A general framework for aquatic biogeochemical models

One of the most of challenging steps in the development of coupled hydrodynamic-biogeochemical models is the combination of multiple, often incompatible computer codes that describe individual physical, chemical, biological and geological processes. This “coupling” is time-consuming, error-prone, and demanding in terms of scientific and programming expertise. The open source, Fortran-based Framework for Aquatic Biogeochemical Models addresses these problems by providing a consistent set of programming interfaces through which hydrodynamic and biogeochemical models communicate. Models are coded once to connect to FABM, after which arbitrary combinations of hydrodynamic and biogeochemical models can be made. Thus, a biogeochemical model code works unmodified within models of a chemostat, a vertically structured water column, and a three-dimensional basin. Moreover, complex biogeochemistry can be distributed over many compact, self-contained modules, coupled at run-time. By enabling distributed development and user-controlled coupling of biogeochemical models, FABM enables optimal use of the expertise of scientists, programmers and end-users.

Decadal reanalysis of biogeochemical indicators and fluxes in the North West European shelf-sea ecosystem

In this paper we present the first decadal reanalysis simulation of the biogeochemistry of the North West European shelf, along with a full evaluation of its skill and value. An error-characterized satellite product for chlorophyll was assimilated into a physical-biogeochemical model of the North East Atlantic, applying a localized Ensemble Kalman filter. The results showed that the reanalysis improved the model predictions of assimilated chlorophyll in 60% of the study region. Model validation metrics showed that the reanalysis had skill in matching a large dataset of in situ observations for ten ecosystem variables. Spearman rank correlations were significant and higher than 0.7 for physical-chemical variables (temperature, salinity, oxygen), ∼0.6 for chlorophyll and nutrients (phosphate, nitrate, silicate), and significant, though lower in value, for partial pressure of dissolved carbon dioxide (∼0.4). The reanalysis captured the magnitude of pH and ammonia observations, but not their variability. The value of the reanalysis for assessing environmental status and variability has been exemplified in two case studies. The first shows that between 340,000-380,000 km2 of shelf bottom waters were oxygen deficient potentially threatening bottom fishes and benthos. The second application confirmed that the shelf is a net sink of atmospheric carbon dioxide, but the total amount of uptake varies between 36-46 Tg C yr−1 at a 90% confidence level. These results indicate that the reanalysis output dataset can inform the management of the North West European shelf ecosystem, in relation to eutrophication, fishery, and variability of the carbon cycle.

High precision C-14 dating of Holocene peat deposits: A comparison of Bayesian calibration and wiggle-matching approaches

The chronologies of five northern European ombrotrophic peat bogs subjected to a large ANIS C-14 dating effort (32-44 dates/site) are presented here. The results of Bayesian calibration (BCal) of dates with a prior assumption of chronological ordering were compared with a Bayesian wiggle-match approach (Bpeat) which assumes constant linear accumulation over sections of the peat profile. Interpolation of BCal age estimates of dense sequences of C-14 dates showed variable patterns of peat accumulation with time, with changes in accumulation occurring at intervals ranging from 20 to 50 cm. Within these intervals, peat accumulation appeared to be relatively linear. Close analysis suggests that some of the inferred variations in accumulation rate were related to the plant macrofossil composition of the peat. The wiggle-matched age-depth models had relatively high chronological uncertainty within intervals of closely spaced 14 C dates, suggesting that the premise of constant linear accumulation over large sections of the peat profile is unrealistic. Age models based on the assumption of linear accumulation over large parts of a peat core (and therefore only effective over millennial timescales), are not compatible with studies examining environmental change during the Holocene, where variability often occurs at decadal to centennial time-scales. Ideally, future wiggle-match age models should be constrained, with boundaries between sections based on the plant macrofossil composition of the peat and physical-chemical parameters such as the degree of decomposition. Strategies for the selection of material for dating should be designed so that there should be enough C-14 dates to accurately reconstruct the peat accumulation rate of each homogeneous stratigraphic unit. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Exploitation of inherited weakness in fire-damaged building sandstone: the ‘fatiguing’ of ‘shocked’ stone

