An imprecise fuzzy risk approach for water quality management of a river system

Uncertainty plays an important role in water quality management problems. The major sources of uncertainty in a water quality management problem are the random nature of hydrologic variables and imprecision (fuzziness) associated with goals of the dischargers and pollution control agencies (PCA). Many Waste Load Allocation (WLA)problems are solved by considering these two sources of uncertainty. Apart from randomness and fuzziness, missing data in the time series of a hydrologic variable may result in additional uncertainty due to partial ignorance. These uncertainties render the input parameters as imprecise parameters in water quality decision making. In this paper an Imprecise Fuzzy Waste Load Allocation Model (IFWLAM) is developed for water quality management of a river system subject to uncertainty arising from partial ignorance. In a WLA problem, both randomness and imprecision can be addressed simultaneously by fuzzy risk of low water quality. A methodology is developed for the computation of imprecise fuzzy risk of low water quality, when the parameters are characterized by uncertainty due to partial ignorance. A Monte-Carlo simulation is performed to evaluate the imprecise fuzzy risk of low water quality by considering the input variables as imprecise. Fuzzy multiobjective optimization is used to formulate the multiobjective model. The model developed is based on a fuzzy multiobjective optimization problem with max-min as the operator. This usually does not result in a unique solution but gives multiple solutions. Two optimization models are developed to capture all the decision alternatives or multiple solutions. The objective of the two optimization models is to obtain a range of fractional removal levels for the dischargers, such that the resultant fuzzy risk will be within acceptable limits. Specification of a range for fractional removal levels enhances flexibility in decision making. The methodology is demonstrated with a case study of the Tunga-Bhadra river system in India.

Fuzzy waste load allocation model: a multiobjective approach

Fuzzy Waste Load Allocation Model (FWLAM), developed in an earlier study, derives the optimal fractional levels, for the base flow conditions, considering the goals of the Pollution Control Agency (PCA) and dischargers. The Modified Fuzzy Waste Load Allocation Model (MFWLAM) developed subsequently is a stochastic model and considers the moments (mean, variance and skewness) of water quality indicators, incorporating uncertainty due to randomness of input variables along with uncertainty due to imprecision. The risk of low water quality is reduced significantly by using this modified model, but inclusion of new constraints leads to a low value of acceptability level, A, interpreted as the maximized minimum satisfaction in the system. To improve this value, a new model, which is a combination Of FWLAM and MFWLAM, is presented, allowing for some violations in the constraints of MFWLAM. This combined model is a multiobjective optimization model having the objectives, maximization of acceptability level and minimization of violation of constraints. Fuzzy multiobjective programming, goal programming and fuzzy goal programming are used to find the solutions. For the optimization model, Probabilistic Global Search Lausanne (PGSL) is used as a nonlinear optimization tool. The methodology is applied to a case study of the Tunga-Bhadra river system in south India. The model results in a compromised solution of a higher value of acceptability level as compared to MFWLAM, with a satisfactory value of risk. Thus the goal of risk minimization is achieved with a comparatively better value of acceptability level.

Proteins in Wastewater and Wastewater Sludges

Although there is some information on the total amounts of proteins in wastewater and sludges1"3 and on the amino acids in them,4-11 especially in activated sludge,12 there is almost no evidence on the nature of the proteins in these materials. A knowledge of the nature of proteins in wastewater, sludges, and similar substances would be useful not only for determining the pollutional effects on the environment and the changes in the protein structures during decomposition or treatment, but also for determining the possible usage of the resulting materials in agriculture,13 includ ing animal nutrition.

Lohjan seudun eri vesiensuojelutoimenpiteiden vaikutukset veden laatuun

Impacts of water quality of alternative pollution control measures in The Lohja region.

