Utilização de metanol, etanol e metano como doadores de elétrons para a desnitrificação

Esta tese apresenta e discute os dados obtidos a partir de trabalho experimental projetado para avaliar comparativamente o desempenho de reatores desnitrificantes em batelada, tendo etanol, metanol e gás metano como doadores de elétrons. Os experimentos foram realizados em reatores em escala de bancada. Os ensaios com gás metano objetivaram verificar a efetividade deste sub-produto de reatores anaeróbios em substituir os doadores exógenos de elétrons comumente utilizados, tais como metanol e etanol. Para alcançar o objetivo principal deste trabalho, os parâmetros cinéticos de desnitrificação, para os doadores de elétrons ensaiados, foram determinados nas diferentes condições operacionais. Além disso, as alterações ocorridas na população microbiana, ao longo do período experimental, foram avaliadas em relação à diversidade microbiana, por meio de análises microscópicas (óptica, de fluorescência e eletrônica de varredura) e da técnica de Biologia Molecular de PCR/DGGE. A completa desnitrificação foi alcançada para todos os compostos testados, e o etanol foi o doador de elétrons mais eficiente para a desnitrificação. A melhor razão carbono-nitrogênio para a desnitrificação foi igual a 1,0. Contudo, este parâmetro foi encontrado ser inadequado para utilização no processo de desnitrificação, uma vez que não expressa a capacidade real do composto usado em doar elétrons. A desnitrificação com metano ocorreu tanto na presença como na ausência de oxigênio, embora a baixas velocidades quando comparado com os outros compostos. No entanto, a configuração do reator utilizado neste estudo não foi adequada para promover a efetiva dissolução do gás metano na fase líquida. Por essa razão, sugere-se o desenvolvimento de configurações de reatores apropriadas para minimizar as resistências à transferência de massa da fase gasosa para a líquida e também desta para a biomassa.

Modelagem do absorvedor e do gerador de ciclos de refrigeração por absorção de calor com o par amônia/água baseados na tecnologia de filme descendente sobre placas inclinadas.

Esse trabalho constitui o desenvolvimento da modelagem térmica e simulação por métodos numéricos de dois componentes fundamentais do ciclo de refrigeração por absorção de calor com o par amônia/água: o absorvedor e o gerador. A função do absorvedor é produzir mistura líquida com alta fração mássica de amônia a partir de mistura líquida com baixa fração mássica de amônia e mistura vapor mediante retirada de calor. A função do gerador é produzir mistura líquido/vapor a partir de mistura líquida mediante o fornecimento de calor. É proposto o uso da tecnologia de filmes descendentes sobre placas inclinadas e o método de diferenças finitas para dividir o comprimento da placa em volumes de controle discretos e realizar os balanços de massa, espécie de amônia e energia juntamente com as equações de transferência de calor e massa para o filme descendente. O objetivo desse trabalho é obter um modelo matemático simplificado para ser utilizado em controle e otimização. Esse modelo foi utilizado para calcular as trocas de calor e massa no absorvedor e gerador para diversas condições a partir de dados operacionais, tais como: dimensões desses componentes, ângulo de inclinação da placa, temperatura de superfície e condições de entrada da fase líquida e vapor. Esses resultados foram utilizados para estabelecer relações de causa e efeito entre as variáveis e parâmetros do problema. Os resultados mostraram que o ângulo de inclinação da placa ótimo tanto para o absorvedor como para o gerador é a posição vertical, ou 90°. A posição vertical proporciona o menor comprimento de equilíbrio (0,85 m para o absorvedor e 1,27 m para o gerador com as condições testadas) e se mostrou estável, pois até 75° não foram verificadas variações no funcionamento do absorvedor e gerador. Dentre as condições testadas para uma placa de 0,5 m verificou-se que as maiores efetividades térmicas no absorvedor e gerador foram respectivamente 0,9 e 0,7 e as maiores efetividades mássicas no absorvedor e gerador foram respectivamente 0,6 e 0,5. É esperado que os dados obtidos sejam utilizados em trabalhos futuros para a construção de um protótipo laboratorial e na validação do modelo.

