Mineral and organic pollution in river Sabor (Northeastern Portugal): ecotoxicological effects on freshwater fauna

Aquatic ecosystems are final collectors of all kinds of pollution as an outcome of anthropogenic inputs, such us untreated industrial and municipal sewage and agricultural pollutants. There are several aquatic ecosystems that are threatened by mineral and organic pollution. In Northeastern Portugal, near Bragança, different watercourses are suffering negative impacts of human activities. It has been developed several studies in the monitoring of environmental impacts in these river basins, namely in Rio Fervença, affected by organic pollution, and in Portelo stream, affected, since 2009, by the collapse and continuous input of mining deposits. In this sense, the present study aimed to continue the monitoring study of ecological status of freshwater ecosystems of Northeastern Portugal, namely the following objectives: a) mineral pollution effects of mining deposits sudden incorporated into Portelo stream; b) organic pollution due to domestic and industrial inputs in River Fervença. Also, since fish are useful experimental models to evaluate toxicological mechanisms of contaminants, c) acute toxicity tests with Cu were conducted in laboratory conditions. During 2015/2016, it was made abiotic and biotic characterization of 16 sampling sites distributed by both Portelo and Fervença rivers, tributaries of main River Sabor (Douro Basin). Several physicochemical parameters were determined and Riparian Quality (QBR Index) and Channel Quality (GQC) Indexes were determined for habitat evaluation. Fish and invertebrate communities were sampled, according to protocols of Water Framework Directive (WFD). Several metrics were determined, with particular emphasis on the Biotic Index IBMWP and the Northern Portuguese Invertebrate Index (IPtIN). Acute toxicity tests were conducted with an Iberian fish species, common barbel (Luciobarbus bocagei) and some plasmatic electrolytes levels were evaluated, to assess their contribution to mitigate osmoregulatory adverse effects of Cu. Also, same electrolytes were measured after changing to clean water, in attempt to assess fish capacity to reverse this situation. Results obtained for both rivers showed a significant level of disturbance that affected decisively water, habitat and biological quality of aquatic ecosystems. Mineral and Organic Pollution in River Sabor (NE Portugal): Ecotoxicological Effects on Freshwater Fauna Due to this change of environmental conditions in Portelo stream (extreme pH values, high conductivity and presence of heavy metals), several biological metrics (e.g. taxonomic richness, abundance, diversity, evenness) confirmed, comparatively with reference sites, a substantial decrease on ecological integrity status. The same pattern was found for Fervença River; however other water parameters, namely the content of most limiting nutrients (e.g. N and P) seemed to have more influence in the composition and structure of macroinvertebrate and fish communities. In fact, despite the operation of the Sewage Treatment Plant of Bragança, Fervença River presented significant levels of disturbance that affected decisively the quality and ecological integrity of the aquatic ecosystem. The synergic effect of domestic and industrial pollution, intensive agriculture, regulation and degradation of aquatic and riparian habitats contributed to the decrease of ecological condition, namely in the downstream zones (after Bragança). The results for acute toxicity, showed that fish can change Na+ and K+ levels face to Cu exposition and, depending of Cu concentration tested, can also return to normal levels, providing some insights to that are believed to occurred in fish population, near the Portelo mines. The low ecological integrity status detected in the lotic ecosystems in NE Portugal as a result of mineral and organic pollution deserves the development of several measures for rehabilitation and improving of water quality. On the other hand, environmental education actions are needed to contribute to improvement of ecological integrity of the river and its conservation.

Dinâmica do fósforo em cultivo heterotrófico e produção de compostos celulares por cianobactéria integrado a biorrefinarias agroindustriais