River water quality response under hypothetical climate change scenarios in Tunga-Bhadra river, India

Analysis of climate change impacts on streamflow by perturbing the climate inputs has been a concern for many authors in the past few years, but there are few analyses for the impacts on water quality. To examine the impact of change in climate variables on the water quality parameters, the water quality input variables have to be perturbed. The primary input variables that can be considered for such an analysis are streamflow and water temperature, which are affected by changes in precipitation and air temperature, respectively. Using hypothetical scenarios to represent both greenhouse warming and streamflow changes, the sensitivity of the water quality parameters has been evaluated under conditions of altered river flow and river temperature in this article. Historical data analysis of hydroclimatic variables is carried out, which includes flow duration exceedance percentage (e.g. Q90), single low- flow indices (e.g. 7Q10, 30Q10) and relationships between climatic variables and surface variables. For the study region of Tunga-Bhadra river in India, low flows are found to be decreasing and water temperatures are found to be increasing. As a result, there is a reduction in dissolved oxygen (DO) levels found in recent years. Water quality responses of six hypothetical climate change scenarios were simulated by the water quality model, QUAL2K. A simple linear regression relation between air and water temperature is used to generate the scenarios for river water temperature. The results suggest that all the hypothetical climate change scenarios would cause impairment in water quality. It was found that there is a significant decrease in DO levels due to the impact of climate change on temperature and flows, even when the discharges were at safe permissible levels set by pollution control agencies (PCAs). The necessity to improve the standards of PCA and develop adaptation policies for the dischargers to account for climate change is examined through a fuzzy waste load allocation model developed earlier. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Environmental remediation by photocatalysis

Photocatalysis refers to the oxidation and reduction reactions on semiconductor surfaces, mediated by the valence band holes and conduction band electrons, which are generated by the absorption of ultraviolet or visible light radiation. Photocatalysis is widely being practiced for the degradation and mineralization of hazardous organic compounds to CO2 and H2O, reduction of toxic metal ions to their non-toxic states, deactivation and destruction of water borne microorganisms, decomposition of air pollutants like volatile organic compounds, NOx, CO and NH3, degradation of waste plastics and green synthesis of industrially important chemicals. This review attempts to showcase the well established mechanism of photocatalysis, the use of photocatalysts for water and air pollution control,visible light responsive modified-TiO2 and non-TiO2 based materials for environmental and energy applications, and the importance of developing reaction kinetics for a comprehensive understanding and design of the processes.

Multicomponent Assembly of Fluorescent-Tag Functionalized Ligands in Metal-Organic Frameworks for Sensing Explosives

Detection of trace amounts of explosive materials is significantly important for security concerns and pollution control. Four multicomponent metal organic frameworks (MOFs-12, 13, 23, and 123) have been synthesized by employing ligands embedded with fluorescent tags. The multicomponent assembly of the ligands was utilized to acquire a diverse electronic behavior of the MOFs and the fluorescent tags were strategically chosen to enhance the electron density in the MOFs. The phase purity of the MOFs was established by PXRD, NMR spectroscopy, and finally by singlecrystal XRD. Single-crystal structures of the MOFs-12 and 13 showed the formation of three-dimensional porous networks with the aromatic tags projecting inwardly into the pores. These electron-rich MOFs were utilized for detection of ex- plosive nitroaromatic compounds (NACs) through fluorescence quenching with high selectivity and sensitivity. The rate of fluorescence quenching for all the MOFs follows the order of electron deficiency of the NACs. We also showed the detection of picric acid (PA) by luminescent MOFs is not always reliable and can be misleading. This attracts our attention to explore these MOFs for sensing picryl chloride (PC), which is as explosive as picric acid and used widely to prepare more stable explosives like 2,4,6-trinitroaniline from PA. Moreover, the recyclability and sensitivity studies indicated that these MOFs can be reused several times with parts per billion (ppb) levels of sensitivity towards PC and 2,4,6-trinitrotoluene (TNT).