Cristalização assistida por destilação por membranas aplicada ao reuso de água: comparação com outros métodos de reuso, análise do processo e projeto hierárquico de processo.

No presente trabalho foram avaliados processos alternativos de dessalinização visando a recuperação e reuso da água contida em salmouras concentradas, sendo o processo de cristalização assistida por destilação por membranas (MDC) investigado com profundidade. Foi desenvolvido um modelo diferencial para o processo de destilação por membranas por contato direto (DCMD), contemplando métodos termodinâmicos rigorosos para sistemas aquosos de eletrólitos fortes, bem como mecanismos de transferência de calor e massa e efeitos de polarização de temperatura e concentração característicos deste processo de separação. Com base em simulações realizadas a partir do modelo matemático assim desenvolvido, foram investigados os principais parâmetros que influenciam o projeto de um módulo de membranas para DCMD. O modelo foi posteriormente estendido com equações de balanço de massa e energia adicionais para incluir a operação de cristalização e desta forma representar o processo de MDC. De posse dos resultados das simulações e do modelo estendido, foi desenvolvido um método hierárquico para o projeto de processos de MDC, com o objetivo de conferir características de rastreabilidade e repetibilidade a esta atividade. Ainda a partir do modelo MDC foram discutidos aspectos importantes em MDC como a possibilidade de nucleação e crescimento de cristais sobre a superfície das membranas, bem como o comportamento do processo com sais com diferentes características de solubilidade e largura da zona metaestável. Verificou-se que para sais cuja solubilidade varia muito pouco com a temperatura e que possuem zona metaestável com pequena largura, caso do NaCl, a operação com resfriamento no cristalizador não é viável pois aumenta excessivamente o consumo energético do processo, sendo nesses casos preferível a operação \"isotérmica\" - sem resfriamento no cristalizador - e o convívio com a possibilidade de nucleação no interior do módulo. No extremo oposto, observou-se que para sais com grande variabilidade da solubilidade com a temperatura, um pequeno resfriamento no cristalizador é suficiente para garantir condições de subsaturação no interior do módulo, sem grande ônus energético para o processo. No caso de sais com pequena variabilidade da solubilidade com a temperatura, mas com largura da zona metaestável elevada, existe certo ônus energético para a operação com resfriamento do cristalizador, porém não tão acentuado como no caso de sais com zona metaestável estreita. Foi proposto um fluxograma alternativo para o processo de MDC, onde foi introduzido um circuito de pré-concentração da alimentação antes do circuito de cristalização, para o caso de alimentação com soluções muito diluídas. Este esquema proporcionou um aumento do fluxo permeado global do processo e consequentemente uma redução na área total de membrana requerida. Verificou-se que através do processo com préconcentração da alimentação de 5% até 10% em massa - no caso de dessalinização de uma solução de NaCl - foi possível reduzir-se a área total da membrana em 27,1% e o consumo energético específico do processo em 10,6%, quando comparado ao processo sem pré-concentração. Foram desenvolvidas ferramentas úteis para o projeto de processos de dessalinização por MDC em escala industrial.

Tratamento de água residuária parcialmente solúvel em reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada e agitação mecânica: análise da influência da intensidade de agitação e do tamanho de biopartícula

