An improved flow-based procedure for microdetermination of total tannins in beverages with minimized reagent consumption

A flow system designed with solenoid micro-pumps is introduced for spectrophotometric determination of total tannins based on the Folin- Denis reaction. The procedure minimizes the main drawbacks related to the AOAC batch procedure, i.e. interferences from reducing species in the samples, high reagent consumption and waste generation, and low sampling rate. Linear response was observed for tannic acid concentrations in the range 2-100 mg L-1, with a detection limit (99.7% confidence level) of 0.3 mg L-1. The sampling rate and coefficient of variation (n = 10) were estimated as 75 measurements per hour and 1.1%, respectively. Results of determination of total tannin in tea, beer and wine samples were in agreement with those achieved by the batch reference procedure at the 95% confidence level. In comparison to the batch procedure, the reagent consumption and effluent generation were 83 and 60-fold lower, respectively.

Obtaining polymeric composite membranes from lignocellulosic components of sugarcane bagasse for use in wastewater treatment

Currently, several research groups and industries are studying applications for the residues from agrobusiness, other than burning them. Thinking about a better use for the sugarcane bagasse, this study aims to obtain membranes of cellulose acetate composite with oxidized lignin, both isolated from sugarcane bagasse. Thus, we obtain a product with higher commercial value, from a natural fiber, which has applications in water and effluent treatment, and further contributes to the maintenance of the environment. Macromolecular components of bagasse were separated by steam explosion pre-treatment and a basic treatment with NaOH. The pulp obtained was bleached and acetylated, and subsequently membranes of this cellulose acetate were synthesized, incorporating oxidized lignin to these membranes in order to increase the metal retention capacity of them. The acetylated material was analyzed by IR, confirming acetylation. Degree of substitution was determined by volumetry, resulting in a diacetate to the MA I condition and a triacetate to MA II condition. It was observed that for the material with a lower degree of acetylation, it has better incorporation of oxidized lignins. SEM, showed membranes with dense structure. Tests were conducted to evaluate metal retention, and the average capacity of removal was 16% Cu(+2) in steady-state experiments.

Electrochemical treatment of tannery wastewater using DSA (R) electrodes

In this work we studied the electrochemical treatment of a tannery wastewater using dimensionally stable anodes (DSA (R)) containing tin, iridium, ruthenium, and titanium. The electrodes were prepared by thermal decomposition of the polymeric precursors. The electrolyses were performed under galvanostatic conditions, at room temperature. Effects of the oxide composition, current density, and effluent conductivity were investigated, and the current efficiency was calculated as a function of the time for the performed electrolyses. Results showed that all the studied electrodes led to a decrease in the content of both total phenolic compounds and total organic carbon (TOC), as well as lower absorbance in the UV-vis region. Toxicity tests using Daphnia similis demonstrated that the electrochemical treatment reduced the wastewater toxicity. The use of DSA (R) type electrodes in the electrochemical treatment of tannery wastewater proved to be useful since it can promote a decrease in total phenolic compounds, TOC, absorbance, and toxicity. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Simulação numérica aplicada ao tratamento de efluentes

A existência de estações de tratamentos de águas residuais (ETAR) é, nos dias de hoje, fundamental na medida em que permite, reduzir a poluição ambiental associada às águas e, também, a reutilização da água tratada para diversos fins. A constante necessidade de cumprir os limites de descargas nos meios recetores conduziu a um melhoramento nas técnicas e processos de tratamento de efluentes, nomeadamente, nos processos biológicos. O processo por lamas ativadas é um processo amplamente utilizado para a remoção de poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, pelo que um estudo mais intensivo sobre estes tratamentos resultou na publicação de uma série de conceitos e pressupostos, através de modelos numéricos. A modelação numérica de processos de tratamento de águas residuais e a utilização de ferramentas de simulação numérica têm sido largamente utilizadas, a nível mundial, por exemplo em investigação, desenvolvimento de processos, atividade de consultoria e igualmente por entidades reguladoras, na medida em que os auxiliam no planeamento, dimensionamento e análise do comportamento de infraestruturas de tratamento. No presente trabalho, recorreu-se ao software de simulação GPS-X (versão 6.0) para implementar o esquema de tratamento da ETAR de Beirolas. O objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de modelos numéricos na simulação de unidades de tratamento de efluentes e avaliar a resposta dos diferentes modelos, assim como a influência na alteração de características das águas afluentes no comportamento dos modelos. Os resultados obtidos permitiram concluir que os modelos numéricos podem ser utilizados para prever a resposta dos sistemas biológicos e as suas perturbações. Conclui-se ainda que o comportamento, dos modelos estudados (ASM1, ASM2d, ASM3 e mantis), é semelhante, contudo deve-se referir que devido à complexidade do modelo e a falta de informação experimental sobre as características do efluente, não permitiram efetuar uma completa caracterização e calibração do caso de estudo, e toda a informação disponível sobre as características físico-químicas da água foram baseadas em estimativas de concentrações de carências de oxigénio e sólidos suspensos.