Coastal management measures for the lower Maumee Watershed, Lake Erie

In January 2006 the Maumee Remedial Action Plan (RAP) Committee submitted a State II Watershed Restoration Plan for the Maumee River Great Lakes Area of Concern (AOC) area located in NW Ohio to the State of Ohio for review and endorsement (MRAC, 2006). The plan was created in order to fulfill the requirements, needs and/or use of five water quality programs including: Ohio Department of Natural Resources (DNR) Watershed Coordinator Program; Ohio EPA Great Lakes RAP Program; Ohio DNR Coastal Non-point Source Pollution Control Program; Ohio EPA Total Maximum Daily Load Program; and US Fish & Wildlife Service Natural Resources Damage Program. The plan is intended to serve as a comprehensive regional management approach for all jurisdictions, agencies, organizations, and individuals who are working to restore the watershed, waterways and associated coastal zone. The plan includes: background information and mapping regarding hydrology, geology, ecoregions, and land use, and identifies key causes and sources for water quality concerns within the six 11-digit hydrological units (HUCs), and one large river unit that comprise the Maumee AOC. Tables were also prepared that contains detailed project lists for each major watershed and was organized to facilitate the prioritization of research and planning efforts. Also key to the plan and project tables is a reference to the Ohio DNR Coastal Management Measures that may benefit from the implementation of an identified project. This paper will examine the development of the measures and their importance for coastal management and watershed planning in the Maumee AOC. (PDF contains 4 pages)

Contribuição para a elaboração de um sistema de gestão ambiental dos diques de manutenção e reparo do Arsenal de Marinha do Rio de Janeiro

A Baía de Guanabara, ambiente de localização do Arsenal de Marinha do Rio de Janeiro (AMRJ), sofre com a intensa pressão antrópica, principalmente no aspecto da qualidade das águas. Neste contexto, uma fração considerável da poluição decorre das atividades dos estaleiros, uma vez que a atividade industrial naval no Rio de Janeiro não tem mecanismo de controle de poluição à altura do seu real potencial poluidor. Esta ausência de fiscalização possibilita o lançamento na Baía de resíduos sólidos, esgotos sanitários, efluentes químicos, oleosos e tóxicos, tornando crescente a contaminação dessas águas, margens e mangues. Estes descartes cada vez mais são alvo das exigências ambientais da sociedade e das legislações. Devido a isto, a gestão de efluentes líquidos do Arsenal tornou-se prioritária, para tal, esse estudo foi proposto, tendo iniciado pela análise das oficinas do estaleiro, na qual as operações no dique foram identificadas como uma das mais impactantes do estaleiro. A partir desta constatação, estão apresentadas duas fontes de pesquisas para a redução dos impactos. Na primeira etapa, há o estudo das atividades geradoras de efluentes no dique de reparo, com os objetivos de propor a implantação das diretrizes de melhores práticas de gestão, de minimizar a geração de efluentes líquidos e de contribuir para a adoção de práticas ambientais proativas. Como segunda pesquisa, com base nas tecnologias mundiais, há a proposta de tratamento dos efluentes de um dique, na qual foram identificados os processos que irão atender às necessidades ambientais do estaleiro, com as opções de escolha entre o tratamento parcial, para o descarte na rede pública, ou com o prosseguimento do processo até o seu reúso. As conclusões deste estudo apontam para a implantação da gestão ambiental do dique sistematizada, rigorosa e integrada com a gestão das embarcações, acrescentando-se a isto, as necessidades de incorporação de tecnologias modernas e de sistema de tratamento dos efluentes, propiciando de maneira sustentável que haja a continuação do processo de produção do estaleiro e, ao mesmo tempo, permitindo o retorno da biodiversidade da Baía de Guanabara.

Measurement of polycyclic aromatic hydrocarbons in ambient air by fluorescence spectroscopic techniques

250 p. + anexos

The effects of water quality on freshwater fish populations - final report

There is a need to determine quantitative relationships between fishery status and water quality in order to make informed judgements concerning fishery health and the setting of environmental quality standards for fishery protection. Such relationships would also assist in the formulation of a system for classifying fisheries. A national database of fisheries and water quality has been collated from the archives of pollution control authorities throughout the UK. A number of probable and potential water quality effects on fish populations have been identified from a thorough analysis of the database, notwithstanding large confounding effects such as habitat variation and fish mobility, and the generally sparse nature of water quality information. A number of different approaches to data analysis was utilised, and the value of each has been appraised. Recommendations concerning the integration of water quality assessment approaches have been made and further research on fishery status, and its measurement, in relation to water quality has been suggested.

