Avaliação de aditivos para remoção catalítica de SOx em unidades de fcc

Os óxidos de enxofre (SOx) são um dos maiores poluentes atmosféricos e um dos precursores da chuva ácida. Um levantamento feito na Petrobrás mostrou que cerca de 17% dos SOx emitidos numa refinaria são oriundos do processo de FCC. Com o avanço dos controles ambientais, traduzido numa legislação mais restritiva, a técnica de incorporação de aditivos para remoção de SOx em UFCCs apresenta-se como a alternativa de menor custo frente outras tecnologias de abate das emissões de SOx. No presente trabalho, foram estudados aditivos constituídos por compostos derivados de hidrotalcitas com a substituição parcial do magnésio e do alumínio por cobre e/ou manganês, sendo estes impregnados ou não por dióxido de cério. Estes aditivos foram submetidos a testes de desempenho em uma unidade multi-propósito acoplada a um micro-GC/TCD. Em todos os testes, a corrente gasosa para a etapa de adsorção oxidativa foi de 1700 ppm de SO2 e 1,5% O2 em He e, para a etapa de regeneração, 30% H2/He. No primeiro conjunto de testes, realizou-se uma adsorção a 720C de 10 min e regeneração com um patamar a 530C, seguido de um TPR até 800C. Observou-se que as amostras impregnadas com cério apresentaram o melhor desempenho na remoção de SO2, indicando que o cério pode ter um papel de promotor da oxidação de SO2 a SO3. Os resultados do TPR mostram que as amostras com cério e com manganês parecem apresentar menores temperaturas de redução dos sulfatos, apesar das maiores liberações de H2S serem identificadas nas amostras com cobre. No segundo conjunto de testes, a adsorção foi a 720C durante 35 min e a regeneração a 650C por 5 minutos em um patamar de 5 minutos, seguida de um TPR até 800C. Para os tempos de sulfatação curtos (5 e 10 min), os resultados confirmaram o efeito positivo que a incorporação de CeO2 apresenta sobre a adsorção oxidativa do SO2. Todavia, para tempos de reação maiores (35 min), não se observou uma correlação clara entre a composição química do catalisador e a quantidade total de SOx removida. Os aditivos foram ainda testados em ciclos de reação-regeneração em condições equivalentes ao segundo conjunto de testes descrito. De um modo geral, os aditivos que contêm cobre têm uma vida útil superior aos demais, possivelmente, pelo fato do cobre ter importante papel na regeneração do aditivo

Preparo de óxidos de manganês em presença de biomassa e avaliação catalítica em reações de oxidação de hidrocarbonetos e remoção catalítica de SOx

Os riscos de poluição ao meio ambiente envolvendo petróleo envolvem, não só o seu transporte, como também seu refino. O prejuízo causado por um derramamento de petróleo vai além de danos à fauna e flora, pois envolvem também questões sociais. A emissão de óxidos de enxofre, denominadas SOx, durante o refino de petróleo através do craqueamento catalítico em leito fluidizado (FCC) também é uma das preocupações ambientais, já que esses óxidos estão relacionados com o a formação de chuva ácida e problemas respiratórios. Os hidrocarbonetos provenientes de um derramamento podem ser degradados em produtos menos agressivos ao meio ambiente, por oxidação química, por exemplo. Já as emissões de enxofre na unidade de FCC podem ser minimizadas por diversos processos, como por exemplo, o uso de aditivos nas unidades de FCC. Nesse trabalho óxidos de manganês dos tipos OMS-1 e OMS-2 foram sintetizados em presença e ausência de biomassa e óxidos OMS-2 foram dopados com os metais cobre, vanádio e ferro. Possíveis alterações em suas propriedades, suas atividades catalíticas em oxidação de hidrocarbonetos e em testes de captura de enxofre em condições de temperatura similares à unidade de FCC foram investigadas. Constatou-se uma diminuição na área superficial, tamanho e volume de poros nos óxidos sintetizados em presença de biomassa, através de uma análise de adsorção e dessorção de N2 (ASAP), porém seus difratogramas em uma análise de difração de raio X de pó (DRX) revelaram a obtenção de estruturas do criptomelano em todos os OMS-2. Os óxidos OMS-2 testados na oxidação do cicloexano, não sofreram modificações em sua estrutura após seu uso como catalisador, mas a presença da biomassa na síntese não aumentou sua atividade catalítica. Nos testes DeSOx, o óxido dopado com ferro apresentou o melhor desempenho e testes em ciclos mostraram ser possível sua reutilização