Neste trabalho de doutorado utilizou-se um reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de espuma de poliuretano e agitação mecânica, com volume total de 5.5 L e volume útil de 4.5 L. A agitação do meio líquido foi realizada com quatro tipos de impelidores (turbina tipo hélice, lâminas planas, lâminas planas inclinadas e lâminas curvas, testados individualmente, sempre em número de 3), com 6 cm de diâmetro. A pesquisa foi realizada em quatro etapas experimentais. A etapa 1 objetivou determinar o tempo de mistura no reator para cada tipo de impelidor, ou seja, o tempo necessário para que o meio líquido ficasse totalmente homogêneo. A etapa 2 objetivou selecionar o tipo de impelidor e a respectiva intensidade de agitação que garantisse a minimização da resistência à transferência de massa externa no sistema. As intensidades de agitação testadas variaram de 200 a 1100 rpm, dependendo do tipo de impelidor. A etapa 3 foi realizada com tipo de impelidor e intensidade de agitação definidos na etapa 2, mas variando-se o tamanho da biopartícula (0,5, 1,0, 2,0 e 3,0 cm de aresta). O objetivo desta etapa foi selecionar o tamanho de biopartícula que minimizasse a resistência à transferência de massa interna. De posse das condições operacionais otimizadas (tipo de impelidor, intensidade de agitação e tamanho de partícula de suporte), a etapa 4 constituiu na aplicação das mesmas para o tratamento de um resíduo real, sendo escolhida água residuária de suinocultura. Na etapa 1, os resultados mostraram que os tempos de mistura para todos os tipos de impelidores foram desprezíveis em relação ao tempo total de ciclo. A etapa 2 revelou tempos de partida muito curtos (cerca de 20 dias), em todas as condições testadas, sendo atingidas remoções de DQO próximas de 70%. Além disso, o tipo de impelidor exerceu grande influência na qualidade final do efluente, fato este claramente constatado quando as frações de DQO foram consideradas separadamente (filtrada e suspensa). De acordo com os resultados obtidos na etapa 3, o tamanho da biopartícula teve influência decisiva no desempenho do sistema, nas condições testadas. As velocidades de dissolução foram aparentemente influenciadas pelo empacotamento do leito de espuma, enquanto que o consumo da fração de DQO correspondente às amostras filtradas foi provavelmente influenciado por fatores mais complexos. Finalmente, o teste realizado com resíduo diluído de suinocultura demonstrou que a operação do reator em estudo para o tratamento deste tipo de água residuária é possível. Os dados operacionais mostraram que o reator permaneceu estável durante o período testado. A agitação mecânica provou ser eficiente para melhorar a degradação da DQO suspensa, um dos maiores problemas no tratamento deste tipo de água residuária. Sendo assim, de acordo com os dados experimentais obtidos ao longo do trabalho, pode-se afirmar que a agitação em reatores em batelada mostrou-se importante não somente para proporcionar boas condições de mistura ou melhorar a transferência de massa na fase líquida, mas também para melhorar a solubilização da matéria orgânica particulada, melhorando as velocidades de consumo de matéria orgânica.

Estudo do processo de absorção e dessorção de CO2 na solução aquosa de metildietanolamina e piperazina.

