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.

Numerical modelling of contaminant transport in coastal aquifers

This paper employs a two-dimensional variable density flow and transport model to investigate the transport of a dense contaminant plume in an unconfined coastal aquifer. Experimental results are also presented to show the contaminant plume in a freshwater-seawater flow system. Both the numerical and experimental results suggest that the neglect of the seawater interface does not noticeably affect the horizontal migration rate of the plume before it reaches the interface. However, the contaminant will travel further seaward and part of the solute mass will exit under the sea if the higher seawater density is not included. If the seawater density is included, the contaminant will travel upwards towards the beach along the freshwater-saltwater interface as shown experimentally. Neglect of seawater density, therefore, will result in an underestimate of solute mass rate exiting around the coastline. (C) 2002 IMACS. Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Confined-unconfined flow in a horizontal confined aquifer

Mixed confined and unconfined groundwater flow occurs in a bounded initially dry aquifer when the hydraulic head at the side boundary suddenly rises above the elevation of the aquifer's top boundary. The flow problem as modelled by the Boussinesq equation is non-trivial because of the involvement of two moving boundaries. The transformed equation (based on a similarity transformation) can, however, be dealt with more easily. Here, we present an approximate analytical solution for this flow problem. The approximate solution is compared with an 'exact' numerical solution and found to be a very accurate description for describing the mixed confined and unconfined flow in the confined aquifer. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Candidatus "Scalindua brodae", spec. nov., Candidatus "Scalindua wagneri", spec. nov., two new species of anaerobic ammonium oxidizing bacteria

Anaerobic ammonium oxidation (anammox) is both a promising process in wastewater treatment and a long overlooked microbial physiology that can contribute significantly to biological nitrogen cycling in the world's oceans. Anammox is mediated by a monophyletic group of bacteria that branches deeply in the Planctomycetales. Here we describe a new genus and species of anaerobic ammonium oxidizing planctomycetes, discovered in a wastewater treatment plant (wwtp) treating landfill leachate in Pitsea, UK. The biomass from this wwtp showed high anammox activity (5.0 +/- 0.5 nmol/mg protein/min) and produced hydrazine from hydroxylamine, one of the unique features of anammox bacteria. Eight new planctomycete 16S rRNA gene sequences were present in the 16S rRNA gene clone library generated from the biomass. Four of these were affiliated to known anammox 16S rRNA gene sequences, but branched much closer to the root of the planctomycete line of descent. Fluorescence in situ hybridization (FISH) with oligonucleotide probes specific for these new sequences showed that two species (belonging to the same genus) together made up > 99% of the planctomycete population which constituted 20% of the total microbial community. The identification of these organisms as typical anammox bacteria was confirmed with electron microscopy and lipid analysis. The new species, provisionally named Candidatus Scalindua brodae and Scalindua wagneri considerably extend the biodiversity of the anammox lineage on the 16S rRNA gene level, but otherwise resemble known anammox bacteria. Simultaneously, another new species of the same genus, Candidatus Scalindua sorokinii, was detected in the water column of the Black Sea, making this genus the most widespread of all anammox bacteria described so far.

Influence of hysteresis on tidal capillary fringe dynamics in a well-sorted sand

Nielsen and Perrochet [Adv. Water Resour. 23 (2000) 503] presented experimental data for cyclic water movement in the vadose zone above an oscillating watertable. The response of the watertable to cyclic forcing was characterised by the ratios of the forcing head to watertable amplitudes and their associated phase lag. They found that their non-hysteretic Richards' equation model failed to represent the observed behaviour of these parameters. This paper explores the effect on the simulated capillary fringe dynamics (in terms of these parameters) of including varying degrees of hysteresis in the moisture retention curve used in a numerical model of their experiment. It is clear that hysteresis can indeed account for observed discrepancies between simulation and experiment and that the effect of hysteresis varies with the frequency of oscillation. The use of a single-valued mean retention curve, as advocated by some authors, fails to provide a match between the simulated and observed behaviour of the Nielsen and Perrochet parameters, but is shown to be adequate for predicting time-averaged soil moisture profiles. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Relationship between flocculation of activated sludge and composition of extracellular polymeric substances

