Aprofitament de residus vegetals per a la concentració i separació d'ions metàl·lics de solucions aquoses

La adsorció sobre carbó actiu és un tractament habitual para a l'eliminació de metalls contaminants d'afluents aquosos. Amb la finalitat de reduir el cost dels tractament actuals s'està estudiant la utilització d'adsorbents de baix cost com a substituts dels sorbents convencionals que s'utilitzen usualment en els tractaments d'aigües. En aquesta tesi s'ha avaluat la possibilitat d'aprofitar diversos residus vegetals procedents de processos agrícoles o residus industrials, com a sorbents per a l'eliminació de metalls de solucions aquoses. En concret, el treball s'ha centrat en assolir dos grans objectius, primer de tot, conèixer la possibilitat d'utilitzar el pinyol d'oliva com a adsorbent de metalls divalents de solucions aquoses, com són el Cd(II), Cu(II), Ni(II) i Pb(II), i en segon lloc, avaluar la utilització de quatre residus vegetals (escorça de yohimbe, rapa de raïm, suro i pinyol d'oliva) per a l'extracció de Cr(VI) de solucions aquoses i utilitzar el residu vegetal més apropiat com a base per tal d'obtenir un nou sorbent, amb més bona morfologia per ser utilitzat en sistemes d'eliminació de Cr(VI) en continu. Les dades cinètiques d'adsorció es van tractar amb el model cinètic de pseudo-segon ordre, amb el que es van determinar la velocitat inicial d'adsorció dels metalls. Els models d'isotermes d'equilibri de Langmuir i Freundlich es van utilitzar per descriure els equilibris d'adsorció i calcular els paràmetres de les isotermes. En els assajos amb mescles binàries de metalls, els resultats es van tractar amb el model ampliat de Langmuir. En aquest treball s'ha determinat, primerament, que el pinyol d'oliva és un bon sorbent dels metalls divalents estudiats. S'ha determinat que l'adsorció dels metalls varia amb el pH de la solució i que la presència de sals en la solució provoca una davallada en l'adsorció. També es va determinar la competència en l'adsorció entre els metalls al realitzar assajos en mescles binàries. Amb els estudis d'extracció de Cr(VI) amb els quatre materials s'ha determinat que aquests vegetals poden adsorbir el Cr(VI) en solució, tot i que la rapa i la yohimbe són els materials que presenten unes capacitats d'adsorció més elevades. Les anàlisis amb espectroscòpia electrònica de Raig-X realitzats en la rapa de raïm i la yohimbe en contacte amb Cr(VI) varen demostrar la presència del metall en els dos estats d'oxidació, Cr(VI) i Cr(III), evidenciant la participació del mecanisme de reducció de Cr(VI) en l'adsorció del metall sobre els materials. Amb l'encapsulació de la rapa de raïm es va incrementar significativament la capacitat d'adsorció del metall respecta a la seva utilització en la forma original. Les dades experimentals es van tractar amb un model de difusió i es va determinar el coeficient de difusió en l'adsorció en el sorbent amb diferent percentatge de rapa en l'interior. Finalment s'han realitzat estudis preliminars d'adsorció de crom hexavalent en continu utilitzant columnes de petites dimensions farcides amb el sorbent format per boles de rapa encapsulada en alginat càlcic. En aquests assajos s'ha determinat l'efecte en l'adsorció de metall de diversos paràmetres d'operació, com la concentració inicial de metall, el cabal i l'alçada de llit. El model de transferència de matèria i difusió en columna emprat pel tractament de les dades experimentals va mostrar l'efecte de la concentració inicial i del cabal en els coeficients de difusió i transferència de matèria. El model BDST no va predir correctament el temps de servei en els diferents paràmetres d'operació experimentats a causa de la complexitat del procés d'adsorció. Amb aquests assajos preliminars s'han establert les bases de l'adsorció de Cr(VI) amb el nou sorbent en sistemes en continu amb la finalitat de realitzar estudis posteriors d'eliminació del metall en columnes de majors dimensions.

