drive actuation to locate 30,000 psi cutting streams to precise coordinates for calyx removal. Based on the observations and studies performed within this dissertation, the AVID machine is seen to be a viable option for automated high-throughput strawberry calyx removal. A summary of future tasks and further improvements is discussed at the end.

Immobilized Microalgae for Nutrient Recovery from Source Separated Urine

Shortages in supply of nutrients and freshwater for a growing human population are critical global issues. Traditional centralized sewage treatment can prevent eutrophication and provide sanitation, but is neither efficient nor sustainable in terms of water and resources. Source separation of household wastes, combined with decentralized resource recovery, presents a novel approach to solve these issues. Urine contains within 1 % of household waste water up to 80 % of the nitrogen (N) and 50 % of the phosphorus (P). Since microalgae are efficient at nutrient uptake, growing these organisms in urine might be a promising technology to concomitantly clean urine and produce valuable biomass containing the major plant nutrients. While state-of-the-art suspension systems for algal cultivation have mayor shortcomings in their application, immobilized cultivation on Porous Substrate Photobioreactors (PSBRs) might be a feasible alternative. The aim of this study was to develop a robust process for nutrient recovery from minimally diluted human urine using microalgae on PSBRs. The green alga Desmodesmus abundans strain CCAC 3496 was chosen for its good growth, after screening 96 algal strains derived from urine-specific isolations and culture collections. Treatment of urine, 1:1 diluted with tap water and without addition of nutrients, was performed at a light intensity of 600 μmol photons m-2 s-1 with 2.5 % CO2 and at pH 6.5. A growth rate of 7.2 g dry weight m-² day-1 and removal efficiencies for N and P of 13.1 % and 94.1 %, respectively, were determined. Pre-treatment of urine with activated carbon was found to eliminate possible detrimental effects of pharmaceuticals. These results provide a basis for further development of the technology at pilot-scale. If found to be safe in terms human and environmental health, the biomass produced from three persons could provide the P for annual production of 31 kg wheat grain and 16 kg soybean, covering the caloric demand in food for almost one month of the year for such a household. In combination with other technologies, PSBRs could thus be applied in a decentralized resource recovery system, contributing to locally close the link between sanitation and food production.

Isolation and characterization of plastid terminal oxidase gene from carrot and its relation to carotenoid accumulation

Carrot (Daucus carota L.) is a biennial plant that accumulates considerable amounts of carotenoid pigments in the storage root. To better understand the molecular mechanisms for carotenoid accumulation in developing storage roots, plastid terminal oxidase (PTOX) cDNA was isolated and selected for reverse-transcription quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR). Present in photosynthetic species, PTOX is a plastid-located, nucleus encoded plastoquinone (PQ)-O2 oxidoreductase (plastioquinol oxidase). The enzyme is known to play a role as a cofactor for phytoene desaturase, and consequently plays a key role in the carotenoid biosynthesis pathway. A single PTOX gene was identified (DcPTOX) in carrot. DcPTOX encodes a putative protein with 366 amino acids that contains the typical structural features of PTOXs from higher plants. The expression of DcPTOX was analysed during the development of white, yellow, orange, red, and purple carrot roots, along with five genes known to be involved in the carotenoid biosynthesis pathway, PSY2, PDS, ZDS1, LCYB1, and LCYE. Expression analysis revealed the presence of DcPTOX transcripts in all cultivars, and an increase of transcripts during the time course of the experiment, with differential expression among cultivars in early stages of root growth. Our results demonstrated that DcPTOX showed a similar profile to that of other carotenoid biosynthetic genes with high correlation to all of them. The preponderant role of PSY in the biosynthesis of carotenoid pigments was also confirmed.

Effect of phytoremediation with Atriplex nummularia in irrigated soils with saline waste..

In the semi-arid region of northeastern Brazil, the Atriplex plant genus has been efficient in removing salts from soils irrigated with saline wastewater. However, this removal might not be significant compared with the amount of salts added to the soil by the wastewater irrigation. Considering this aspect, the aim of this work was to evaluate the effectiveness of Atriplex nummularia Lindl plants in the remediation of a soil submitted to saline wastewater irrigation. Despite the known inhibition effect of saline wastewater on soil enzyme activity, the cultivation of Atriplex nummularia Lindl maintained the treated soil enzyme activity levels similar to the ones found in natural soils.