Contribution of hospital effluents to the load of pharmaceuticals in urban wastewaters: Identification of ecologically relevant pharmaceuticals

The impact of effluent wastewaters from four different hospitals: a university (1456 beds), a general (350 beds), a pediatric (110 beds) and a maternity hospital (96 beds), which are conveyed to the same wastewater treatment plant (WWTP), was evaluated in the receiving urban wastewaters. The occurrence of 78 pharmaceuticals belonging to several therapeutic classes was assessed in hospital effluents and WWTP wastewaters (influent and effluent) as well as the contribution of each hospital in WWTP influent in terms of pharmaceutical load. Results indicate that pharmaceuticals are widespread pollutants in both hospital and urban wastewaters. The contribution of hospitals to the input of pharmaceuticals in urban wastewaters widely varies, according to their dimension. The estimated total mass loadings were 306 g d− 1 for the university hospital, 155 g d− 1 for the general one, 14 g d− 1 for the pediatric hospital and 1.5 g d− 1 for the maternity hospital, showing that the biggest hospitals have a greater contribution to the total mass load of pharmaceuticals. Furthermore, analysis of individual contributions of each therapeutic group showed that NSAIDs, analgesics and antibiotics are among the groups with the highest inputs. Removal efficiency can go from over 90% for pharmaceuticals like acetaminophen and ibuprofen to not removal for β-blockers and salbutamol. Total mass load of pharmaceuticals into receiving surface waters was estimated between 5 and 14 g/d/1000 inhabitants. Finally, the environmental risk posed by pharmaceuticals detected in hospital and WWTP effluents was assessed by means of hazard quotients toward different trophic levels (algae, daphnids and fish). Several pharmaceuticals present in the different matrices were identified as potentially hazardous to aquatic organisms, showing that especial attention should be paid to antibiotics such as ciprofloxacin, ofloxacin, sulfamethoxazole, azithromycin and clarithromycin, since their hazard quotients in WWTP effluent revealed that they could pose an ecotoxicological risk to algae.

Chromatic reintegration of historical mortars with lime-based pozzolanic consolidant products

3rd Historic Mortars Conference, 11-14 September 2013, Glasgow, Scotland

Caracterização do microbioma e dos perfis de resistência nos afluentes e efluentes de ETAR

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

Metsäteollisuuden jätevesien häiriöpäästöt ja niihin varautuminen. CASE: Kaakkois-Suomi