Enhanced fault recovery methods for protected traffic services in GMPLS networks

Les noves tecnologies a la xarxa ens permeten transportar, cada cop més, grans volums d' informació i trànsit de xarxa amb diferents nivells de prioritat. En aquest escenari, on s'ofereix una millor qualitat de servei, les conseqüències d'una fallada en un enllaç o en un node esdevenen més importants. Multiprotocol Lavel Switching (MPLS), juntament amb l'extensió a MPLS generalitzat (GMPLS), proporcionen mecanismes ràpids de recuperació de fallada establint camins, Label Switch Path (LSPs), redundants per ser utilitzats com a camins alternatius. En cas de fallada podrem utilitzar aquests camins per redireccionar el trànsit. El principal objectiu d'aquesta tesi ha estat millorar alguns dels actuals mecanismes de recuperació de fallades MPLS/GMPLS, amb l'objectiu de suportar els requeriments de protecció dels serveis proporcionats per la nova Internet. Per tal de fer aquesta avaluació s'han tingut en compte alguns paràmetres de qualitat de protecció com els temps de recuperació de fallada, les pèrdues de paquets o el consum de recursos. En aquesta tesi presentem una completa revisió i comparació dels principals mètodes de recuperació de fallada basats en MPLS. Aquest anàlisi inclou els mètodes de protecció del camí (backups globals, backups inversos i protecció 1+1), els mètodes de protecció locals i els mètodes de protecció de segments. També s'ha tingut en compte l'extensió d'aquests mecanismes a les xarxes òptiques mitjançant el pla de control proporcionat per GMPLS. En una primera fase d'aquest treball, cada mètode de recuperació de fallades és analitzat sense tenir en compte restriccions de recursos o de topologia. Aquest anàlisi ens dóna una primera classificació dels millors mecanismes de protecció en termes de pèrdues de paquets i temps de recuperació. Aquest primer anàlisi no és aplicable a xarxes reals. Per tal de tenir en compte aquest nou escenari, en una segona fase, s'analitzen els algorismes d'encaminament on sí tindrem en compte aquestes limitacions i restriccions de la xarxa. Es presenten alguns dels principals algorismes d'encaminament amb qualitat de servei i alguna de les principals propostes d'encaminament per xarxes MPLS. La majoria dels actual algorismes d'encaminament no tenen en compte l'establiment de rutes alternatives o utilitzen els mateixos objectius per seleccionar els camins de treball i els de protecció. Per millorar el nivell de protecció introduïm i formalitzem dos nous conceptes: la Probabilitat de fallada de la xarxa i l'Impacte de fallada. Un anàlisi de la xarxa a nivell físic proporciona un primer element per avaluar el nivell de protecció en termes de fiabilitat i disponibilitat de la xarxa. Formalitzem l'impacte d'una fallada, quant a la degradació de la qualitat de servei (en termes de retard i pèrdues de paquets). Expliquem la nostra proposta per reduir la probabilitat de fallada i l'impacte de fallada. Per últim fem una nova definició i classificació dels serveis de xarxa segons els valors requerits de probabilitat de fallada i impacte. Un dels aspectes que destaquem dels resultats d'aquesta tesi és que els mecanismes de protecció global del camí maximitzen la fiabilitat de la xarxa, mentre que les tècniques de protecció local o de segments de xarxa minimitzen l'impacte de fallada. Per tant podem assolir mínim impacte i màxima fiabilitat aplicant protecció local a tota la xarxa, però no és una proposta escalable en termes de consum de recursos. Nosaltres proposem un mecanisme intermig, aplicant protecció de segments combinat amb el nostre model d'avaluació de la probabilitat de fallada. Resumint, aquesta tesi presenta diversos mecanismes per l'anàlisi del nivell de protecció de la xarxa. Els resultats dels models i mecanismes proposats milloren la fiabilitat i minimitzen l'impacte d'una fallada en la xarxa.