Activated sludge floes are a flocculated mass of microorganisms, extracellular polymeric substances (EPS) and adsorbed organic and inorganic material. The structure of the floes is very heterogeneous and floes with very different properties and morphologies may occur, depending on the conditions in the activated sludge treatment plant and wastewater composition. Present thinking suggests that cations, such as calcium, create cationic bridges with EPS excreted by the bacteria and thereby hold the various floe constituents together. However, due to the complex and heterogeneous nature of activated sludge, the mechanisms have neither been thoroughly investigated nor successfully quantified. A better understanding and description of the biological flocculation process is necessary in order to establish more efficient operational strategies. The main aim of this study was to get a comprehensive and unique insight into the floe properties of activated sludge and to assess the relative impact of chemical and physical parameters. A variety of sludges from full scale treatment plants with different settling properties were characterised. The interrelationships between floe parameters such as composition of EPS, surface properties and floe structure, and their effect on the flocculation and separation properties were assessed. The results indicate that the EPS, both in terms of quantity and quality, are very important for the floe properties of the activated sludge. However, presence of filaments may alter the physical properties of the floes considerably. The EPS showed positive correlations to sludge volume index (SVI) if only sludges with low or moderate numbers of filaments were included. The surface properties were more affected by the composition of the EPS than by the number of filaments. The EPS showed positive correlation to negative surface charge and a negative correlation to relative hydrophobicity and flocculation ability. The negative correlation between flocculation ability and amount of EPS was surprising. The shear sensitivity, measured as degree of erosion of floes when subjected to shear, was more affected by floe size and number of filaments than amount of EPS.

Water table waves in an unconfined aquifer: Experiments and modeling

[1] Comprehensive measurements are presented of the piezometric head in an unconfined aquifer during steady, simple harmonic oscillations driven by a hydrostatic clear water reservoir through a vertical interface. The results are analyzed and used to test existing hydrostatic and nonhydrostatic, small-amplitude theories along with capillary fringe effects. As expected, the amplitude of the water table wave decays exponentially. However, the decay rates and phase lags indicate the influence of both vertical flow and capillary effects. The capillary effects are reconciled with observations of water table oscillations in a sand column with the same sand. The effects of vertical flows and the corresponding nonhydrostatic pressure are reasonably well described by small-amplitude theory for water table waves in finite depth aquifers. That includes the oscillation amplitudes being greater at the bottom than at the top and the phase lead of the bottom compared with the top. The main problems with respect to interpreting the measurements through existing theory relate to the complicated boundary condition at the interface between the driving head reservoir and the aquifer. That is, the small-amplitude, finite depth expansion solution, which matches a hydrostatic boundary condition between the bottom and the mean driving head level, is unrealistic with respect to the pressure variation above this level. Hence it cannot describe the finer details of the multiple mode behavior close to the driving head boundary. The mean water table height initially increases with distance from the forcing boundary but then decreases again, and its asymptotic value is considerably smaller than that previously predicted for finite depth aquifers without capillary effects. Just as the mean water table over-height is smaller than predicted by capillarity-free shallow aquifer models, so is the amplitude of the second harmonic. In fact, there is no indication of extra second harmonics ( in addition to that contained in the driving head) being generated at the interface or in the interior.