Metsäteollisuuden jätevesien normaaleja jatkuvia päästöjä hallitaan yhä paremmin. Tästä syystä niin sanottujen häiriöpäästöjen merkitys vesien kuormittajana kasvaa. Työssä tarkasteltiin 14 Kaakkois-Suomen metsäteollisuuden toiminnanharjoittajan jätevesien häiriöpäästöjä.Työn tavoitteena oli selvittää minkälaisia ja kuinka paljon poikkeuksellisia tilanteita on viime vuosina esiintynyt. Työssä selvitettiin mitkä syyt olivat aiheuttaneet häiriöpäästöjä, mitä vaikutuksia häiriöillä oli jätevesipäästöihin sekä kuinka tilanteissa oli toimittu. Työn teoriaosassa tarkasteltiin metsäteollisuuden tuotantoprosessien ja jätevedenpuhdistuksen mahdollisia häiriöpäästölähteitä sekä niiden ominaispiirteitä. Lisäksi tarkasteltiin häiriöpäästöjen vaikutuksia ja seurauksia toiminnanharjoittajien ja lupaviranomaisten näkökulmasta sekä kuinka häiriöpäästöihin tulee lainsäädännön ja ympäristöjärjestelmien mukaan varautua. Tutkimusosio koostui toiminnanharjoittajille lähetetystä häiriöpäästökyselystä, viranomaisille lähetetyistä häiriöpäästöilmoituksista sekä VAHTI –tietokannan vesipäästötiedoista. Kaikilla toiminnanharjoittajilla esiintyi häiriöpäästöjä. Häiriöpäästöt aiheuttivat lupaehtojen ylityksiä vuosina 1998-2003 yhteensä 66 kappaletta. Suurimpana syynä häiriöpäästöihin olivat prosessihäiriöt. Useimmiten häiriöpäästöt olivat usean eri syyn summa. Häiriöpäästöjen ilmoittamiskäytäntö viranomaisille vaihtelee, vaikka lupaehdoissa häiriö- ja poikkeustilanteet on määritelty kaikille lähes samalla tavalla. Jotkut ilmoittavat kaikista päästölisäyksistä, kun taas toiset ainoastaan merkittävistä. Osa ilmoittaa häiriöpäästöistä puhelimitse, jolloin ilmoituksesta ei jää kirjallista dokumenttia. Kaikista lupaehtojen ylityksistä ei ole tehty kirjallista ilmoitusta. Lupaehdoissa on häiriö- ja poikkeustilanteet määritelty sen verran suppeasti, että toiminnanharjoittajat soveltavat niitä haluamallaan tavalla. Valvontaviranomaiset puuttuvat häiriötilanteisiin lähinnä kehottamalla toiminnanharjoittajia poistamaan häiriötilanteet. Viranomaiset eivät ole määränneet toiminnan keskeyttämistä häiriöpäästöjen poistamiseksi. Yhdestä häiriöpäästöstä on tehty rikosilmoitus.

Biomass production by Arthrospira platensis under different culture conditions

In biotechnological processes, the culture media components are responsible for high costs and exert a strong influence on the cyanobacteria behavior. The objective of this study was to evaluate the Arthrospira platensis growth potential for biomass production under different cultivation conditions using an experimental design. Three factors that are important for cyanobacteria growth were evaluated: sodium bicarbonate (9 to 18 g/l), sodium nitrate (1.25 to 2.5 g/l), and irradiance (20 to 120 µmol photons/m2.s–1). The results showed that the concentration of NaNO3 in the A. platensis medium can be reduced, resulting in increased concentrations of biomass produced. There was a higher biomass production due to the increase in the concentration of NaHCO3 and irradiance, mainly when these two factors varied tending towards the highest values studied. The results demonstrate the potential to produce Arthrospira platensis with lower costs and effluent generation without affecting cultivation performance.

Investigations into phosphorus removal by constructed wetlands : root bed media modifications /

A study has been conducted focusing on how the phosphorus renrx)val efficiency of a constructed wetland (CW) can be optimized through the selective enrichment of the substratum. Activated alumina and powdered iron were examined as possible enrichment compounds. Using packed glass column trials it was found that alumina was not suitable for the renx)val of ortho-phosphate from solution, while mixtures of powdered iron and quartz sand proved to be very efficient. The evaluation of iron/sand mixtures in CWs planted with cattails was performed in three stages; first using an indoor lab scale wetland, then an outdoor lab scale wetland, and finally in a small scale pilot project. For the lab scale tests, three basic configurations were evaluated: using the iron/sand as a pre-filter, in the root bed. and as a post filter. Primary lagoon effluent was applied to the test cells to simulate actual CW conditions, and the total phosphorus and iron concentrations of the influent and effluent were nfK)nitored. The pilot scale trials were limited to using only a post filter design, due to in-progress research at the pilot site. The lab scale tests achieved average renrK>val efficiencies greater than 91% for all indoor configurations, and greater than 97% for all outdoor configurations. The pilot scale tests had an average renK)val efficiency of 60%. This relatively low efficiency in the pilot scale can be attributed to the post filters being only one tenth the size of the lab scale test in terms of hydraulic loading (6 cm/day vs. 60 cm/day).