O objetivo desta tese foi avaliar a dinâmica do fósforo em cultivo heterotrófico e produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli visando avaliar a perspectiva de implementação de uma biorrefinaria microalgal. Desta forma, foi avaliado o comportamento do micro-organismo em estudo no cultivo heterotrófico, utilizando como meio de cultivo o efluente de laticínios. O trabalho foi desenvolvido em 3 etapas. Em um primeiro momento foi avaliada a influência da temperatura (20 e 30°C) e os valores máximos e mínimos de nutrientes, em especial do fósforo dissolvido reativo (PDR), disponíveis no efluente de laticínio, na remoção de nutrientes. Os resultados demonstraram que a concentração inicial de fósforo dissolvido e a temperatura exerceram influência no crescimento celular e na eficiência de remoção de nutrientes. Em termos de otimização de processo os cultivos conduzidos a 20°C e maiores concentrações de PDR (5,5 mg.L-1 ) no efluente de laticínio, foram os mais eficientes na conversão de poluentes em biomassa e remoção de nutrientes. A segunda etapa foi desenvolvida com o objetivo de avaliar a dinâmica de distribuição de fósforo na fase líquida e sólida do reator heterotrófico, quando o efluente de laticínio foi tratado pela Aphanothece microscopica Nägeli, a 20°C e nas máximas concentrações de fósforo dissolvido encontradas no efluente. Foi demonstrado que as formas fosforadas na fase líquida do reator se caracterizam pela predominância da fração dissolvida em comparação à particulada e por apresentar como fração predominante a de fósforo orgânico. No que se refere à fase sólida, ficou demonstrado que a Aphanothece microscopica Nägeli, quando cultivada heterotroficamente apresenta 3,8 vezes mais fósforo que o requerido para o crescimento celular. Ficando demonstrado ainda que a remoção biológica de fósforo por Aphanothece microscopica Nägeli pode resultar em substanciais aportes financeiros para as estações de tratamento de efluentes. Uma terceira etapa foi desenvolvida, a qual teve como objetivo avaliar a estimativa de produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli, a partir do efluente de laticínio, bem como o efeito da redução de temperatura de cultivo no teor de lipídios , no momento em que é obtida a máxima concentração deste componente celular, nas condições otimizadas.Foi obtido na fase logarítmica de crescimento, concentrações de 41,8 % de proteinas, carboidratos 28,5 %, lipídios 10,4 % e minerais 10,8 %. O maior teor de lipídio registrado a 20°C correspondeu a biomassa analisada na fase logarítmica.Com a redução da temperatura para 5°C por um período de 30 h é possível obter concentrações de lipídios 2,4 vezes superior ao registrado na fase logarítmica a 20 °C. No entanto, não foram indicadas diferenças significativas (p≤0,05) em função da temperatura entre as concentrações de lipídios obtidas para a biomassa a 10°C em 40 h. O perfil de ácidos graxos da biomassa gerada a 20°C, apresentou como ácidos graxos majoritários, os ácidos graxos: palmítico, oléico, γ-linolênico, palmitoleico e esteárico, resultando um aumento na concentração de ácidos graxos saturados as espensa dos insaturados, quando a temperatura é reduzida. Em paralelo,um reator heterotrófico descontinuo foi definido, ficando demonstrado que a extrapolação da operação em batelada para contínua requer um biorreator heterotrófico com volume útil de trabalho de 240,51 m 3 , permitindo tratar 950 m3 diários de efluente, gerando 11,8 kg.d-1 de biomassa útil para produção de compostos celulares por Aphanothece microscopica Nägeli, visando à simultânea remoção de matéria orgânica, nitrogênio total e fósforo total, gerando insumos que podem suportar a implementação de uma biorrefinaria microalgal.