模拟酸雨对马尾松菌根影响研究

本实验表明：外生菌根真菌彩色豆马勃、劣味乳菇、丝膜菌对PH的适应范围较广，最适生长BH呈酸性。模拟酸雨对马尾松幼苗菌根的外部形态和内部结构有明显影响。在温室栽培中，模拟酸雨（PH2.0）显著抑制菌根侵染率，在田间实验中，对菌根侵染率有一定的影响。菌根PH和土壤PH值随模拟酸雨PH下降而逐渐降低，接种菌根菌可略提高菌根PH和土壤PH值。菌根真菌过氧化氢酶对培养基中PH的变化不敏感，模拟酸雨对菌根过氧化氢酶活性影响也不明显。但沙培中，模拟酸雨（PH2.0）显著抑制菌根过氧化氢酶活性。模拟酸雨（PH2.0）显著刺激菌根过氧化物酶活性，接种菌根菌可以降低菌根过氧化物酶活性。不同PH的培养基对菌体硝酸还原酶活性有明显影响，而且菌体生长速度与硝酸还原酶活性呈正相关。模拟酸雨（PH2.0）显著抑制菌根硝酸还原酶活性，而接种菌根菌明显提高根系硝酸还原酶活性。菌体酸性磷酸酶活性对培养基中PH变化不敏感，同样菌根酸性磷酸酶活性对模拟酸雨的影响也不明显，但是接种菌根菌可明显提高根系酸性磷酸酶活性。模拟酸雨对马尾松幼苗茎的高生长影响不显著。但是对幼苗茎、根系的干重和侧根总长度有显著抑制作用。轻度酸雨（PH4.5-3.0）对马尾松幼苗生长有促进作用，接种菌可提高幼苗生长。从菌根形态结构和生理活性上看，接种菌根菌可减轻模拟酸雨对马尾松幼苗根系的危害，增强对模拟酸雨的抗性。4dThe result of experiment showed that ectomycorrhizal fungi Pisolithus tinctorins. Lactarius insulsus. Cortinarius russus can be growth in broad PH rang in pure culture, the optimum growth PH is acidity. The external morphology and internal structure of ectomycorrhiza of P. massoniana are affected with simulated acid rain. In greenhouse, simulated acid rain (PH2.0) treatment caused significant decrease in the percent infection, but it's not marked in field. The PH of mycorrhizal and soil are reduced with reducing rainfall PH. These PH are slight higher for inoculation with ectomycorrhizal fungi. Catalase activity of ectomycorrhizal fungus is not sensitive to medium with different PH. Mycorrhiza catalase activiyt is not affected significantly with simulated acid rain, but it's inhibited significantly with simulated acid rain (PH2.0) in the sand culture. Peroxidase atcivity of mycorrhiza is enhanced significantly with simulated acid rain (PH2.0), but it's universally lower for inoculation with ectomycorrhizal fungus. Ectomycorrhizal fungus nitrate reductase activity is affected significantly to medium with differdnt PH, the rates of these fungi growth and nitrate reductase activity is significant correlation. Nitrate reductase activity of mycorrhiza is inhibited significantly with simulated acid rain (PH 2.0), but it's increased significantly for inocnlation with mycorrhizal fungi. Ectomycorrhizal fungas acid phosphatase activity is not affected to medium with different PH, Mycorrhiza acid phosphatase activity is not affected with simulated acid rain too, the acid phosphatase activity of roots inoculated with mycorrhizal fungas is increased significantly. The highest acidity level simulated rain reduced signhficantly root system biomass and the dry weight of stem. Iower acidity level simulated rain can stimulated the growth of P. massoniana, the growth of seedling inocnlated with mycorrhizal fungus can be increased.