The problem of the long-term impact of historical fire on masonry is not clearly understood. Much research focuses on the damage that is caused by fire in isolation, and omits to investigate the subsequent exploitation of weaknesses inherited from fire events. Fire can, for example, cause significant physical, chemical and mineralogical change to sandstone, which may then be exploited by background environmental factors such as salt and freeze–thaw weathering. To explore this experimentally, blocks of Peakmoor Sandstone were subjected to a real fire (as well as lime rendering/removal and frost cycle pre-treatments), and their subsequent response to salt weathering cycles was monitored by weight loss and visual assessment of the pattern of surface damage. Results illustrate that the post-fire deterioration of sandstone is strongly conditioned by fracture networks and soot cover inherited from the fire. The exploitation of fractures can lead to spalling during salt weathering cycles — this takes place as granular dissagregation steadily widens cracks and salts concentrate and crystallise in areas of inherited weakness. Soot cover can have a profound effect on subsequent performance. It reduces surface permeability and can be hydrophobic in character, limiting salt ingress and suppressing decay in the short term. However, as salt crystals concentrate under the soot crust, detachment of this layer can occur, exposing fire-damaged stone beneath. Understanding the subsequent exploitation of stone exposed to fire damage by background environmental factors (for example, salt weathering/ temperature cycling) is key to the post-fire management of stone decay.

An Update on Sedimentary Pigments in Victoria Land Lakes (East Antarctica)

Antarctic ice-free areas contain lakes and ponds that have interesting limnological features and are of wide global significance as early warning indicators of climatic and environmental change. However, most linmological and paleolimnological studies in continental Antarctica are limited to certain regions. There are several ice-free areas in Victoria Land that have not yet been studied well. There is therefore a need to extend limnological studies in space and time to understand how different geological and climatic features affect the composition and biological activity of freshwater communities. With the aim of contributing to a better limnological characterization of Victoria Land, this paper reports data on sedimentary pigments (used to identify the main algal taxa) obtained through a methodology that is more sensitive and selective than that of previous studies. Analyses were extended to 48 water bodies in ice-free areas with differing lithology, latitude, and altitude, and with different morphometry and physical, chemical, and biological characteristics in order to identify environmental factors affecting the distribution and composition of freshwater autotrophic communities. A wider knowledge of lakes in a limnologically important region of Antarctica was obtained. Cyanophyta was found to be the most important algal group, followed by Chlorophyta and Bacillariophyta, whereas latitude and altitude are the main factors affecting pigment distribution.

Au Nanoparticles for Applications in Analysis of Cellular and Biomolecular Recognitions

Au nanoparticles (AuNPs) have attracted a great interest in fabrication of various biosensor systems for analysis of cellular and biomolecular recognitions. In conjunction with vast conjugation chemistry available, the materials are easily coupled with biomolecules such as nucleic acids, antigens or antibodies in order to achieve their many potential applications as ligand carriers or transducing platforms for preparation, detection and quantification purposes. Furthermore, the nanoparticles possess easily tuned and unique optical/ physical/ chemical characteristics, and high surface areas, making them ideal candidates to this end. In this topic, sensing mechanisms based on localized surface plasmon resonance (LSPR), particle aggregation, catalytic property, and Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) of AuNPs as well as barcoding technologies including DNA biobarcodes will be discussed.

Stress tolerance and virulence of insect-pathogenic fungi are determined by environmental conditions during conidial formation

The virulence to insects and tolerance to heat and UV-B radiation of conidia of entomopathogenic fungi are greatly influenced by physical, chemical, and nutritional conditions during mycelial growth. This is evidenced, for example, by the stress phenotypes of Metarhizium robertsii produced on various substrates. Conidia from minimal medium (Czapek's medium without sucrose), complex medium, and insect (Lepidoptera and Coleoptera) cadavers had high, moderate, and poor tolerance to UV-B radiation, respectively. Furthermore, conidia from minimal medium germinated faster and had increased heat tolerance and were more virulent to insects than those from complex medium. Low water-activity or alkaline culture conditions also resulted in production of conidia with high tolerance to heat or UV-B radiation. Conidia produced on complex media exhibited lower stress tolerance, whereas those from complex media supplemented with NaCl or KCl (to reduce water activity) were more tolerant to heat and UV-B than those from the unmodified complex medium. Osmotic and nutritive stresses resulted in production of conidia with a robust stress phenotype, but also were associated with low conidial yield. Physical conditions such as growth under illumination, hypoxic conditions, and heat shock before conidial production also induced both higher UV-B and heat tolerance; but conidial production was not decreased. In conclusion, physical and chemical parameters, as well as nutrition source, can induce great variability in conidial tolerance to stress for entomopathogenic fungi. Implications are discussed in relation to the ecology of entomopathogenic fungi in the field, and to their use for biological control. This review will cover recent technologies on improving stress tolerance of entomopathogenic fungi for biological control of insects.