Biossorção do corante têxtil preto reafix super 2R com bagaço de malte

Na indústria têxtil grandes volumes de efluentes são gerados, os quais são caracterizados por serem coloridos e poluentes , devido à presença de corantes em sua composição. Com a necessidade de descontaminação, diferentes métodos são utilizados no tratamento, sendo um deles, a biossorção. Este consiste na remoção das substâncias tóxicas recorrendo a biossorventes obtidos a partir de resíduos agrícolas e sub-produtos de processos industriais. O objetivo principal deste trabalho foi estudar a remoção do corante Preto Reafix Super 2R em soluções aquosas por meio de biossorção com bagaço de malte. Baseando-se sobretudo no estudo da cinética e equilíbrio entre o biossorvente e o corante. Numa primeira fase foi estudada a influência dos parâmetros operacionais, como a influência do diâmetro médio das partículas do biossorvente, o pH da solução e a velocidade de agitação da solução. Sendo as condições ótimas de biossorção definidas a pH 2, velocidade de agitação de 150 rpm e biomassa sem peneiramento. Posteriormente, ajustaram-se os modelos cinéticos de Pseudo-primeira ordem, Pseudo-segunda ordem e de Difusão intrapartícula aos resultados experimentais obtidos pela cinética de adsorção avaliando também a influência da temperatura no tempo de contato para se alcançar o equilibrio. O modelo de Pseudo-segunda ordem conduziu ao melhor ajuste, com um coeficiente de correlação (R2) de apróximadamente 1. A partir dos testes de equilíbrio realizados com diferentes concentrações de corante, foram ajustadas as isotermas de Langmuir, Freundlich, Tempkin aos resultados experimentais tendo-se obtido parâmetros bastante significativos para o modelo Langmuir, cuja capacidade máxima de remoção (qmax) obtida foi de 40,16 mg.g-1. A análise dos parâmetros termodinâmicos permitiram avaliar que o processo de adsorção ocorre espontaneamente, sendo endotérmico e que ao longo do processo aumenta a aleatoriedade na interface sólido/solução, devido à desorganização do processo em virtude das interações que ocorrem.

Perdas fermentativas e composição bromatológica da entrecasca de palmito pupunha ensilada com aditivos químicos

Objetivou-se avaliar o efeito da inclusão de aditivos químicos na ensilagem de resíduos (entrecasca) da produção de palmito pupunha (Bactris gasipaes, Kunth). Utilizaram-se silos experimentais (baldes de 20 litros) providos de aparatos para determinação gravimétrica de perdas por gases e efluentes. Os tratamentos aplicados foram: controle (sem aditivos); ureia (1% da MV) e cal virgem (1% da MV). Decorridos 70 dias de armazenagem, os silos foram pesados, abertos e amostrados. As perdas por efluentes e gases aumentaram com a aplicação de cal virgem na ensilagem. As perdas totais de MS foram de 15,1; 14,4 e 26,6% nas silagens controle, ureia e cal, respectivamente. em todas as silagens, houve redução no teor de FDN e elevação da fração FDA, o que indica desaparecimento da fração hemicelulose. A relação cálcio:fósforo aumentou substancialmente com a adição de cal virgem, de 4,1:1 na silagem controle para 15,6:1 na silagem com cal. O resíduo da extração do palmito pupunha pode ser classificado como alimento de média qualidade e alto teor de umidade. Os aditivos aplicados na ensilagem não são efetivos em reduzir as perdas fermentativas no processo de conservação.

Obtenção de filtro cerâmico a partir da diatomita e casca de arroz carbonizada visando tratamento de efluente têxtil

The effluents released by the textile industry have high concentrations of alkali, carbohydrates, proteins, in addition to colors containing heavy metals. Therefore, a filter was prepared aiming primarily to the removal of color. In order to prepare this filter, rice hulls and diatomite were used, which have in their structure, basically amorphous hydrated silica. The silica exists in three crystalline forms: quartz, tridymite and cristobalite. In accordance with the above considerations, this study was divided into two stages; the first corresponds to the preparation of the filter and the second to carry out the tests in the effluent/filter in order to verify the efficiency of the color removal. First, the raw material was subjected to a chemical analysis and XRD, and then the diatomite was mixed, via humid, with a planetarium windmill with 20 %, 40 %, 60 % and 80 % of rice husk ash. To the mixture, 5 % carboxymethylcellulose (CMC) was added as a binder at room temperature. The samples were uniaxially compacted into metallic matrix of 0.3 x 0.1 cm² of area at a pressure of 167 MPa by means of hydraulic press and then sintered at temperatures of 1,000 °C, 1,200 °C and 1,400 °C for 1 h and submitted to granulometry test using laser, linear retraction, water absorption, apparent porosity and resistance to bending, DTA, TMA and XRD. To examine the pore structure of the samples scanning electron microscope (SEM) was used. Also tests were carried out in a mercury porosimeter to verify the average size of the pores and real density of the samples. In the second stage, samples of the effluent were collected from a local industry, whose name will be preserved, located in Igapó, in the State of Rio Grande do Norte - RN. The effluent was first pretreated before filtration and then subjected to a treatment of flotation. The effluent was then characterized before and after filtration, with parameters of color, turbidity, suspended solids, pH, chemical and biochemical oxygen demand (COD and BOD). Thus, through the XRD analysis the formation of cristobalite α in all samples was observed. The best average size of pore was found to be 1.75 μm with 61.04 % apparent porosity, thus obtaining an average 97.9 % color removal and 99.8 % removal of suspended solid