Développement de techniques analytiques pour la détermination des agents anti-infectieux dans les eaux environnementales

Les agents anti-infectieux sont utilisés pour traiter ou prévenir les infections chez les humains, les animaux, les insectes et les plantes. L’apparition de traces de ces substances dans les eaux usées, les eaux naturelles et même l’eau potable dans plusieurs pays du monde soulève l’inquiétude de la communauté scientifique surtout à cause de leur activité biologique. Le but de ces travaux de recherche a été d’étudier la présence d’anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées (c.-à-d. eaux usées, eaux naturelles et eau potable) ainsi que de développer de nouvelles méthodes analytiques capables de quantifier et confirmer leur présence dans ces matrices. Une méta-analyse sur l’occurrence des anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées a démontré qu’au moins 68 composés et 10 de leurs produits de transformation ont été quantifiés à ce jour. Les concentrations environnementales varient entre 0.1 ng/L et 1 mg/L, selon le composé, la matrice et la source de contamination. D’après cette étude, les effets nuisibles des anti-infectieux sur le biote aquatique sont possibles et ces substances peuvent aussi avoir un effet indirect sur la santé humaine à cause de sa possible contribution à la dissémination de la résistance aux anti-infecteiux chez les bactéries. Les premiers tests préliminaires de développement d’une méthode de détermination des anti-infectieux dans les eaux usées ont montré les difficultés à surmonter lors de l’extraction sur phase solide (SPE) ainsi que l’importance de la sélectivité du détecteur. On a décrit une nouvelle méthode de quantification des anti-infectieux utilisant la SPE en tandem dans le mode manuel et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Les six anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime, ciprofloxacin, levofloxacin, clarithromycin et azithromycin) ont été quantifiés à des concentrations entre 39 et 276 ng/L dans les échantillons d’affluent et d’effluent provenant d’une station d’épuration appliquant un traitement primaire et physico- chimique. Les concentrations retrouvées dans les effluents indiquent que la masse moyenne totale de ces substances, déversées hebdomadairement dans le fleuve St. Laurent, était de ~ 2 kg. En vue de réduire le temps total d’analyse et simplifier les manipulations, on a travaillé sur une nouvelle méthode de SPE couplée-LC-MS/MS. Cette méthode a utilisé une technique de permutation de colonnes pour préconcentrer 1.00 mL d’échantillon dans une colonne de SPE couplée. La performance analytique de la méthode a permis la quantification des six anti-infectieux dans les eaux usées municipales et les limites de détection étaient du même ordre de grandeur (13-60 ng/L) que les méthodes basées sur la SPE manuelle. Ensuite, l’application des colonnes de SPE couplée de chromatographie à débit turbulent pour la préconcentration de six anti-infectieux dans les eaux usées a été explorée pour diminuer les effets de matrice. Les résultats obtenus ont indiqué que ces colonnes sont une solution de réchange intéressante aux colonnes de SPE couplée traditionnelles. Finalement, en vue de permettre l’analyse des anti-infectieux dans les eaux de surface et l’eau potable, une méthode SPE couplée-LC-MS/MS utilisant des injections de grand volume (10 mL) a été développée. Le volume de fuite de plusieurs colonnes de SPE couplée a été estimé et la colonne ayant la meilleure rétention a été choisie. Les limites de détection et de confirmation de la méthode ont été entre 1 à 6 ng/L. L’analyse des échantillons réels a démontré que la concentration des trois anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime et clarithromycine) était au dessous de la limite de détection de la méthode. La mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol et les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle ont été explorés comme des méthodes de confirmation possibles.