Mathematical models for the prediction of temperature distributions resulting from the discharge of heated water into large bodies of water

Mathematical models for heated water outfalls were developed for three flow regions. Near the source, the subsurface discharge into a stratified ambient water issuing from a row of buoyant jets was solved with the jet interference included in the analysis. The analysis of the flow zone close to and at intermediate distances from a surface buoyant jet was developed for the two-dimensional and axisymmetric cases. Far away from the source, a passive dispersion model was solved for a two dimensional situation taking into consideration the effects of shear current and vertical changes in diffusivity. A significant result from the surface buoyant jet analysis is the ability to predict the onset and location of an internal hydraulic jump. Prediction can be made simply from the knowledge of the source Froude number and a dimensionless surface exchange coefficient. Parametric computer programs of the above models are also developed as a part of this study. This report was submitted in fulfillment of Contract No. 14-12-570 under the sponsorship of the Federal Water Quality Administration.

Problemas direto e inverso de processos de separação em leito móvel simulado mediante mecanismos cinéticos de adsorção

Diversas aplicações industriais relevantes envolvem os processos de adsorção, citando como exemplos a purificação de produtos, separação de substâncias, controle de poluição e umidade entre outros. O interesse crescente pelos processos de purificação de biomoléculas deve-se principalmente ao desenvolvimento da biotecnologia e à demanda das indústrias farmacêutica e química por produtos com alto grau de pureza. O leito móvel simulado (LMS) é um processo cromatográfico contínuo que tem sido aplicado para simular o movimento do leito de adsorvente, de forma contracorrente ao movimento do líquido, através da troca periódica das posições das correntes de entrada e saída, sendo operado de forma contínua, sem prejuízo da pureza das correntes de saída. Esta consiste no extrato, rico no componente mais fortemente adsorvido, e no rafinado, rico no componente mais fracamente adsorvido, sendo o processo particularmente adequado a separações binárias. O objetivo desta tese é estudar e avaliar diferentes abordagens utilizando métodos estocásticos de otimização para o problema inverso dos fenômenos envolvidos no processo de separação em LMS. Foram utilizados modelos discretos com diferentes abordagens de transferência de massa, com a vantagem da utilização de um grande número de pratos teóricos em uma coluna de comprimento moderado, neste processo a separação cresce à medida que os solutos fluem através do leito, isto é, ao maior número de vezes que as moléculas interagem entre a fase móvel e a fase estacionária alcançando assim o equilíbrio. A modelagem e a simulação verificadas nestas abordagens permitiram a avaliação e a identificação das principais características de uma unidade de separação do LMS. A aplicação em estudo refere-se à simulação de processos de separação do Baclofen e da Cetamina. Estes compostos foram escolhidos por estarem bem caracterizados na literatura, estando disponíveis em estudos de cinética e de equilíbrio de adsorção nos resultados experimentais. De posse de resultados experimentais avaliou-se o comportamento do problema direto e inverso de uma unidade de separação LMS visando comparar os resultados obtidos com os experimentais, sempre se baseando em critérios de eficiência de separação entre as fases móvel e estacionária. Os métodos estudados foram o GA (Genetic Algorithm) e o PCA (Particle Collision Algorithm) e também foi feita uma hibridização entre o GA e o PCA. Como resultado desta tese analisouse e comparou-se os métodos de otimização em diferentes aspectos relacionados com o mecanismo cinético de transferência de massa por adsorção e dessorção entre as fases sólidas do adsorvente.

Avaliação de Metodologia para Controle e Medição de Cor em Efluentes Têxteis.