Química da vida : meio ambiente e ciclos dos elementos

Académico - Licenciaturas

Produção de bioetanol por uma cultura mista de leveduras a partir de um substrato misto de alfarroba e soro de queijo

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Physiology and biochemistry of the effect of abiotic stress on the autochthonous CTP4 strain, a candidate microalga for biofuel production in Algarve

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Inmovilización de lacasas en esferas de SiO₂ para la degradación de rojo congo

Propósito y Método de Estudio: Las lacasas son enzimas extracelulares que tienen la capacidad de oxidar una amplia variedad de sustratos utilizando al oxígeno como aceptor de electrones. Debido a esto, se ha utilizado esta enzima para diversas aplicaciones biotecnológicas dentro de las cuales destaca la degradación de colorantes textiles. En este trabajo se inmovilizaron tres tipos de lacasas, dos a partir de hongos de pudrición blanca (lacasa-HPB y lacasa HTT) y una comercial del género Trametes versicolor (lacasa-EC), en esferas mesoporosas de dióxido de silicio modificado para la degradación del colorante tipo azo rojo congo y azul índigo. Las lacasas HPB y HTT fueron purificadas a partir de la fermentación líquida optimizada de los hongos de pudrición blanca. Posteriormente se inmovilizaron mediante enlace covalente con el soporte (SiO2) y se realizaron las cinéticas de actividad enzimática y de degradación de los colorantes rojo congo y azul índigo. Contribuciones y Conclusiones: Se encontraron las condiciones de máxima producción de lacasa para los hongos seleccionado (HPB) y el hongo de referencia (HTT), observando que la producción de las lacasas se ve favorecida cuando el medio de cultivo contiene materiales ligninocelulósicos. Además se purificaron lacasas a partir de los extractos de los hongos HPB y HTT obteniendo pesos molecuares de aproximadamente 67 kDa lo que concuerda con lo reportado para las lacasas monoméricas. Se inmovilizaron las lacasas-EC, lacasas-HPB y lacasas-HTT en esferas mesoporosas de dióxido de silicio reteniendo un 56.94%, 55.68% y 46.08% de su actividad inicial respectivamente. En la degradación del colorante rojo congo con las enzimas inmovilizadas se obtuvieron porcentajes de decoloración de un 92.2%, 61.9% y 42.2% para la lacasa-EC, lacasa-HPB y lacasa-HTT en un tiempo de 60 minutos. Para el colorante azul índigo los porcentajes de degradación fueron de 89.2%, 62.1% y 50.3% para la lacasa-EC, lacasa-HPB y lacasa-HTT en 90 minutos. Por los resultados anteriores se muestra que la inmovilización enzimática de lacasas en SiO2 mesoporoso modificado con aminas, es una opción recomendable en el tratamiento de efluentes textiles, ya que los porcentajes de degradación se favorecen por el aporte que presenta el soporte en la degradación debido a la adsorción del colorante, disminuyendo por lo tanto los tiempos de proceso de tratamiento de efluentes acuosos con colorantes.