Spatial and temporal influences of in-stream factors on the chemistry and epilithic biomasses of upland stream metal deposits

The density and composition of stream bed metal deposits are affected by physical, chemical and biological processes. In this paper we investigate the importance of these processes and their relation to algal and non-photosynthetic detrital (NPD) biomass in a set of upland streams in Northern Ireland. Deposit density and Fe, Mn, Al and P concentrations varied with stream pH across sites but not seasonally. No effects of stream bed erosion or photoreduction were detected on deposit densities. Seasonal variation in stream water metal concentrations was correlated with rainfall. NPD biomass was a significant predictor of both spatial and seasonal variation in deposit concentrations. There were strong, non-linear, relations between NPD biomass and deposit metal concentrations, with Fe and Mn becoming relatively more important and algal biomass declining above threshold deposit/NPD densities. The results suggest that NPD biomass influences deposit density and reduces the biomass of photosynthetic autotrophs above a threshold deposit density.

Structure and dynamics of aqueous 2-propanol: A THz-TDS, NMR and neutron diffraction study

Aqueous liquid mixtures, in particular, those involving amphiphilic species, play an important role in many physical, chemical and biological processes. Of particular interest are alcohol/water mixtures; however, the structural dynamics of such systems are still not fully understood. Herein, a combination of terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) and NMR relaxation time analysis has been applied to investigate 2-propanol/water mixtures across the entire composition range; while neutron diffraction studies have been carried out at two specific concentrations. Excellent agreement is seen between the techniques with a maximum in both the relative absorption coefficient and the activation energy to molecular motion occurring at ∼90 mol% H₂O. Furthermore, this is the same value at which well-established excess thermodynamic functions exhibit a maximum/minimum. Additionally, both neutron diffraction and THz-TDS have been used to provide estimates of the size of the hydration shell around 2-propanol in solution. Both methods determine that between 4 and 5 H₂O molecules per 2-propanol are found in the 2-propanol/water clusters at 90 mol% H₂O. Based on the acquired data, a description of the structure of 2-propanol/water across the composition range is presented.

Estudo da substituição parcial do cloreto de sódio por cloreto de potássio em presunto

Dissertação para obtenção do grau de mestre em Sistemas de Prevenção e Controlo Alimentar, Escola Superior Agrária do Instituto Politécnico de Santarém, 2011