Direct decomposition of NO over the mixed oxide catalysts Nd_(2-)Sr_xNiO_(4±λ)

The nitrogen oxides (NO_x) are serious pollutants in earth's atmosphere in the sensethat they are one of the main sources to cause the acid rain. The removal of NO_x is oneof the key research topics in the protection of environmen.

西江流域环境河水地球化学研究

River is a major component of the global surface water and CO2 cycles. The chemistry of river waters reveals the nature of weathering on a basin-wide scale and helps us understand the exogenic cycles of elements in the continent-river-ocean system. In particular, geochemical investigation of large river gives important information on the biogeochemical cycles of the elements, chemical weathering rates, physical erosion rates and CO2 consumption during the weathering of the rocks within the drainage basin. Its importance has led to a number of detailed geochemical studies on some of the world's large and medium-size river systems. Flowing in the south of China, the Xijiang River is the second largest river in the China with respect to its discharge, after the Yangtze River. Its headwaters drain the YunGui Plateau, where altitude is approximately 2000 meters. Geologically, the carbonate rocks are widely spread in the river drainage basin, which covers an area of about 0.17xl06 km2, i.e., 39% of the whole drainage basin. This study focuses on the chemistry of the Xijiang river system and constitutes the first geochemical investigation into major and trace elements concentrations for both suspended and dissolved loads of this river and its main tributaries, and Sr isotopic composition of the dissolved load is also investigated, in order to determine both chemical weathering and mechanical erosion rates. As compared with the other large rivers of the world, the Xijiang River is characterized by higher major element concentration. The dissolved major cations average 1.17, 0.33, 0.15, and 0.04 mmol I"1 for Ca, Mg, Na, and K, respectively. The total cation concentrations (TZ+) in these rivers vary between 2.2 and 4.4 meq I'1. The high concentration of Ca and Mg, high (Ca+Mg)/(Na+K) ratio (7.9), enormous alkalinity and low dissolved SiO2/HCO3 ratio (0.05) in river waters reveal the importance of carbonate weathering and relatively weak silicate weathering over the river drainage basin. The major elements in river water, such as the alkalis and alkaline-earths, are of different origins: from rain water, silicate weathering, carbonate and evaporite weathering. A mixing model based on mass budget equation is used in this study, which allows the proportions of each element derived from the different source to be calculated. The carbonate weathering is the main source of these elements in the Xijiang drainage basin. The contribution of rainwater, especially for Na, reaches to approximately 50% in some tributaries. Dissolved elemental concentration of the river waters are corrected for rain inputs (mainly oceanic salts), the elemental concentrations derived from the different rock weathering are calculated. As a consequence, silicate, carbonate and total rock weathering rates, together with the consumption rates of atmospheric CO2 by weathering of each of these lithologies have been estimated. They provide specific chemical erosion rates varying between 5.1~17.8 t/km2/yr for silicate, 95.5~157.2 t/km2/yr for carbonate, and 100.6-169.1 t/km2/yr for total rock, respectively. CO2 consumptions by silicate and carbonate weathering approach 13><109and 270.5x10 mol/yr. Mechanical denudation rates deduced from the multi-year average of suspended load concentrations range from 92-874 t/km2/yr. The high denudation rates are mainly attributable to high relief and heavy rainfall, and acid rain is very frequent in the drainage basin, may exceed 50% and the pH value of rainwater may be <4.0, result from SO2 pollution in the atmosphere, results in the dissolution of carbonates and aluminosilicates and hence accelerates the chemical erosion rate. The compositions of minerals and elements of suspended particulate matter are also investigated. The most soluble elements (e.g. Ca, Na, Sr, Mg) are strongly depleted in the suspended phase with respect to upper continent crust, which reflects the high intensity of rock weathering in the drainage basin. Some elements (e.g. Pb, Cu, Co, Cr) show positive anomalies, Pb/Th ratios in suspended matter approach 7 times (Liu Jiang) to 10 times (Nanpan Jiang) the crustal value. The enrichment of these elements in suspended matter reflects the intensity both of anthropogenic pollution and adsorption processes onto particles. The contents of the soluble fraction of rare earth elements (REE) in the river are low, and REE mainly reside in particulate phase. In dissolved phase, the PAAS-normalized distribution patterns show significant HREE enrichment with (La/Yb) SN=0.26~0.94 and Ce depletion with (Ce/Ce*) SN=0.31-0.98, and the most pronounced negative Ce anomalies occur in rivers of high pH. In the suspended phase, the rivers have LREE-enriched patterns relative to PAAS, with (La/Yb) SN=1 -00-1 .40. The results suggest that pH is a major factor controlling both the absolute abundances of REE in solution and the fractionation of REE of dissolved phase. Ce depletion in river waters with high pH values results probably from both preferential removal of Ce onto Fe-Mn oxide coating of particles and CeC^ sedimentation. This process is known to occur in the marine environment and may also occur in high pH rivers. Positive correlations are also observed between La/Yb ratio and DOC, HCO3", PO4", suggesting that colloids and (or) adsorption processes play an important role in the control of these elements.