Biological and chemical strategies for the recovery of precious and rare metals as nanoparticles

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar da Terra e do Ambiente, Ramo: Ciências e Tecnologias do Ambiente, Especialidade em Biotecnologia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Análisis medioambiental de las plantas de tratamiento de aguas residuales del cantón Girón: diagnóstico y elaboración de un plan de mejoras

El presente trabajo de titulación tiene como finalidad la evaluación, el diagnóstico y la elaboración de un plan de mejoras que permita optimizar los procesos de depuración de las plantas de tratamiento de aguas residuales de los sectores Pambadel y Zhuringualo del Cantón Girón. En el diagnóstico de las PTAR se realizó la caracterización de los afluentes y efluentes; los valores obtenidos se compararon con la normativa ambiental TULSMA, a fin de evaluar el cumplimiento. Los resultados de laboratorio de los años 2014, 2015 y 2016junto con la valoración in situpermitieron determinar los porcentajes de eficiencia de las depuradoras. Laseficiencias alcanzadas en el 2014 fueron de 70,98% para Pambadel, 69,14% en Zhuringualo, en el año 2015 de -266,94% paraplanta de Pambadel, 66,03% para Zhuringualo, en el 2016 de 40,45% y 71,23% respectivamente. Al momento de comparar con la normativa encontramos incumplimiento en parámetros como: fósforo, coliformes totales y termotolerantes. También se efectuó un análisis social en el cual se encuestó a los pobladores de las zonas de influencia directa de las PTAR con la finalidad de conocer las necesidades y molestias que estas generan. Concluyendo que es necesaria la implementación del plan de mejoras que implica los siguientes procesos de optimización: un programa de mantenimiento emergente y remodelación de infraestructura deteriorada, la implementación de un laboratorio básico, la construcción de un sistema de pretratamiento basándose en los planos de diseño y la realización de estudios técnicos posteriores.

Uso de argilominerais e diatomita como adsorvente de fenóis em águas produzidas na indústria de petróleo

The oil production in Brazil has been increasing each year. Consequently, increasing volumes of water produced are generated with large quantities of contaminants, which brings many problems in disposing of these waters. The concern that the concentrations of contaminants in water produced meet existing laws for disposal of effluents, has been extremely important for the development of different techniques for treatment of water produced. The study of clay minerals as adsorbents of organic contaminants has grown considerably so in order to combine the low cost with the efficiency of environmental preservation and health issues. Thus, this study aims to understand the characteristics of vermiculite clay, sodium bentonite, calcium bentonite and diatomite and evaluate their performance as adsorbents for phenol in the water produced. Through adsorption isotherms it was possible to observe the behavior of these adsorptive clay and diatomite for adsorption of phenol, the main phenolic compound found in water produced. Different concentrations of synthetic solutions of phenol were put in touch with these adsorbents under same conditions of agitation and temperature. The adsorbents were composted adsorptive favorable, but the vermiculite and diatomite showed little capacity for absorption, being suggested for absorbs small concentrations of phenol in the balance isothermal

Biosorción en tanque agitado de Cd(+2) y Pb(+2) con cáscara de cacao

En la búsqueda de tecnologías más limpias para el tratamiento de efluentes que contienen metales pesados se ha dirigido la atención hacia la biosorción. Este estudio permitió abordar el proceso de biosorción de 〖Cd〗^(+2)y 〖Pb〗^(+2) en efluentes mineros a través de la cáscara de cacao. Se determinó las características físico-químicas del biosorbente y el resultado obtenido fue: la cáscara de cacao tiene una superficie neutra, compuesta principalmente por grupos ésteres alifáticos; además se estudió los factores que afectan este proceso como son: pH, tamaño de partícula, tiempo de contacto, Temperatura, y la concentración inicial del metal. El pH óptimo para la biosorción de plomo es entre 4 y 5 y para el cadmio fue entre 5 y 6; con respecto al tiempo de contacto necesario para eliminar la mayor cantidad de iones metálicos fue de 10 minutos, siendo el resultado obtenido en la remoción tanto de cadmio como de plomo de 86,92% y 96,74% respectivamente. Se observó que la temperatura no afecta significativamente el proceso de biosorción como el pH y se determinó como óptima 25℃ ; también se analizó que la cáscara de cacao tiene mayor afinidad por el cadmio por tener un radio iónico más pequeño que el plomo permitiéndole alcanzar poros reducidos; además al aumentar la concentración, la eliminación de cadmio disminuyó y para el plomo aumentó pero no de forma significativa. Los datos experimentales de la biosorción de plomo y cadmio en cáscara de cacao, reproducen favorablemente el modelo cinético Pseudo Segundo Orden, con coeficientes de correlación (R^2) para 〖Pb〗^(+2) de 0,999 y 〖Cd〗^(+2) de 1. Finalmente en el estudio de equilibrio el modelo de Langmuir describe el proceso de adsorción para 〖Cd〗^(+2) y el modelo de Fleundlich se ajustó mejor a los datos experimentales para 〖Pb〗^(+2).