Ovenbird (Seiurus aurocapilla) Territory Placement Near Seismic Lines is Influenced by Forest Regeneration and Conspecific Density

The boreal forest of western Canada is being dissected by seismic lines used for oil and gas exploration. The vast amount of edge being created is leading to concerns that core habitat will be reduced for forest interior species for extended periods of time. The Ovenbird (Seiurus aurocapilla) is a boreal songbird known to be sensitive to newly created seismic lines because it does not include newly cut lines within its territory. We examined multiple hypotheses to explain potential mechanisms causing this behavior by mapping Ovenbird territories near lines with varying states of vegetation regeneration. The best model to explain line exclusion behavior included the number of neighboring conspecifics, the amount of bare ground, leaf-litter depth, and canopy closure. Ovenbirds exclude recently cut seismic lines from their territories because of lack of protective cover (lower tree and shrub cover) and because of reduced food resources due to large areas of bare ground. Food reduction and perceived predation risk effects seem to be mitigated once leaf litter (depth and extent of cover) and woody vegetation cover are restored to forest interior levels. However, as conspecific density increases, lines are more likely to be used as landmarks to demarcate territorial boundaries, even when woody vegetation cover and leaf litter are restored. This behavior can reduce territory density near seismic lines by changing the spatial distribution of territories. Landmark effects are longer lasting than the effects from reduced food or perceived predation risk because canopy height and tree density take >40 years to recover to forest interior levels. Mitigation of seismic line impacts on Ovenbirds should focus on restoring forest cover as quickly as possible after line cutting.

Stratospheric Memory and Skill of Extended-Range Weather Forecasts

We use an empirical statistical model to demonstrate significant skill in making extended-range forecasts of the monthly-mean Arctic Oscillation (AO). Forecast skill derives from persistent circulation anomalies in the lowermost stratosphere and is greatest during boreal winter. A comparison to the Southern Hemisphere provides evidence that both the time scale and predictability of the AO depend on the presence of persistent circulation anomalies just above the tropopause. These circulation anomalies most likely affect the troposphere through changes to waves in the upper troposphere, which induce surface pressure changes that correspond to the AO.

Biodegradation of the herbicide mecoprop-p with soil depth and its relationship with class III tfdA genes

Mecoprop-p [(R)-2-(4-chloro-2-methylphenoxy) propanoic acid) is widely used in agriculture and poses an environmental concern because of its susceptibility to leach from soil to water. We investigated the effect of soil depth on mecoprop-p biodegradation and its relationship with the number and diversity of tfdA related genes, which are the most widely known genes involved in degradation of the phenoxyalkanoic acid group of herbicides by bacteria. Mecoprop-p half-life (DT50) was approximately 12 days in soil sampled from <30 cm depth, and increased progressively with soil depth, reaching over 84 days at 70–80 cm. In sub-soil there was a lag period of between 23 and 34 days prior to a phase of rapid degradation. No lag phase occurred in top-soil samples prior to the onset of degradation. The maximum degradation rate was the same in top-soil and sub-soil samples. Although diverse tfdAα and tfdA genes were present prior to mecoprop-p degradation, real time PCR revealed that degradation was associated with proliferation of tfdA genes. The number of tfdA genes and the most probable number of mecoprop-p degrading organisms in soil prior to mecoprop-p addition were below the limit of quantification and detection respectively. Melting curves from the real time PCR analysis showed that prior to mecoprop-p degradation both class I and class III tfdA genes were present in top- and sub-soil samples. However at all soil depths only tfdA class III genes proliferated during degradation. Denaturing gradient gel electrophoresis confirmed that class III tfdA genes were associated with mecoprop-p degradation. Degradation was not associated with the induction of novel tfdA genes in top- or sub-soil samples, and there were no apparent differences in tfdA gene diversity with soil depth prior to or following degradation.