Estudou-se o processo de absorção e dessorção de CO2 em solução aquosa da mistura de metildietanolamina (MDEA) e piperazina (PZ). Os ensaios de absorção foram realizados numa coluna de parede molhada com promotor de película, e, os ensaios de dessorção num sistema de semibatelada, ambos em escala de laboratório. Os testes experimentais de absorção foram realizados a 298 K e pressão atmosférica, com vazão de gás (CO2 e ar atmosférico) de 2,2.10-4 m3 s-1 e as seguintes vazões de líquido: 1,0.10-6; 1,3.10-6 e 1,7.10-6 m3 s-1. O sistema de absorção foi caracterizado através da determinação da área interfacial, a, o coeficiente volumétrico de transferência de massa, kGa, e o coeficiente volumétrico global médio de transferência de massa, KGa. No caso dos ensaios de dessorção, estes foram realizados nas temperaturas de 353, 363 e 368 K, onde empregou-se uma solução carbonatada de 10% PZ-20% MDEA e uma corrente de ar atmosférico nas vazões de 1,1.10-5 m3 s-1 e 2,7.10-5 m3 s-1. Este sistema foi caracterizado através da determinação do coeficiente volumétrico global de transferência de massa, KLa. Os resultados experimentais da área interfacial mostram que este é função da vazão do líquido, sugerindo uma maior área de irrigação como o aumento desta, onde teve-se uma maior área de transferência de massa. O resultado do parâmetro, KGa, indica uma dependência da vazão de líquido, a qual está associada à variação da área interfacial e à dependência do parâmetro KG com o perfil das concentrações da MDEA e PZ ao longo da coluna. A partir da teoria do duplo filme e pelo conhecimento dos parâmetros KGa, a e kGa, estimou-se um parâmetro cinético-difusivo associado à fase líquida, (( ) ) . Os resultados experimentais mostram que esse parâmetro varia pouco com a vazão de líquido, indicando tratar-se de um processo independente da hidrodinâmica do líquido, característico de sistemas com reação rápida. A concentração das aminas e carbamatos, nos ensaios de absorção e dessorção, foi determinada através dos modelos de calibração obtidas pela técnica de espectroscopia no infravermelho. Nos ensaios de absorção, foram observados que a concentração de PZ teve uma variação considerável (4 a 5% massa massa-1), entanto que a de MDEA variou pouco (0,3 a 0,5% massa massa-1), sugerindo que o processo de absorção de CO2 na mistura MDEA-PZ é controlado principalmente pela PZ, e supõe-se que a MDEA tem um papel de receptor de prótons procedentes da reação entre a PZ e o CO2. Nos ensaios de dessorção, observou-se que esse processo é afetado pela temperatura, sendo que, em temperaturas perto da ebulição (372 K), a taxa de dessorção de CO2 é maior do que em temperaturas menores, em certa forma é devido à dependência da velocidade de reação química com a temperatura. Os resultados do parâmetro KLa indicam que este diminui em função da concentração de carbamato de PZ (por exemplo, na temperatura de 368 K, de 7,5.10-4 a 1,0.10-4 s-1), devido a que este componente é decomposto em altas temperaturas gerando o CO2 e as aminas, sugerindo uma diminuição na velocidade de dessorção de CO2. Assim também, os resultados experimentais do parâmetro KLa indicam que este aumenta ligeiramente com a vazão do gás.

Estudo da reação de epoxidação do óleo de soja em condição de remoção de calor máxima.

Óleo de soja epoxidado (OSE) é um produto químico há muito tempo utilizado como co-estabilizante e plastificante secundário do poli (cloreto de vinila) (PVC), ou seja, como um material que tem limitações na quantidade máxima que pode ser usada no composto de PVC. A sua aplicação como plastificante primário, ou seja, como o principal elemento plastificante no composto de PVC, e como base para outros plastificantes de fontes renováveis, tem aumentado nos últimos anos, principalmente devido a melhorias de desempenho e à redução do custo do OSE em comparação com plastificantes tradicionais. A reação de epoxidação do óleo de soja é bem conhecida e ocorre em duas fases líquidas, com reações em ambas as fases, e transferência de massa entre as fases. O processo industrial mais utilizado conta com formação in-situ do ácido perfórmico, através da adição gradativa do principal reagente, o peróxido de hidrogênio a uma mistura agitada de ácido fórmico e óleo de soja refinado. Industrialmente, o processo é realizado em batelada, controlando a adição do reagente peróxido de hidrogênio de forma que a geração de calor não ultrapasse a capacidade de resfriamento do sistema. O processo tem um ciclo que pode variar entre 8 e 12 horas para atingir a conversão desejada, fazendo com que a capacidade de produção seja dependente de investimentos relativamente pesados em reatores agitados mecanicamente, que apresentam diversos riscos de segurança. Estudos anteriores não exploram em profundidade algumas potenciais áreas de otimização e redução das limitações dos processos, como a intensificação da transferência de calor, que permite a redução do tempo total de reação. Este trabalho avalia experimentalmente e propõe uma modelagem para a reação de epoxidação do óleo de soja em condições de remoção de calor máxima, o que permite que os reagentes sejam adicionados em sua totalidade no início da reação, simplificando o processo. Um modelo foi ajustado aos dados experimentais. O coeficiente de troca térmica, cuja estimativa teórica pode incorrer em erros significativos, foi calculado a partir de dados empíricos e incluído na modelagem, acrescentando um fator de variabilidade importante em relação aos modelos anteriores. O estudo propõe uma base teórica para potenciais alternativas aos processos adotados atualmente, buscando entender as condições necessárias e viáveis em escala industrial para redução do ciclo da reação, podendo inclusive apoiar potenciais estudos de implementação de um reator contínuo, mais eficiente e seguro, para esse processo.