Selective entrainment of sediment graded by size and density under waves

The influence of near-bed sorting processes on heavy mineral content in suspension is discussed. Sediment concentrations above a rippled bed of mixed quartz and heavy mineral sand were measured under regular nonbreaking waves in the laboratory. Using the traditional gradient diffusion process, settling velocity would be expected to strongly affect sediment distribution. This was not observed during present trials. In fact, the vertical gradients of time-averaged suspension concentrations were found to be similar for the light and heavy minerals, despite their different settling velocities. This behavior implies a convective rather than diffusive distribution mechanism. Between the nonmoving bed and the lowest suspension sampling point, fight and heavy mineral concentration differs by two orders of magnitude. This discrimination against the heavy minerals in the pickup process is due largely to selective entrainment at the ripple face. Bed-form dynamics and the nature of quartz suspension profiles are found to be little affected by the trialed proportion of overall heavy minerals in the bed (3.8-22.1%).

Anomalous water absorption in porous materials

The absorption of fluid by unsaturated, rigid porous materials may be characterized by the sorptivity. This is a simple parameter to determine and is increasingly being used as a measure of a material's resistance to exposure to fluids (especially moisture and reactive solutes) in aggressive environments. The complete isothermal absorption process is described by a nonlinear diffusion equation, with the hydraulic diffusivity being a strongly nonlinear function of the degree of saturation of the material. This diffusivity can be estimated from the sorptivity test. In a typical test the cumulative absorption is proportional to the square root of time. However, a number of researchers have observed deviation from this behaviour when the infiltrating fluid is water and there is some potential for chemo-mechanical interaction with the material. In that case the current interpretation of the test and estimation of the hydraulic diffusivity is no longer appropriate. Kuntz and Lavallee (2001) discuss the anomalous behaviour and propose a non-Darcian model as a more appropriate physical description. We present an alternative Darcian explanation and theory that retrieves the earlier advantages of the simple sorptivity test in providing parametric information about the material's hydraulic properties and allowing simple predictive formulae for the wetting profile to be generated.

Methodologies for calibration and predictive analysis of a watershed model

The use of a fitted parameter watershed model to address water quantity and quality management issues requires that it be calibrated under a wide range of hydrologic conditions. However, rarely does model calibration result in a unique parameter set. Parameter nonuniqueness can lead to predictive nonuniqueness. The extent of model predictive uncertainty should be investigated if management decisions are to be based on model projections. Using models built for four neighboring watersheds in the Neuse River Basin of North Carolina, the application of the automated parameter optimization software PEST in conjunction with the Hydrologic Simulation Program Fortran (HSPF) is demonstrated. Parameter nonuniqueness is illustrated, and a method is presented for calculating many different sets of parameters, all of which acceptably calibrate a watershed model. A regularization methodology is discussed in which models for similar watersheds can be calibrated simultaneously. Using this method, parameter differences between watershed models can be minimized while maintaining fit between model outputs and field observations. In recognition of the fact that parameter nonuniqueness and predictive uncertainty are inherent to the modeling process, PEST's nonlinear predictive analysis functionality is then used to explore the extent of model predictive uncertainty.

The application of wave induced forces to a two-dimensional finite element long wave hydrodynamic model

This paper describes the modification of a two-dimensional finite element long wave hydrodynamic model in order to predict the net current and water levels attributable to the influences of waves. Tests examine the effects of the application of wave induced forces, including comparisons to a physical experiment. An example of a real river system is presented with comparisons to measured data, which demonstrate the importance of simulating the combined effects of tides and waves upon hydrodynamic behavior. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Mecanismos de sustentabilidade das pol??ticas de vigil??ncia sanit??ria: um olhar sobre a Anvisa

Este artigo pretende ser uma colabora????o para o debate na ??rea de gest??o estrat??gica da sa??de, com foco na vigil??ncia sanit??ria. Nele buscou-se compreender as configura????es organizacionais que viabilizam (maior) ades??o ?? formula????o de estrat??gias em uma ag??ncia reguladora, a Ag??ncia Nacional de Vigil??ncia Sanit??ria (Anvisa). Foram consultados documentos da Anvisa dispon??veis ao p??blico na Internet, al??m de documentos internos nos arquivos da ??rea de planejamento da Ag??ncia. Foram analisados dois momentos de planejamento estrat??gico da Ag??ncia, ?? luz dos aspectos relacionados aos conceitos de poder e cultura, da configura????o organizacional, al??m das formas de controle sobre as ag??ncias reguladoras. Conclui-se que mecanismos que refor??am a transpar??ncia institucional levam ao sucesso de uma formula????o estrat??gica e ?? maior sustentabilidade das pol??ticas.