Avaliação de genótipos de sorgo cultivados em solo acido sob estresse hídrico.

1993

New insights into the causes of human illness due to consumption of azaspiracid contaminated shellfish

Azaspiracid (AZA) poisoning was unknown until 1995 when shellfish harvested in Ireland caused illness manifesting by vomiting and diarrhoea. Further in vivo/vitro studies showed neurotoxicity linked with AZA exposure. However, the biological target of the toxin which will help explain such potent neurological activity is still unknown. A region of Irish coastline was selected and shellfish were sampled and tested for AZA using mass spectrometry. An outbreak was identified in 2010 and samples collected before and after the contamination episode were compared for their metabolite profile using high resolution mass spectrometry. Twenty eight ions were identified at higher concentration in the contaminated samples. Stringent bioinformatic analysis revealed putative identifications for seven compounds including, glutarylcarnitine, a glutaric acid metabolite. Glutaric acid, the parent compound linked with human neurological manifestations was subjected to toxicological investigations but was found to have no specific effect on the sodium channel (as was the case with AZA). However in combination, glutaric acid (1mM) and azaspiracid (50nM) inhibited the activity of the sodium channel by over 50%. Glutaric acid was subsequently detected in all shellfish employed in the study. For the first time a viable mechanism for how AZA manifests itself as a toxin is presented.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Emissions de N2O i desnitrificació en sòls agrícoles i d'ecosistemes naturals. Factors de regulació

La major conscienciació actual dels problemes de pol·lució que acompanyen les pèrdues de N del sòl cap a l'atmosfera ha reorientat les investigacions cap a un coneixement més profund dels processos implicats en les emissions dels compostos nitrogenats que comporten un major perjudici des d'un punt de vista ecològic així com els seus principals factors reguladors. La creixent preocupació per l'increment de la concentració atmosfèrica de N2O és deguda a les seves interaccions amb la fotoquímica atmosfèrica i el balanç de radiació de la Terra ja que intervé en la destrucció de la capa estratosfèrica d'ozó, contribueix a l'efecte hivernacle i participa de la pluja àcida. Es considera que els sòls són la principal font de N2O atmosfèric. Al voltant del 90% d'aquestes emissions són d'origen biòtic; els principals processos implicats són la desnitrificació i la nitrificació. L'emissió del N2O produït a través d'aquests dos processos es caracteritza pels diferents nivells de regulació que presenta ja que depèn de la taxa dels processos, de la proporció de N canalitzada per cada procés cap a la producció de N2O i del seu consum dins el mateix sòl el qual està relacionat amb les dificultats en el transport cap a l'atmosfera. Això comporta una gran dificultat a l'hora d'aprofundir en el coneixement de les emissions de N2O del sòl cap a l'atmosfera i de la seva regulació. El desconeixement dels nivells d'emissió de N2O i de la importància de la desnitrificació així com de la seva regulació tant en sòls agrícoles com naturals de les nostres contrades és el principal punt de partida dels objectius d'aquest treball.