A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1. III. The WC9d binary W239 and implications for massive stellar evolution

Context. There is growing evidence that a treatment of binarity amongst OB stars is essential for a full theory of stellar evolution. However the binary properties of massive stars – frequency, mass ratio & orbital separation – are still poorly constrained. Aims. In order to address this shortcoming we have undertaken a multiepoch spectroscopic study of the stellar population of the young massive cluster Westerlund 1. In this paper we present an investigation into the nature of the dusty Wolf-Rayet star and candidate binary W239. Methods. To accomplish this we have utilised our spectroscopic data in conjunction with multi-year optical and near-IR photometric observations in order to search for binary signatures. Comparison of these data to synthetic non-LTE model atmosphere spectra were used to derive the fundamental properties of the WC9 primary. Results. We found W239 to have an orbital period of only ~5.05 days, making it one of the most compact WC binaries yet identified. Analysis of the long term near-IR lightcurve reveals a significant flare between 2004-6. We interpret this as evidence for a third massive stellar component in the system in a long period (>6 yr), eccentric orbit, with dust production occuring at periastron leading to the flare. The presence of a near-IR excess characteristic of hot (~1300 K) dust at every epoch is consistent with the expectation that the subset of persistent dust forming WC stars are short (<1 yr) period binaries, although confirmation will require further observations. Non-LTE model atmosphere analysis of the spectrum reveals the physical properties of the WC9 component to be fully consistent with other Galactic examples. Conclusions. The simultaneous presence of both short period Wolf-Rayet binaries and cool hypergiants within Wd 1 provides compelling evidence for a bifurcation in the post-Main Sequence evolution of massive stars due to binarity. Short period O+OB binaries will evolve directly to the Wolf-Rayet phase, either due to an episode of binary mediated mass loss – likely via case A mass transfer or a contact configuration – or via chemically homogenous evolution. Conversely, long period binaries and single stars will instead undergo a red loop across the HR diagram via a cool hypergiant phase. Future analysis of the full spectroscopic dataset for Wd 1 will constrain the proportion of massive stars experiencing each pathway; hence quantifying the importance of binarity in massive stellar evolution up to and beyond supernova and the resultant production of relativistic remnants.

The supergiant B[e] star LHA 115-S 18 - binary and/or luminous blue variable?

Context. The mechanism by which supergiant (sg)B[e] stars support cool, dense dusty discs/tori and their physical relationship with other evolved, massive stars such as luminous blue variables is uncertain. Aims. In order to investigate both issues we have analysed the long term behaviour of the canonical sgB[e] star LHA 115-S 18. Methods. We employed the OGLE II-IV lightcurve to search for (a-)periodic variability and supplemented these data with new and historic spectroscopy. Results. In contrast to historical expectations for sgB[e] stars, S18 is both photometrically and spectroscopically highly variable. The lightcurve is characterised by rapid aperiodic ` aring' throughout the 16 years of observations. Changes in the high excitation emission line component of the spectrum imply evolution in the stellar temperature - as expected for luminous blue variables - although somewhat surprisingly, spectroscopic and photometric variability appears not to be correlated. Characterised by emission in low excitation metallic species, the cool circumstellar torus appears largely unaffected by this behaviour. Finally, in conjunction with intense, highly variable He ii emission, X-ray emission implies the presence of an unseen binary companion. Conclusions. S18 provides observational support for the putative physical association of (a subset of) sgB[e] stars and luminous blue variables. Given the nature of the circumstellar environment of S18 and that luminous blue variables have been suggested as SN progenitors, it is tempting to draw a parallel to the progenitors of SN1987A and SN2009ip. Moreover the likely binary nature of S18 strengthens the possibility that the dusty discs/tori that characterise sgB[e] stars are the result of binary-driven mass-loss; consequently such stars may provide a window on the short lived phase of mass-transfer in massive compact binaries.