Analyse des agents de chimiothérapie par extraction sur phase solide automatisée couplée à la chromatographie liquide et la spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-ESI-MS/MS)

Les dernières décennies ont été marquées par une augmentation du nombre des cas de cancers, ce qui a subséquemment conduit à une augmentation dans la consommation des agents de chimiothérapie. La toxicité et le caractère cancérogène de ces molécules justifient l’intérêt crucial porté à leur égard. Quelques études ont fait l’objet de détection et de quantification des agents de chimiothérapie dans des matrices environnementales. Dans ce projet, une méthode utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) précédée d’une extraction sur phase solide (SPE) automatisée ou en ligne a été développée pour la détection et la quantification d’un groupe de six agents de chimiothérapie. Parmi ceux-ci figurent les plus utilisés au Québec (gemcitabine, méthotrexate, cyclophosphamide, ifosfamide, irinotécan, épirubicine) et présentant des propriétés physico-chimiques et des structures chimiques différentes. La méthode développée a été validée dans une matrice réelle représentant l’affluent d’une station d’épuration dans la région de Montréal. Deux des six composés cytotoxiques étudiés en l’occurrence (cyclophosphamide et méthotrexate) ont été détectés dans huit échantillons sur les neuf qui ont été recensés, essentiellement au niveau de l’affluent et l’effluent de quelques stations d’épuration de la région de Montréal. Les résultats des analyses effectuées sur les échantillons réels ont montré qu’il n’y avait pas de différence significative dans la concentration entre l’affluent et l’effluent, et donc que les systèmes d’épuration semblent inefficaces pour la dégradation de ces molécules.

SBR technology for wastewater treatment: suitable operational conditions for a nutrient removal

Actualment, la legislació ambiental ha esdevingut més restrictiva pel que fa a la descàrrega d'aigües residuals amb nutrients, especialment en les anomenades àrees sensibles o zones vulnerables. Arran d'aquest fet, s'ha estimulat el coneixement, desenvolupament i millora dels processos d'eliminació de nutrients. El Reactor Discontinu Seqüencial (RDS) o Sequencing Batch Reactor (SBR) en anglès, és un sistema de tractament de fangs actius que opera mitjançant un procediment d'omplerta-buidat. En aquest tipus de reactors, l'aigua residual és addicionada en un sol reactor que treballa per càrregues repetint un cicle (seqüència) al llarg del temps. Una de les característiques dels SBR és que totes les diferents operacions (omplerta, reacció, sedimentació i buidat) es donen en un mateix reactor. La tecnologia SBR no és nova d'ara. El fet, és que va aparèixer abans que els sistema de tractament continu de fangs actius. El precursor dels SBR va ser un sistema d'omplerta-buidat que operava en discontinu. Entre els anys 1914 i 1920, varen sorgir certes dificultats moltes d'elles a nivell d'operació (vàlvules, canvis el cabal d'un reactor a un altre, elevat temps d'atenció per l'operari...) per aquests reactors. Però no va ser fins a finals de la dècada dels '50 principis del '60, amb el desenvolupament de nous equipaments i noves tecnologies, quan va tornar a ressorgir l'interès pels SBRs. Importants millores en el camp del subministrament d'aire (vàlvules motoritzades o d'acció pneumàtica) i en el de control (sondes de nivell, mesuradors de cabal, temporitzadors automàtics, microprocessadors) han permès que avui en dia els SBRs competeixin amb els sistemes convencional de fangs actius. L'objectiu de la present tesi és la identificació de les condicions d'operació adequades per un cicle segons el tipus d'aigua residual a l'entrada, les necessitats del tractament i la qualitat desitjada de la sortida utilitzant la tecnologia SBR. Aquestes tres característiques, l'aigua a tractar, les necessitats del tractament i la qualitat final desitjada determinen en gran mesura el tractament a realitzar. Així doncs, per tal d'adequar el tractament a cada tipus d'aigua residual i les seves necessitats, han estat estudiats diferents estratègies d'alimentació. El seguiment del procés es realitza mitjançant mesures on-line de pH, OD i RedOx, els canvis de les quals donen informació sobre l'estat del procés. Alhora un altre paràmetre que es pot calcular a partir de l'oxigen dissolt és la OUR que és una dada complementària als paràmetres esmentats. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen d'una aigua residual sintètica utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de l'estudi de l'efecte del nombre d'alimentacions, la definició de la llargada i el número de fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha aplicat l'estratègia d'alimentació esglaonada a dues aigües residuals diferents: una procedent d'una indústria tèxtil i l'altra, dels lixiviats d'un abocador. En ambdues aigües residuals es va estudiar l'eficiència del procés a partir de les condicions d'operació i de la velocitat del consum d'oxigen. Mentre que en l'aigua residual tèxtil el principal objectiu era eliminar matèria orgànica, en l'aigua procedent dels lixiviats d'abocador era eliminar matèria orgànica i nitrogen. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen i fòsfor d'una aigua residual urbana utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de la definició del número i la llargada de les fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha analitzat la influència del pH i la font de carboni per tal d'eliminar fòsfor d'una aigua sintètica a partir de l'estudi de l'increment de pH a dos reactors amb diferents fonts de carboni i l'estudi de l'efecte de canviar la font de carboni. Tal i com es pot veure al llarg de la tesi, on s'han tractat diferents aigües residuals per a diferents necessitats, un dels avantatges més importants d'un SBR és la seva flexibilitat.