Exploring NOy chemistry in levitated aqueous aerosol droplets

Chemistry of reactive nitrogen oxides, NOy, is crucial for our understanding of composition and properties of the Earth’s atmosphere. The proof-of-principle experiments demonstrated that we are able to study the atmospheric fate of nitrogen oxides that has significant impact on global climate and hydrological cycle, thus affecting the likelihood of local floods and acid rain.

Design and management of sustainable built environments

The United Nation Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) makes it clear that climate change is due to human activities and it recognises buildings as a distinct sector among the seven analysed in its 2007 Fourth Assessment Report. Global concerns have escalated regarding carbon emissions and sustainability in the built environment. The built environment is a human-made setting to accommodate human activities, including building and transport, which covers an interdisciplinary field addressing design, construction, operation and management. Specifically, Sustainable Buildings are expected to achieve high performance throughout the life-cycle of siting, design, construction, operation, maintenance and demolition, in the following areas: • energy and resource efficiency; • cost effectiveness; • minimisation of emissions that negatively impact global warming, indoor air quality and acid rain; • minimisation of waste discharges; and • maximisation of fulfilling the requirements of occupants’ health and wellbeing. Professionals in the built environment sector, for example, urban planners, architects, building scientists, engineers, facilities managers, performance assessors and policy makers, will play a significant role in delivering a sustainable built environment. Delivering a sustainable built environment needs an integrated approach and so it is essential for built environment professionals to have interdisciplinary knowledge in building design and management . Building and urban designers need to have a good understanding of the planning, design and management of the buildings in terms of low carbon and energy efficiency. There are a limited number of traditional engineers who know how to design environmental systems (services engineer) in great detail. Yet there is a very large market for technologists with multi-disciplinary skills who are able to identify the need for, envision and manage the deployment of a wide range of sustainable technologies, both passive (architectural) and active (engineering system),, and select the appropriate approach. Employers seek applicants with skills in analysis, decision-making/assessment, computer simulation and project implementation. An integrated approach is expected in practice, which encourages built environment professionals to think ‘out of the box’ and learn to analyse real problems using the most relevant approach, irrespective of discipline. The Design and Management of Sustainable Built Environment book aims to produce readers able to apply fundamental scientific research to solve real-world problems in the general area of sustainability in the built environment. The book contains twenty chapters covering climate change and sustainability, urban design and assessment (planning, travel systems, urban environment), urban management (drainage and waste), buildings (indoor environment, architectural design and renewable energy), simulation techniques (energy and airflow), management (end-user behaviour, facilities and information), assessment (materials and tools), procurement, and cases studies ( BRE Science Park). Chapters one and two present general global issues of climate change and sustainability in the built environment. Chapter one illustrates that applying the concepts of sustainability to the urban environment (buildings, infrastructure, transport) raises some key issues for tackling climate change, resource depletion and energy supply. Buildings, and the way we operate them, play a vital role in tackling global greenhouse gas emissions. Holistic thinking and an integrated approach in delivering a sustainable built environment is highlighted. Chapter two demonstrates the important role that buildings (their services and appliances) and building energy policies play in this area. Substantial investment is required to implement such policies, much of which will earn a good return. Chapters three and four discuss urban planning and transport. Chapter three stresses the importance of using modelling techniques at the early stage for strategic master-planning of a new development and a retrofit programme. A general framework for sustainable urban-scale master planning is introduced. This chapter also addressed the needs for the development of a more holistic and pragmatic view of how the built environment performs, , in order to produce tools to help design for a higher level of sustainability and, in particular, how people plan, design and use it. Chapter four discusses microcirculation, which is an emerging and challenging area which relates to changing travel behaviour in the quest for urban sustainability. The chapter outlines the main drivers for travel behaviour and choices, the workings of the transport system and its interaction with urban land use. It also covers the new approach to managing urban traffic to maximise economic, social and environmental benefits. Chapters five and six present topics related to urban microclimates including thermal and acoustic issues. Chapter five discusses urban microclimates and urban heat island, as well as the interrelationship of urban design (urban forms and textures) with energy consumption and urban thermal comfort. It introduces models that can be used to analyse microclimates for a careful and considered approach for planning sustainable cities. Chapter six discusses urban acoustics, focusing on urban noise evaluation and mitigation. Various prediction and simulation methods for sound propagation