Matéria húmica de sapal: variações estruturais e complexação com o cobre

No presente trabalho foram estudadas as variações na composição, estrutura e comportamento das substâncias húmicas sedimentares (SHS), promovidas pela presença de duas espécies de plantas da família Chenopodiacea, presentes nos sapais da Ria de Aveiro: a Halimione portulacoides e a Arthrocnemum fruticosum. Para além das variações espaciais horizontais, foram investigadas as variações ao longo de um perfil de profundidades. Desta forma, para além da camada superficial (0-10 cm) de sedimentos com diferentes espécies de plantas e sem plantas, também foram investigadas camadas de sedimentos intermédia (20-25 cm) e profunda (45-50 cm). Para a extracção das SHS recorreu-se a uma pequena modificação do método proposto pela International Humic Substances Society (IHSS) para extracção e purificação de substâncias húmicas de solos. As SH extraídas foram caracterizadas através dos métodos espectroscópicos de absorção no ultravioleta visível, de fluorescência molecular síncrona, de absorção no infravermelho com transformadas de Fourier (FTIR) e de RMN 13C em estado sólido. Estas técnicas de caracterização foram complementadas pela análise elementar e termogravimetria. Em algumas amostras, foram ainda determinados o conteúdo em alguns metais por ICP-AES e o conteúdo funcional ácido por titulações potenciométricas. Após exaustiva caracterização das amostras de AH, procedeu-se ao estudo da sua capacidade de complexação com o cobre, recorrendo a titulações monitorizadas por fluorescência molecular síncrona. Os resultados revelaram que a colonização de sedimentos por plantas vasculares superiores conduz a uma alteração profunda no ambiente sedimentar e que esta é reflectida na diagénese das substâncias húmicas sedimentares, tendo-se observado variações a uma pequena escala espacial. O estudo deste tipo de variações nunca tinha sido efectuado em trabalhos anteriores. Nos ácidos fúlvicos detectaram-se diferenças na composição e estrutura das amostras correspondentes às camadas superiores de sedimentos, reflectindo a presença de diferentes colonizações vegetais. Relativamente aos ácidos húmicos, foi possível classificá-los em dois tipos distintos. Os AH do tipo I correspondem aos sedimentos superficiais e intermédios dos locais com plantas. Neste tipo de AH verificou-se uma incorporação de polissacarídeos e estruturas peptídicas, em estados de humificação pouco desenvolvidos. Os AH do tipo II correspondem aos sedimentos mais profundos de todos os locais e aos intermédios do local sem plantas e caracterizam-se por um maior grau de humificação e polimerização, um maior conteúdo aromático e de estruturas conjugadas e um maior conteúdo de grupos carboxílicos. Essas diferenças estruturais conduzem a diferentes comportamentos ácido/base e de complexação com o cobre. Assim, os AH do tipo I, que apresentam sinais espectroscópicos mais baixos associados a grupos carboxílicos e fenólicos, têm menor conteúdo de grupos funcionais ácidos e menor capacidade de complexação com o cobre quando se consideram ligandos característicos de unidades aromáticas conjugadas. Relativamente aos valores de log K dos complexos de AHS com o cobre, as amostras representativas da camada superficial dos sedimentos com plantas apresentaram valores superiores aos das restantes amostras de AH estudadas, cujos valores de log K são similares entre si. Atendendo aos resultados de análise elementar e espectroscópica, este facto pode estar associado à presença de compostos de azoto não peptídicos. Quanto a outros ligandos para o cobre, nomeadamente os representativos de estruturas peptídicas contendo o aminoácido triptofano e estruturas aromáticas simples, não foi possível obter resultados conclusivos. Dado que os ácidos húmicos do tipo I demonstraram um maior conteúdo peptídico e menor conteúdo aromático, o estudo destes ligandos torna-se importante para compreender melhor o efeito da presença de plantas nos sedimentos de sapal sobre o comportamento dos ácidos húmicos sedimentares como ligandos para o cobre. Refere-se ainda que foram detectadas certas especificidades na variação das características do sedimento e das substâncias húmicas com a profundidade nos diferentes locais estudados que não podem ser explicadas meramente com a presença de material vegetal oriundo de diferentes espécies de plantas, requerendo um conhecimento mais aprofundado das comunidades bentónicas e do ambiente físico-químico do sedimento.