Estudo de adsorvente obtido de terras diatomáceas para remoção de metais pesados em águas produzidas: processamento, caracterização e dinâmica em leito fixo

The acceleration of industrial growth in recent decades on all continents aroused the interest of the companies to counter the impacts produced on the environment, spurred primarily by major disasters in the petroleum industry. In this context, the water produced is responsible for the largest volume of effluent from the production and extraction of oil and natural gas. This effluent has in its composition some critical components such as inorganic salts, heavy metals (Fe, Cu, Zn, Pb, Cd, ), presence of oil and chemicals added in the various production processes. In response to impact, have been triggered by research alternative adsorbent materials for water treatment and water produced, in order to removing oils and acids and heavy metals. Many surveys of diatomaceous earth (diatomite) in Brazil involve studies on the physico-chemical, mineral deposits, extraction, processing and applications. The official estimated Jazi are around 2.5 million tonnes, the main located in the states of Bahia (44%) and Rio Grande do Norte (37,4%). Moreover, these two states appear as large offshore producers, earning a prominent role in research of adsorbents such as diatomite for treatment of water produced. Its main applications are as an agent of filtration, adsorption of oils and greases, industrial load and thermal insulator. The objective of this work was the processing and characterization of diatomite diatomaceous earth obtained from the municipality of Macaíba-RN (known locally as tabatinga) as a low cost regenerative adsorbent for removal of heavy metals in the application of water produced treatment. In this work we adopted a methodology for batch processing, practiced by small businesses located in producing regions of Brazil. The characterization was made by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area (BET). Research conducted showed that the improvement process used was effective for small volume production of diatomite concentrated. The diatomite obtained was treated by calcination at temperature of 900 oC for 2 hours, with and without fluxing Na2CO3 (4%), according to optimal results in the literature. Column adsorption experiments were conducted to percolation of the in nature, calcined and calcined fluxing diatomites. Effluent was used as a saline solution containing ions of Cu, Zn, Na, Ca and Mg simulating the composition of produced waters in the state of Rio Grande do Norte, Brazil. The breakthrough curves for simultaneous removal of copper ions and zinc as a result, 84.3% for calcined diatomite and diatomite with 97.3 % for fluxing. The calcined fluxing diatomite was more efficient permeability through the bed and removal of copper and zinc ions. The fresh diatomite had trouble with the permeability through the bed under the conditions tested, compared with the other obtained diatomite. The results are presented as promising for application in the petroleum industry

Characterization and evaluation of the impact of feed management on the effluents of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) culture

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da utilização de diferentes manejos alimentares: alimento natural, ração peletizada, extrusada ou farelada, sobre a qualidade da água dos efluentes gerados em uma criação de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus). O experimento foi desenvolvido durante 19 semanas em doze viveiros de 300 m², com renovação contínua de água, povoados com juvenis machos de tilápia do Nilo na densidade de 1,7 peixes m-2. As rações isoproteícas (30% de proteína bruta) e isoenergéticas (3.000kcal de energia digestível) foram fornecidas duas vezes ao dia. Quanto ao tratamento alimento natural, foi utilizado esterco de galinha poedeira. Semanalmente, foram aferidos na água de abastecimento e nos efluentes, temperatura, oxigênio dissolvido, pH, fósforo total, nitrogênio total, clorofila a e material em suspensão. de maneira geral, houve piora na qualidade da água dos efluentes de todos os tratamentos estudados, em comparação a água de abastecimento, evidenciando o impacto ambiental desta atividade produtiva, podendo levar a eutrofização dos corpos d'água receptores.