Os processos de beneficiamento têxtil, como o alvejamento, a purga, o tingimento e as lavagens são reconhecidamente impactantes ao meio ambiente, tanto do ponto de vista de consumo de água, quanto da geração de efluentes. Os efluentes têxteis oriundos dos processos de beneficiamento se caracterizam por apresentarem elevadas concentrações de substâncias emulsificantes, íons cloreto, sólidos e matéria orgânica, além de alta toxicidade. Mas sem dúvida, o maior problema desses efluentes deve-se a presença de corantes e pigmentos. Alguns parâmetros físico-químicos importantes no controle da poluição hídrica são de difícil medição e consequente monitoramento, principalmente pela ausência de legislação que expresse de maneira clara e objetiva os limites destes parâmetros. Este fato permite avaliações dúbias e contestações aos órgãos ambientais. Especificamente no caso do parâmetro cor, esta subjetividade obriga muitas indústrias a empregarem valores de controle de cor oriundos de outros estados, ou até mesmo de outros países. No Rio de Janeiro, de acordo com a NT-202-R-10 do INEA, o critério para cor é estar virtualmente ausente no efluente. Neste contexto, este estudo avaliou algumas metodologias empregadas na determinação da cor em um efluente têxtil. Para a medição de cor, foram empregadas três metodologias descritas na literatura. A primeira metodologia desenvolvida para análise de água, também utilizada para efluentes líquidos, se baseia em medições espectrofotométricas em um único comprimento de onda padrão (450nm ou 465nm), tendo como referência soluções de Pt-Co. Essa metodologia não abrange todas as tonalidades do espectro de cores possíveis para os efluentes têxteis. O segundo método se baseia na medição em três comprimentos de onda (436, 525 e 620nm), denominado índice DFZ. O último método investiga os valores máximos de absorbância, na faixa entre 350 e 700nm, na amostra. Os resultados obtidos mostraram que as correções dos valores de medição de cor utilizando os valores máximos de absorbância expressaram melhor a realidade dos dados experimentais, visto que eliminam um possível erro causado pela restrita faixa de detecção do método tradicional, numa região do espectro típica para tonalidades encontradas na água.

Biofiltração de compostos orgânicos voláteis e gás sulfídrico em estações de despejos industriais de processamento de hidrocarbonetos.

Neste trabalho foi estudado o tratamento simultâneo por biofiltração de emissões de compostos orgânicos voláteis, COV e gás sulfídrico, H2S, em estações de tratamento de despejos industriais, de refinaria de petróleo, ETDI. A biofiltração dos gases emanados da EDTI mostrou ser uma técnica de alta eficiência, atingindo valores de 95 a 99 % para tratamento simultâneo de COV e H2S em concentrações de 1000 e 100 ppmv, respectivamente. Foram realizados testes em 95 dias consecutivos de operação, em uma planta piloto instalada na Superintendência da Industrialização do Xisto, SIX, em São Mateus do Sul, Paraná, de março a agosto de 2006. O biofiltro foi do tipo fluxo ascendente, com 3,77 m3 de leito orgânico, composto de turfa, carvão ativado, lascas de madeira, serragem brita fina além de outros componentes menores. Foi realizada inoculação biológica com lodo filtrado de estação de tratamento de esgoto sanitário. As vazões de gás aplicadas variaram de 85 a 407 m3/h, resultando em taxas de carga de massa de 11,86 a 193,03 g de COV/h.m3 de leito e tempos de residência de 24 segundos a 6,5 minutos, com tempo ótimo de 1,6 minutos. A capacidade máxima de remoção do sistema encontrada, nas condições testadas, foi de 15 g de COV/h. m3, compatível com os valores encontrados na literatura para depuração biológica de COV na escala praticada. Também foi verificada a redução de componentes específicos de BTX, demonstrando boa degradabilidade dos compostos orgânicos. Finalmente o biofiltro demonstrou boa robustez biológica diante dos desvios operacionais intencionalmente provocados, tais como falta de umidade do leito, baixa temperatura, alta vazão, falta de carga de COV e baixo pH do leito. Depois de retomada a condição de operação estável, a biofiltração rapidamente atingiu o estado de equilíbrio, assegurando o uso eficiente e confiável da técnica no tratamento de gases de EDTI na indústria do hidrocarbonetos ou em refinarias de petróleo.