Compósitos de polímeros naturais e nanopartículas metálicas

Esta tese descreve diversas estratégias de preparação assim como a caracterização de nanocompósitos com base em distintos biopolímeros. Em particular foi estudada a incorporação de nanopartículas (NPs) metálicas, nomeadamente de Ag, Cu e Au. Estes nanomateriais apresentam um potencial prático enorme em diversas áreas, no entanto foi investigada especificamente a sua aplicação como materiais antimicrobianos. No primeiro capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica, onde são realçados os principais tópicos discutidos ao longo da tese. Inicialmente apresenta-se uma contextualização deste trabalho sendo seguidamente apresentadas algumas considerações sobre nanocompósitos e o seu impacto tecnológico atual. Em seguida, descrevem-se as vantagens do uso de NPs como cargas nos materiais compósitos especificamente no caso de bionanocompósitos. Foi focado o uso da celulose como matriz uma vez que foi o composto “base” usado neste trabalho. Fez-se a descrição exaustiva das metodologias existentes na literatura para a preparação dos nanocompósitos celulósicos com diferentes NPs metálicas assim como das respetivas aplicações. Dentro das aplicações, foi dado especial destaque às propriedades antimicrobianas dos materiais preparados seja a nível da sua atividade antibacteriana ou antifúngica. Esta introdução privilegia o trabalho relacionado diretamente com os sistemas descritos nos capítulos subsequentes. No segundo capítulo apresentam-se os resultados obtidos para nanocompósitos de prata em matriz celulósica. Através do uso de metodologias, tais como a síntese in situ e a pós-deposição, foram preparados diversos materiais usando dois substratos celulósicos distintos nomeadamente a celulose vegetal e bacteriana. Estes nanocompósitos foram caracterizados em termos da sua morfologia e composição química, verificando-se a importância destas características na sua atividade antibacteriana. Foi verificado que nanocompósitos com teores de Ag de 5 x 10-4 (% m/m) são suficientes para obter atividade antibacteriana. A libertação de Ag(I) foi estudada em alguns destes materiais de modo a tentar perceber o mecanismo subjacente a este tipo de nanocompósitos. No terceiro capítulo é apresentado o estudo de NPs coloidais de Ag e Au como cargas para a preparação de nanocompósitos à base de quitosano nãomodificado e modificado quimicamente (derivado solúvel em água e derivado anfifílico). Foram preparados filmes finos de espessura de 9-14 μm, caracterizando-se as suas propriedades óticas e antibacterianas. As propriedades óticas foram ajustadas, quer pela variação do teor de NPs de Ag (0,3-3,9% m/m) ou pela utilização de amostras de NPs com distribuição de tamanho de partícula distinta. Foi investigada a atividade antibacteriana tanto para bactérias Gram-negativas (Klebsiella pneumoniae e Escherichia coli) como para Gram-positivas (Staphylococcus aureus). Para nanocompósitos preparados com o quitosano não modificado verificou-se uma dependência em função do teor de Ag. No caso do uso de derivados modificados, os materiais preparados mostraram uma eficiência superior, mesmo sem NPs de Ag. No quarto capítulo é apresentada a síntese e caracterização de nanocompósitos de pululano e NPs de Ag. Neste estudo é avaliada a atividade antifúngica dos filmes compósitos preparados contra o Aspergillus niger usando protocolos padrão. Estes materiais foram preparados na forma de filmes (66-74 μm de espessura) por evaporação de solvente da mistura de pululano e coloides de Ag. Foi observado o aumento da inibição do fungo na presença dos nanocompósitos, tendo sido pela primeira vez mostrado o efeito disruptivo destes materiais sobre os esporos do A. niger através da análise das imagens de SEM. Este efeito ocorre na presença dos filmes devido à presença das cargas de NPs de Ag dispersas no pululano. O desenvolvimento de materiais de papel com NPs de Cu é um desafio devido à propensão destas espécies em oxidar sob condições ambiente. No quinto capítulo é descrita pela primeira vez o estudo comparativo do crescimento e estabilidade de NPs de Cu em celulose vegetal e bacteriana. Para além disso foi avaliado o uso de nanoestruturas com diferentes dimensionalidades como cargas, nomeadamente nanoesferas e nanofios. Foi observado que o uso de nanofios aumenta a resistência à oxidação destes nanocompósitos para tempos de exposição ao ar mais prolongados. As matrizes celulósicas apresentam comportamento distinto no crescimento e/ou adsorção das NPs de Cu. A celulose bacteriana foi o substrato mais eficiente para retardar a oxidação das NPs. A atividade antibacteriana destes nanocompósitos foi avaliada. Ao longo desta dissertação são apresentados métodos distintos para a obtenção de nanocompósitos com base em biopolímeros e NPs metálicas. Estes estudos permitiram não só a preparação de novos nanocompósitos mas também compreender e otimizar os mecanismos subjacentes à sua preparação. Ao mesmo tempo, este trabalho contribuiu para a transferência de tecnologia e conhecimento entre a área da Nanotecnologia e a área dos materiais derivados de fontes renováveis. As propriedades apresentadas por estes nanomateriais mostraram a sua possível aplicação como novos materiais antimicrobianos, no entanto é possível antecipar futuras aplicações em outras áreas tecnológicas.