Steam reforming of ethanol over bimetallic RhPt/La2O3: Long-term stability under favorable reaction conditions

Recently, the steam reforming of biofuels has been presented as a potential hydrogen source for fuel cells. Because this scenario represents an interesting opportunity for Colombia (South America), which produces large amounts of bioethanol, the steam reforming of ethanol was studied over a bimetallic RhPt/La2O3 catalyst under bulk mass transfer conditions. The effect of temperature and the initial concentrations of ethanol and water were evaluated at space velocities above 55,000 h−1 to determine the conditions that maximize the H2/CO ratio and reduce CH4 production while maintaining 100% conversion of ethanol. These requirements were accomplished when 21 mol% H2O and 3 mol% C2H5OH (steam/ethanol molar ratio = 7) were reacted at 600 °C. The catalyst stability was assessed under these reaction conditions during 120 h on stream, obtaining ethanol conversions above 99% during the entire test. The effect of both H2 and air flows as catalyst regeneration treatments were evaluated after 44 and 67 h on stream, respectively. The results showed that H2 treatment accelerated catalyst deactivation, and air regeneration increased both the catalyst stability and the H2 selectivity while decreasing CH4 generation. Fresh and spent catalyst samples were characterized by TEM/EDX, XPS, TPR, and TGA. Although the Rh and Pt in the fresh catalyst were completely reduced, the spent samples showed a partial oxidation of Rh and small amounts of carbonaceous residue. A possible Rh–Pt–Rh2O3 structure was proposed as the active site on the catalyst, which was regenerated by air treatment.

Thermal decomposition of the different particles size fractions of almond shells and olive stones. Thermal behaviour changes due to the milling processes

The aim of this study is to investigate the effect of particle size on the non-isothermal pyrolysis of almond shells (AS) and olive stones (OS) and to show possible differences in the composition of the different fractions obtained after milling and sieving. The results obtained from the study of different particle size of AS and OS samples show significant differences in the solid residue obtained and in the shape and overlapping degree of the peaks, especially with the smaller particle size. These differences can be due to different factors: (a) the amount of inorganic matter, which increases as particle size decreases, (b) heat and mass transfer processes, (c) different sample composition as a consequence of the milling process which may provoke changes in the structure and the segregation of the components (in addition to the ashes) increasingly changes the composition of the sample as the particle size decreases.

Structured carbons as supports for hydrogenation hybrid catalysts prepared by the immobilization of a Rh diamine complex

A CNF-monolith sample (carbon nanofibres grown on a ceramic monolith), and a granular carbon xerogel have been used as supports for hybrid catalysts where the active species is an Rh diamine complex. The advantages of these supports are their open porous structure and their morphology, which make catalyst handling easier and avoid difficult separation processes. The obtained catalysts are noticeably more active than the homogeneous Rh complex and are stable against leaching. At first use, partial reduction of the Rh complex takes place and nanometer-sized Rh particles develop, which increases the catalyst activity. Despite the open porous structure, mass transport limitations are present, especially in the case of the carbon xerogel based catalyst. Differences in internal mass transfer limitations are essentially due to the different diffusional path lengths.