in micro-scale urban areas, as well as techniques for large scale urban noise-mapping, are presented. Chapters seven and eight discuss urban drainage and waste management. The growing demand for housing and commercial developments in the 21st century, as well as the environmental pressure caused by climate change, has increased the focus on sustainable urban drainage systems (SUDS). Chapter seven discusses the SUDS concept which is an integrated approach to surface water management. It takes into consideration quality, quantity and amenity aspects to provide a more pleasant habitat for people as well as increasing the biodiversity value of the local environment. Chapter eight discusses the main issues in urban waste management. It points out that population increases, land use pressures, technical and socio-economic influences have become inextricably interwoven and how ensuring a safe means of dealing with humanity’s waste becomes more challenging. Sustainable building design needs to consider healthy indoor environments, minimising energy for heating, cooling and lighting, and maximising the utilisation of renewable energy. Chapter nine considers how people respond to the physical environment and how that is used in the design of indoor environments. It considers environmental components such as thermal, acoustic, visual, air quality and vibration and their interaction and integration. Chapter ten introduces the concept of passive building design and its relevant strategies, including passive solar heating, shading, natural ventilation, daylighting and thermal mass, in order to minimise heating and cooling load as well as energy consumption for artificial lighting. Chapter eleven discusses the growing importance of integrating Renewable Energy Technologies (RETs) into buildings, the range of technologies currently available and what to consider during technology selection processes in order to minimise carbon emissions from burning fossil fuels. The chapter draws to a close by highlighting the issues concerning system design and the need for careful integration and management of RETs once installed; and for home owners and operators to understand the characteristics of the technology in their building. Computer simulation tools play a significant role in sustainable building design because, as the modern built environment design (building and systems) becomes more complex, it requires tools to assist in the design process. Chapter twelve gives an overview of the primary benefits and users of simulation programs, the role of simulation in the construction process and examines the validity and interpretation of simulation results. Chapter thirteen particularly focuses on the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation method used for optimisation and performance assessment of technologies and solutions for sustainable building design and its application through a series of cases studies. People and building performance are intimately linked. A better understanding of occupants’ interaction with the indoor environment is essential to building energy and facilities management. Chapter fourteen focuses on the issue of occupant behaviour; principally, its impact, and the influence of building performance on them. Chapter fifteen explores the discipline of facilities management and the contribution that this emerging profession makes to securing sustainable building performance. The chapter highlights a much greater diversity of opportunities in sustainable building design that extends well into the operational life. Chapter sixteen reviews the concepts of modelling information flows and the use of Building Information Modelling (BIM), describing these techniques and how these aspects of information management can help drive sustainability. An explanation is offered concerning why information management is the key to ‘life-cycle’ thinking in sustainable building and construction. Measurement of building performance and sustainability is a key issue in delivering a sustainable built environment. Chapter seventeen identifies the means by which construction materials can be evaluated with respect to their sustainability. It identifies the key issues that impact the sustainability of construction materials and the methodologies commonly used to assess them. Chapter eighteen focuses on the topics of green building assessment, green building materials, sustainable construction and operation. Commonly-used assessment tools such as BRE Environmental Assessment Method (BREEAM), Leadership in Energy and Environmental Design ( LEED) and others are introduced. Chapter nineteen discusses sustainable procurement which is one of the areas to have naturally emerged from the overall sustainable development agenda. It aims to ensure that current use of resources does not compromise the ability of future generations to meet their own needs. Chapter twenty is a best-practice exemplar - the BRE Innovation Park which features a number of demonstration buildings that have been built to the UK Government’s Code for Sustainable Homes. It showcases the very latest innovative methods of construction, and cutting edge technology for sustainable buildings. In summary, Design and Management of Sustainable Built Environment book is the result of co-operation and dedication of individual chapter authors. We hope readers benefit from gaining a broad interdisciplinary knowledge of design and management in the built environment in the context of sustainability. We believe that the knowledge and insights of our academics and professional colleagues from different institutions and disciplines illuminate a way of delivering sustainable built environment through holistic integrated design and management approaches. Last, but not least, I would like to take this opportunity to thank all the chapter authors for their contribution. I would like to thank David Lim for his assistance in the editorial work and proofreading.