Guava waste to sustain guava(Psidium guajava) agroecosystem: nutrient "Balance" concepts.

2016

Use of organic compost containing waste from small ruminants in corn production.

Composting is a useful way of transforming livestock waste into organic fertilizer, which is proven to increase soil nutrient levels, and thus crop yield. Remains from production and slaughter of small ruminants can become a source of important elements for plant growth, such as N, after microorganism-driven decomposition.The aim of this investigation was to evaluate the effects of this compost on soil fertility and on the nutritional status and yield of the corn crop. The experiment was conducted in a Haplic Luvisol in a randomized block design with six treatments and five application rates of the organic compound in Mg ha-1: 3 (half the standard rate), 6 (standard rate), 9 (one and a half times the standard rate), 12 (twice the standard rate), and 24 (four times the standard rate) and an additional treatment with mineral fertilizers (110, 50 e 30 kg ha-1 of N, P2O5 and K2O, respectively), with four blocks. Evaluations were performed for two harvests of rainfed crops, measuring soil fertility, nutritional status, and grain yield. The compost increased P, K, Na and Zn values in the 0.00-0.20 m layer in relation of mineral fertilization in 616, 21, 114 and 90 % with rate 24 Mg ha-1 in second crop. Leaf N, Mg, and S contents, relative chlorophyll content, and the productivity of corn kernels increased in 27, 32, 36, 20 e 85 %, respectively, of low rate (3 Mg ha-1) to high rate (24 Mg ha-1) with of application of the compost. Corn yield was higher with application of organic compost in rate of 24 Mg ha-1 than mineral fertilizer combination in second crop.

Assessing Household Food Waste in Italy: A Methodology for Detecting Drivers and Quantities

It has been estimated that one third of edible food destined for human consumption is lost or wasted along the food supply chain globally. Much of the waste comes from Global North, where consumers are considered as the bigger contributors. Different studies tried to analyze and estimate the Household Food Waste (HFW), especially in UK and Northern Europe. The result is that accurate studies at national level exist only in UK, Finland and Norway while no such studies are available in Italy, except for survey- based researches. Though, there is a widespread awareness that such methods might be not able to estimate Food Waste. Results emerging from literature clearly suggest that survey estimate inferior amounts of Food Waste as a result, if compared to waste sorting and weighting analysis or to diary studies. The hypothesis that household food waste is under-estimated when gathered through questionnaires has been enquired into. First, a literature review of behavioral economics and heuristics has been proposed; then, a literature review of the sector listing the existing methodologies to gather national data on Household Food Waste has been illustrated. Finally, a pilot experiment to test a mixed methodology is proposed. While literature suggests that four specific cognitive biases might be able to affect the reliability of answers in questionnaires, results of the present experiment clearly indicate that there is a relevant difference between how much the individual thinks to waste and he/she actually does. The result is a mixed methodology based on questionnaire, diary and waste sorting, able to overcome the cons of each single method.

Isolation and Identification of the Chitinolytic Bacteria from Rumen Ecosystem

Rumen is an interesting ecosystem for microbial exploration and their products. Isolation of the chitinolytic bacteria from the rumen ecosystem found 109 colonies that produced clear zone, 84 colonies (86%) anaerobic and 17 colonies (14%) aerobic. Clear zone appeared in the third and fourth days incubation. Four potential isolates were chosen for identification purposes. Results showed that the bacteria were sticky, gram-positive, motile, endospore-forming, mesophilic and aerobic. It was supposed to Bacillus spp. the optimal pH and temperature to produce chitinase from isolate 18 are pH 6.0 and temperature of 35-40ºC. Divalent cations Mg, Ca, Zn, and Mn increase chitinase activity, while Cu and Co inhibit enzyme activity. When isolate 18 was grown on shrimp waste meal, it showed aptimal activity on the fifth days incubation. (Animal Production 5(2): 73-78 (2003) Key Words : Isolation, Identification, Chitinolytic Bacteria, Rumen