Bubble Growth From First Principles

We consider the simplest relevant problem in the foaming of molten plastics, the growth of a single bubble in a sea of highly viscous Newtonian fluid, and without interference from other bubbles. This simplest problem has defied accurate solution from first principles. Despite plenty of research on foaming, classical approaches from first principles have neglected the temperature rise in the surrounding fluid, and we find that this oversimplification greatly accelerates bubble growth prediction. We use a transport phenomena approach to analyze the growth of a solitary bubble, expanding under its own pressure. We consider a bubble of ideal gas growing without the accelerating contribution from mass transfer into the bubble. We explore the roles of viscous forces, fluid inertia, and viscous dissipation. We find that bubble growth depends upon the nucleus radius and nucleus pressure. We begin with a detailed examination of the classical approaches (thermodynamics without viscous heating). Our failure to fit experimental data with these classical approaches, sets up the second part of our paper, a novel exploration of the essential decelerating role of viscous heating. We explore both isothermal and adiabatic bubble expansion, and also the decelerating role of surface tension. The adiabatic analysis accounts for the slight deceleration due to the cooling of the expanding gas, which depends on gas polyatomicity. We also explore the pressure profile, and the components of the extra stress tensor, in the fluid surrounding the growing bubble. These stresses can eventually be frozen into foamed plastics. We find that our new theory compares well with measured bubble behavior.

Composition of basalts from the north part of the Bougault anomaly, Mid-Atlantic Ridge 15°N

A quantitative model of development of magmatic and ore-magmatic systems under crests of mid-ocean ridges is constructed. Correct physical models of melting zone formation in approximation to active spreading, non-stationary dynamics of magma intrusion from a center of generation, filling of magma chambers of various shapes, feeding of fissure-type volcanoes, and retrograde boiling of melts during solidification of intrusive bodies beneath axial zones of spreading in crests of ridges are proposed. Physicochemical and mathematical theories of disintegration of multi-component solutions, growth of liquational drops of ore melts, and sublimation of components from magmatic gases are elaborated. Methods for constructing physically correct models of heat and mass transfer in heterophase media are devised. Modeling of development of magmatic and ore-magmatic systems on the basis of the Usov-Kuznetsov facies method and the Pospelov system approach are advanced. For quantitative models numerical circuits are developed and numerical experiments are carried out.

Analyzation of marine snow and fecal pellets collected in sediment trap CBi-2 off Cape Blanc, Mauritania

We analyzed size-specific dry mass, sinking velocity, and apparent diffusivity in field-sampled marine snow, laboratory-made aggregates formed by diatoms or coccolithophorids, and small and large zooplankton fecal pellets with naturally varying content of ballast materials. Apparent diffusivity was measured directly inside aggregates and large (millimeter-long) fecal pellets using microsensors. Large fecal pellets, collected in the coastal upwelling off Cape Blanc, Mauritania, showed the highest volume-specific dry mass and sinking velocities because of a high content of opal, carbonate, and lithogenic material (mostly Saharan dust), which together comprised ~80% of the dry mass. The average solid matter density within these large fecal pellets was 1.7 g cm**-3, whereas their excess density was 0.25 ± 0.07 g cm**-3. Volume-specific dry mass of all sources of aggregates and fecal pellets ranged from 3.8 to 960 µg mm**-3, and average sinking velocities varied between 51 and 732 m d**-1. Porosity was >0.43 and >0.96 within fecal pellets and phytoplankton-derived aggregates, respectively. Averaged values of apparent diffusivity of gases within large fecal pellets and aggregates were 0.74 and 0.95 times that of the free diffusion coefficient in sea water, respectively. Ballast increases sinking velocity and, thus, also potential O2 fluxes to sedimenting aggregates and fecal pellets. Hence, ballast minerals limit the residence time of aggregates in the water column by increasing sinking velocity, but apparent diffusivity and potential oxygen supply within aggregates are high, whereby a large fraction of labile organic carbon can be respired during sedimentation.