Effect of light on ex situ production of symbiotic corals

The increasing interest in coral culture for biotechnological applications, to supply the marine aquarium trade, or for reef restoration programs, has prompted researchers to optimize coral culture protocols, with emphasis to ex situ production. When cultured ex situ, the growth performance of corals can be influenced by several physical, chemical and biological parameters. For corals harbouring zooxanthellae, light is one of such key factors, as it can influence the photosynthetic performance of these endosymbionts, as well as coral physiology, survival and growth. The economic feasibility of ex situ coral aquaculture is strongly dependent on production costs, namely those associated with the energetic needs directly resulting from the use of artificial lighting systems. In the present study we developed a versatile modular culture system for experimental coral production ex situ, assembled solely using materials and equipment readily available from suppliers all over the world; this approach allows researchers from different institutions to perform truly replicated experimental set-ups, with the possibility to directly compare experimental results. Afterwards, we aimed to evaluate the effect of contrasting Photosynthetically Active Radiation (PAR) levels, and light spectra emission on zooxanthellae photochemical performance, through the evaluation of the maximum quantum yield of PSII (Fv/Fm) (monitored non-invasively and non-destructively through Pulse Amplitude Modulation fluorometry, PAM), chlorophyll a content (also determined non-destructively by using the spectral reflectance index Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), photosynthetic and accessory pigments, number of zooxanthellae, coral survival and growth. We studied two soft coral species, Sarcophyton cf. glaucum and Sinularia flexibilis, as they are good representatives of two of the most specious genera in family Alcyoniidae, which include several species with interest for biotechnological applications, as well as for the marine aquarium trade; we also studied two commercially important scleractinian corals: Acropora formosa and Stylophora pistillata. We used different light sources: hydrargyrum quartz iodide (HQI) lamps with different light color temperatures, T5 fluorescent lamps, Light Emitting Plasma (LEP) and Light Emitting Diode (LED). The results achieved revealed that keeping S. flexibilis fragments under the same light conditions as their mother colonies seems to be photobiologically acceptable for a short-term husbandry, notwithstanding the fact that they can be successfully stocked at lower PAR intensities. We also proved that low PAR intensities are suitable to support the ex situ culture S. cf. glaucum in captivity at lower production costs, since the survival recorded during the experiment was 100%, the physiological wellness of coral fragments was evidenced, and we did not detect significant differences in coral growth. Finally, we concluded that blue light sources, such as LED lighting, allow a higher growth for A. formosa and S. pistillata, and promote significant differences on microstructure organization and macrostructure morphometry in coral skeletons; these findings may have potential applications as bone graft substitutes for veterinary and/or other medical uses. Thus, LED technology seems to be a promising option for scleractinian corals aquaculture ex situ.

Hydrological and photochemical influence on dynamics of estuarine bacteria

Os estuários são ecossistemas complexos, onde os processos físicos, químicos e biológicos estão intimamente ligados. A dinâmica bacteriana num estuário reflete a interação e a elevada variação temporal e espacial desses processos. Este trabalho teve como objetivo elucidar as interações entre os processos físicos, fotoquímicos e microbiológicos no sistema estuarino da Ria de Aveiro (Portugal). Para tal, foi realizada uma abordagem inicial no campo, durante a qual as comunidades bacterianas na coluna de água foram caracterizadas em termos de abundância e atividade ao longo de 2 anos. O estudo foi realizado em dois locais distintos, escolhidos por tipificarem as características marinhas e salobras do estuário. Estes locais possuem diferentes hidrodinâmicas, influências fluviais e, quantidade e composição de matéria orgânica. Numa perspectiva mecanicista, foram realizadas simulações laboratoriais no sentido de elucidar a resposta das bactérias à matéria orgânica foto-transformada. As comunidades bacterianas no estuário adaptam-se a diferentes regimes de água doce, desenvolvendo padrões de abundância e atividade distintos nas zonas marinha e salobra. Os elevados caudais dos rios induzem estratificação vertical na zona marinha, promovendo o fluxo de fitoplâncton do mar para o estuário, do bacterioplâncton do estuário para o mar, e estimulam a importação de bactérias aderentes a partículas na zona salobra. O transporte advectivo e os processos de ressuspensão contribuem para aumentar 3 vezes o número de bactérias aderentes a partículas durante os períodos de intensas descargas fluviais. Adicionalmente, a atividade bacteriana no estuário é controlada pela concentração de azoto inerente à variações de água doce. O fornecimento de azoto em associação com a fonte dos substratos bacterianos induzem alterações significativas na produtividade. O padrão de variação vertical de comunidades bacterianas foi distinto nas duas zonas do estuário. Na zona marinha, as bactérias na microcamada superficial (SML) apresentaram taxas de hidrólise mais elevadas, mas menores taxas de incorporação de monómeros e produção de biomassa que na água subjacente (UW), enquanto na zona salobra, as taxas de hidrólise e incorporação foram similares nos dois compartimentos, mas a produtividade foi significativamente mais elevada na SML. Apesar da abundância bacteriana ter sido semelhante na SML e UW, a fração de células aderentes a partículas foi significativamente maior na SML (2-3 vezes), em ambas as zonas do estuário. A integração dos resultados microbiológicos com as variáveis ambientais e hidrológicos mostraram que fortes correntes na zona marinha promovem a mistura vertical, inibindo o estabelecimento de uma comunidade bacteriana na SML distinta da UW. Em contraste, na zona de água salobra, a menor velocidades das correntes fornece as condições adequadas ao aumento da atividade bacteriana na SML. Características específicas do local, tais como a hidrodinâmica e as fontes e composição da matéria orgânica, conduzem também a diferentes graus de enriquecimento superficial de matéria orgânica e inorgânica, influenciando a sua transformação. Em geral, o ambiente da SML estuarina favorece a hidrólise de polímeros, mas inibe a utilização de monómeros, comparativamente com água subjacente. No entanto, as diferenças entre as duas comunidades tendem a atenuar-se com o aumento da atividade heterotrófica na zona salobra. A matéria orgânica dissolvida cromófora (CDOM) das duas zonas do estuário possui diferentes características espectrais, com maior aromaticidade e peso molecular médio (HMW) na zona de água salobra, em comparação com a zona marinha. Nesta zona, a abundância bacteriana correlacionou-se com a350 e a254, sugerindo uma contribuição indireta das bactéria para HMW CDOM. A irradiação do DOM resultou numa diminuição dos valores de a254 e a350, e, em um aumento do declive S275-295 e dos rácios E2:E3 (a250/a365) e SR. No entanto, a extensão de transformações foto-induzidas e as respostas microbianas são dependentes das características iniciais CDOM, inferidas a partir das suas propriedades ópticas. A dinâmica estuarina influencia claramente as atividades heterotróficas e a distribuição dos microorganismos na coluna de água. A entrada de água doce influencia a dinâmica e os principais reguladores das comunidades bacterianas no estuário. Os processos fotoquímicos e microbianos produzem alterações nas propriedades ópticas da CDOM e a combinação desses processos determina o resultado global e o destino da CDOM nos sistemas estuarinos com influência na produtividade nas áreas costeiras adjacente.