A cross-calibration of chlorine isotopic measurements and suitability of seawater as the international reference material

A collection of 24 seawaters from various worldwide locations and differing depth was culled to measure their chlorine isotopic composition (delta(37)Cl). These samples cover all the oceans and large seas: Atlantic, Pacific, Indian and Antarctic oceans, Mediterranean and Red seas. This collection includes nine seawaters from three depth profiles down to 4560 mbsl. The standard deviation (2sigma) of the delta(37)Cl of this collection is +/-0.08 parts per thousand, which is in fact as large as our precision of measurement ( +/- 0.10 parts per thousand). Thus, within error, oceanic waters seem to be an homogeneous reservoir. According to our results, any seawater could be representative of Standard Mean Ocean Chloride (SMOC) and could be used as a reference standard. An extended international cross-calibration over a large range of delta(37)Cl has been completed. For this purpose, geological fluid samples of various chemical compositions and a manufactured CH3Cl gas sample, with delta(37)Cl from about -6 parts per thousand to +6 parts per thousand have been compared. Data were collected by gas source isotope ratio mass spectrometry (IRMS) at the Paris, Reading and Utrecht laboratories and by thermal ionization mass spectrometry (TIMS) at the Leeds laboratory. Comparison of IRMS values over the range -5.3 parts per thousand to +1.4 parts per thousand plots on the Y=X line, showing a very good agreement between the three laboratories. On 11 samples, the trend line between Paris and Reading Universities is: delta(37)Cl(Reading)= (1.007 +/- 0.009)delta(37)Cl(Paris) - (0.040 +/- 0.025), with a correlation coefficient: R-2 = 0.999. TIMS values from Leeds University have been compared to IRMS values from Paris University over the range -3.0 parts per thousand to +6.0 parts per thousand. On six samples, the agreement between these two laboratories, using different techniques is good: delta(37)Cl(Leeds)=(1.052 +/- 0.038)delta(37)Cl(Paris) + (0.058 +/- 0.099), with a correlation coefficient: R-2 = 0.995. The present study completes a previous cross-calibration between the Leeds and Reading laboratories to compare TIMS and IRMS results (Anal. Chem. 72 (2000) 2261). Both studies allow a comparison of IRMS and TIMS techniques between delta(37)Cl values from -4.4 parts per thousand to +6.0 parts per thousand and show a good agreement: delta(37)Cl(TIMS)=(1.039 +/- 0.023)delta(37)Cl(IRMS)+(0.059 +/- 0.056), with a correlation coefficient: R-2 = 0.996. Our study shows that, for fluid samples, if chlorine isotopic compositions are near 0 parts per thousand, their measurements either by IRMS or TIMS will give comparable results within less than +/- 0.10 parts per thousand, while for delta(37)Cl values as far as 10 parts per thousand (either positive or negative) from SMOC, both techniques will agree within less than +/- 0.30 parts per thousand. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Trends in aerosol optical depth in the Russian Arctic and their links with synoptic climatology

Temporal and spatial variability of aerosol optical depth (AOD) are examined using observations of direct solar radiation in the Eurasian Arctic for 1940-1990. AOD is estimated using empirical methods for 14 stations located between 66.2 degrees N and 80.6 degrees N, from the Kara Sea to the Chukchi Sea. While AOD exhibits a well-known springtime maximum and summertime minimum at all stations, atmospheric turbidity is higher in spring in the western (Kara-Laptev) part of the Eurasian Arctic. Between June and August, the eastern (East Siberian-Chukchi) sector experiences higher transparency than the western part. A statistically significant positive trend in AOD was observed in the Kara-Laptev sector between the late 1950s and the early 1930s predominantly in spring when pollution-derived aerosol dominates the Arctic atmosphere but not in the eastern sector. Although all stations are remote, those with positive trends are located closer to the anthropogenic sources of air pollution. By contrast, a widespread decline in AOD was observed between 1982 and 1990 in the eastern Arctic in spring but was limited to two sites in the western Arctic. These results suggest that the post-1982 decline in anthropogenic emissions in Europe and the former Soviet Union has had a limited effect on aerosol load in the Arctic. The post-1982 negative trends in AOD in summer, when marine aerosol is present in the atmosphere, were more common in the west. The relationships between AOD and atmospheric circulation are examined using a synoptic climatology approach. In spring, AOD depends primarily on the strength and direction of air flow. Thus strong westerly and northerly flows result in low AOD values in the East Siberian-Chukchi sector. By contrast, strong southerly flow associated with the passage of depressions results in high A OD in the Kara-Laptev sector and trajectory analysis points to the contribution of industrial regions of the sub-Arctic. In summer, low pressure gradient or anticyclonic conditions result in high atmospheric turbidity. The frequency of this weather type has declined significantly since the early 1980s in the Kara-Laptev sector, which partly explains the decline in summer AOD values. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Why the western Pacific subtropical high has extended westward since the late 1970s