Modeling the Stream Water Nitrate Dynamics in 60,000-km(2) European Catchment, the Garonne, Southwest France

The spatial and temporal dynamics in the stream water NO3-N concentrations in a major European river-system, the Garonne (62,700 km(2)), are described and related to variations in climate, land management, and effluent point-sources using multivariate statistics. Building on this, the Hydrologiska Byrans Vattenbalansavdelning (HBV) rainfall-runoff model and the Integrated Catchment Model of Nitrogen (INCA-N) are applied to simulate the observed flow and N dynamics. This is done to help us to understand which factors and processes control the flow and N dynamics in different climate zones and to assess the relative inputs from diffuse and point sources across the catchment. This is the first application of the linked HBV and INCA-N models to a major European river system commensurate with the largest basins to be managed tinder the Water Framework Directive. The simulations suggest that in the lowlands, seasonal patterns in the stream water NO3-N concentrations emerge and are dominated by diffuse agricultural inputs, with an estimated 75% of the river load in the lowlands derived from arable farming. The results confirm earlier European catchment studies. Namely, current semi-distrubuted catchment-scale dynamic models, which integrate variations in land cover, climate, and a simple representation of the terrestrial and in-stream N cycle, are able to simulate seasonal NO3-N patterns at large spatial (> 300 km(2)) and temporal (>= monthly) scales using available national datasets.

Modeling the Stream Water Nitrate Dynamics in 60,000-km(2) European Catchment, the Garonne, Southwest France

The spatial and temporal dynamics in the stream water NO3-N concentrations in a major European river-system, the Garonne (62,700 km(2)), are described and related to variations in climate, land management, and effluent point-sources using multivariate statistics. Building on this, the Hydrologiska Byrans Vattenbalansavdelning (HBV) rainfall-runoff model and the Integrated Catchment Model of Nitrogen (INCA-N) are applied to simulate the observed flow and N dynamics. This is done to help us to understand which factors and processes control the flow and N dynamics in different climate zones and to assess the relative inputs from diffuse and point sources across the catchment. This is the first application of the linked HBV and INCA-N models to a major European river system commensurate with the largest basins to be managed tinder the Water Framework Directive. The simulations suggest that in the lowlands, seasonal patterns in the stream water NO3-N concentrations emerge and are dominated by diffuse agricultural inputs, with an estimated 75% of the river load in the lowlands derived from arable farming. The results confirm earlier European catchment studies. Namely, current semi-distrubuted catchment-scale dynamic models, which integrate variations in land cover, climate, and a simple representation of the terrestrial and in-stream N cycle, are able to simulate seasonal NO3-N patterns at large spatial (> 300 km(2)) and temporal (>= monthly) scales using available national datasets.