Acordo amaz??nico de ci??ncia, tecnologia e inova????o em sa??de: uma experi??ncia de integra????o regional

O presente artigo incorpora a experi??ncia de integra????o regional amaz??nica sob a ??gide do Acordo Amaz??nico de Ci??ncia, Tecnologia e Inova????o em Sa??de. Reconhecendo a import??ncia estrat??gica dessa regi??o detentora de inestim??veis patrim??nios em s??cio e biodiversidades, o Governo Federal declara, em 2003, a Amaz??nia uma prioridade para o combate ??s desigualdades e ao desenvolvimento socioecon??mico, articulando, desde ent??o, f??runs com minist??rios e institui????es regionais, embasados no Programa de Desenvolvimento Sustent??vel da Amaz??nia. Com o objetivo de implementar a????es para produ????o de saber cient??fico voltado ?? realidade local e para a integra????o da pesquisa b??sica e aplicada, ensino e tecnologia, incentiva-se a coopera????o com outras institui????es afins regionais, nacionais e internacionais. Uma dessas a????es resultou, em 2004, na formaliza????o do Acordo Multilateral de Coopera????o T??cnico-Cient??fica em Sa??de das Institui????es da Amaz??nia, cuja proposta baseia-se na constitui????o de uma rede de pesquisa, forma????o de recursos humanos, coopera????o t??cnica com gestores do SUS e coopera????o internacional em sa??de, objetivando desenvolver atividades de investiga????o conjunta para conhecer as realidades s??cios sanit??rias e epidemiol??gicas da regi??o e implementar respostas do sistema de sa??de e de ci??ncia, tecnologia e inova????o.

Avaliação da qualidade do leite e caracterização de laticínios do estado do Espírito Santo

O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,indicando a sua desnaturação devido à superpasteurização do leite. Para as análises microbiológicas de contagem bacteriana total e bactérias psicrotróficas, foi verificado uma contagem acima do estabelecido pela legislação. Além disso, os maiores valores médios de Contagem Bacteriana Total (CBT), contagem de microrganismos psicrotróficos e coliformes totais nas amostras de leite cru refrigerado foram verificados entre os laticínios com SIF, podendo ter como causa o uso de tanques comunitários pelos produtores, tempo de transporte para coleta de leite maior do que a média dos laticínios com SIE, a falta de adoção das Boas Práticas de Ordenha e o maior volume de leite coletado de diferentes produtores. Com relação à CBT e à contagem de coliformes totais em leite pasteurizado, os maiores valores médios foram verificados também nos laticínios SIF 1 e SIF 2. Os laticínios que apresentaram maior porcentagem de adequação aos requisitos das BPF foram os laticínios SIF 1 (87,82 %) e SIF 2 (80,66 %), os quais já possuíam os POP’s (Procedimento Operacional Padronizado), CIP (Controle Integrado de Pragas) e BPF (Boas Práticas de Fabricação) implantados ou em fase final de implantação. A análise dos resultados das análises microbiológicas, da aplicação do check-list e da aplicação do questionário permitiu a conclusão de que as empresas que possuíam SIF, apesar de apresentarem uma maior porcentagem de adequação aos requisitos de boas práticas de fabricação, possuíam uma qualidade da matéria-prima menor do que as indústrias com SIE. A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que o estudo de laticínios no estado do Espírito Santo possibilitou o conhecimento do setor e de seus problemas, contribuindo para o emprego de ações de melhoria e prevenção de futuros problemas.