The western Pacific subtropical high (WPSH) is closely related to Asian climate. Previous examination of changes in the WPSH found a westward extension since the late 1970s, which has contributed to the inter-decadal transition of East Asian climate. The reason for the westward extension is unknown, however. The present study suggests that this significant change of WPSH is partly due to the atmosphere's response to the observed Indian Ocean-western Pacific (IWP) warming. Coordinated by a European Union's Sixth Framework Programme, Understanding the Dynamics of the Coupled Climate System (DYNAMITE), five AGCMs were forced by identical idealized sea surface temperature patterns representative of the IWP warming and cooling. The results of these numerical experiments suggest that the negative heating in the central and eastern tropical Pacific and increased convective heating in the equatorial Indian Ocean/ Maritime Continent associated with IWP warming are in favor of the westward extension of WPSH. The SST changes in IWP influences the Walker circulation, with a subsequent reduction of convections in the tropical central and eastern Pacific, which then forces an ENSO/Gill-type response that modulates the WPSH. The monsoon diabatic heating mechanism proposed by Rodwell and Hoskins plays a secondary reinforcing role in the westward extension of WPSH. The low-level equatorial flank of WPSH is interpreted as a Kelvin response to monsoon condensational heating, while the intensified poleward flow along the western flank of WPSH is in accord with Sverdrup vorticity balance. The IWP warming has led to an expansion of the South Asian high in the upper troposphere, as seen in the reanalysis.

Depth by The Rule

This note corrects a previous treatment of algorithms for the metric DTR, Depth by the Rule.

Observations of the depth of ice particle evaporation beneath frontal cloud to improve NWP modelling

The evaporation (sublimation) of ice particles beneath frontal ice cloud can provide a significant source of diabatic cooling which can lead to enhanced slantwise descent below the frontal surface. The strength and vertical extent of the cooling play a role in determining the dynamic response of the atmosphere, and an adequate representation is required in numerical weather-prediction (NWP) models for accurate forecasts of frontal dynamics. In this paper, data from a vertically pointing 94 GHz radar are used to determine the characteristic depth-scale of ice particle sublimation beneath frontal ice cloud. A statistical comparison is made with equivalent data extracted from the NWP mesoscale model operational at the Met Office, defining the evaporation depth-scale as the distance for the ice water content to fall to 10% of its peak value in the cloud. The results show that the depth of the ice evaporation zone derived from observations is less than 1 km for 90% of the time. The model significantly overestimates the sublimation depth-scales by a factor of between two and three, and underestimates the local ice water content by a factor of between two and four. Consequently the results suggest the model significantly underestimates the strength of the evaporative cooling, with implications for the prediction of frontal dynamics. A number of reasons for the model discrepancy are suggested. A comparison with radiosonde relative humidity data suggests part of the overestimation in evaporation depth may be due to a high RH bias in the dry slot beneath the frontal cloud, but other possible reasons include poor vertical resolution and deficiencies in the evaporation rate or ice particle fall-speed parametrizations.