Quantifying volcanic ash dispersal and impact of the Campanian Ignimbrite super-eruption

1] We apply a novel computational approach to assess, for the first time, volcanic ash dispersal during the Campanian Ignimbrite (Italy) super-eruption providing insights into eruption dynamics and the impact of this gigantic event. The method uses a 3D time-dependent computational ash dispersion model, a set of wind fields, and more than 100 thickness measurements of the CI tephra deposit. Results reveal that the CI eruption dispersed 250–300 km3 of ash over ∼3.7 million km2. The injection of such a large quantity of ash (and volatiles) into the atmosphere would have caused a volcanic winter during the Heinrich Event 4, the coldest and driest climatic episode of the Last Glacial period. Fluorine-bearing leachate from the volcanic ash and acid rain would have further affected food sources and severely impacted Late Middle-Early Upper Paleolithic groups in Southern and Eastern Europe

Terminal: a miracle play with popular music from the end of the world

Terminal: A Miracle Play with Popular Music from the End of the World is a film and live performance project exploring the politics of post-apocalyptic fiction. A theatrical staging of a morality play for end times and future folk music, it recasts eschatology, as a foundational myth for a future society. Post-apocalyptic writing and cinema are grounded in an ethos of survivalism. Invoking Rousseau’s state of nature, or time before government, these fictions propose violent scenarios in which nuclear holocaust, environmental catastrophe and other disasters generate an individualistic politics of pure pragmatism, negating the possibility of democratic deliberation. Terminal narrates this familiar scenario, but at the same time questions its validity. The film, shot on black and white VHS at Kurt Schwitters’ Merzbarn in Cumbria, dramatises a series of conversations between future-historical archetypes about the needs and pressures of the situation in which they find themselves at the end of the world. The performers then gather to play worshipful songs about acid rain, radiation sickness and eating the dog, using a mix of conventional, obscure and makeshift instruments In the tradition of books such as Russell Hoban’s Riddley Walker and Arthur M. Miller Jr.’s A Canticle for Liebowitz, Terminal imagines artistic expression and new folk traditions for a world to come after the apocalypse. If, as Slavoj Žižek would have it, it is easier to imagine the end of the world than to think of the end of capitalism, the project juxtaposes these two endpoints to test out how alternative scenarios might emerge from the collaborative practice of making theatre and music against a setting of social collapse.

End-Permian catastrophe by a bolide impact: evidence of a gigantic release of sulfur from the mantle

Our studies in southern China have revealed a remarkable sulfur and strontium isotope excursion at the end of the Permian, along with a coincident concentration of impact- metamorphosed grains and kaolinite and a significant decrease in manganese, phosphorous, calcium, and microfossils (foraminifera). These data suggest that an asteroid or a comet hit the ocean at the end of Permian time and caused a rapid and massive release of sulfur from the mantle to the ocean-atmosphere system, leading to significant oxygen consumption, acid rain, and the most severe biotic crisis in the history of life on Earth.