Estudo dos processos eletroquímicos: eletrooxidação e eletrocoagulação

O tratamento físico-químico de águas residuais, de origem industrial, mais comum é o tratamento baseado na adição de coagulante e floculante a um efluente. No entanto, o tratamento eletroquímico é um tipo de tratamento que tem vindo a ser explorado e estudado com mais ênfase ao longo dos últimos anos. O tratamento eletroquímico é uma tecnologia AOP (Processos de Oxidação Avançada) e divide-se em eletrólise direta (oxidação e redução) e indireta (eletrocoagulação-flotação e eletrooxidação). A eletrocoagulação e eletrooxidação divergem apenas pelo tipo de reações que ocorrem, devido ao material que constitui os elétrodos. São processos complexos com uma multiplicidade de mecanismos que operam sinergicamente para remover poluentes da água. Tendo em conta a sua complexidade e ainda dificuldade de compreensão, existem na literatura diferentes versões acerca de quais os mecanismos chave, assim como diversas configurações geométricas de reatores e elétrodos. Atualmente, este tipo de tratamento tem vindo a evoluir, tornando-se num método economicamente viável para o tratamento de uma grande variedade de águas residuais, nomeadamente, aquelas que possuem compostos recalcitrantes na sua composição. O presente trabalho foi realizado nas instalações da VentilAQUA S.A. e, tendo em conta a sua área de especialidade, o trabalho exposto focou-se no desenvolvimento de soluções técnicas de AOP, nomeadamente na área eletroquímica (eletrocoagulação e eletrooxidação),para estudo dos parâmetros operacionais numa nova configuração geométrica para os elétrodos. Tendo por base os contributos da revisão bibliográfica, o estudo incidiu num reator tubular, com elétrodos de inox dispostos de forma concêntrica, à mesma distância entre si. Com este reator foram executados variados testes, com diferentes efluentes, que permitiram obter resultados operacionais de otimização de funcionamento, tendo em vista a remoção de poluentes. O estudo financeiro associado permitiu concluir que a eletrooxidação é significativamente mais económica que o tratamento físico-químico, nas condições operacionais e para os efluentes tratados. Relativamente ao Acompanhamento e Gestão de ETAR’s (Capítulo 4) foi possível verificar que todos os casos em estudo apresentam uma boa eficiência de remoção de matéria orgânica, permitindo a descarga do seu efluente com uma carga poluente que cumpre com os requisitos legais de descarga em meio hídrico.