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.

Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).

Supervisory systems in waste water treatment plants: sistematise their implementation

La implantació de Sistemes de Suport a la presa de Decisions (SSD) en Estacions Depuradores d'Aigües Residuals Urbanes (EDAR) facilita l'aplicació de tècniques més eficients basades en el coneixement per a la gestió del procés, assegurant la qualitat de l'aigua de sortida tot minimitzant el cost ambiental de la seva explotació. Els sistemes basats en el coneixement es caracteritzen per la seva capacitat de treballar amb dominis molt poc estructurats, i gran part de la informació rellevant de tipus qualitatiu i/o incerta. Precisament aquests són els trets característics que es poden trobar en els sistemes biològics de depuració, i en conseqüència en una EDAR. No obstant, l'elevada complexitat dels SSD fa molt costós el seu disseny, desenvolupament i aplicació en planta real, pel que resulta determinant la generació d'un protocol que faciliti la seva exportació a EDARs de tecnologia similar. L'objectiu del present treball de Tesi és precisament el desenvolupament d'un protocol que faciliti l'exportació sistemàtica de SSD i l'aprofitament del coneixement del procés prèviament adquirit. El treball es desenvolupa en base al cas d'estudi resultant de l'exportació a l'EDAR Montornès del prototipus original de SSD implementat a l'EDAR Granollers. Aquest SSD integra dos tipus de sistemes basats en el coneixement, concretament els sistemes basats en regles (els quals són programes informàtics que emulen el raonament humà i la seva capacitat de solucionar problemes utilitzant les mateixes fonts d'informació) i els sistemes de raonament basats en casos (els quals són programes informàtics basats en el coneixement que volen solucionar les situacions anormals que pateix la planta en el moment actual mitjançant el record de l'acció efectuada en una situació passada similar). El treball està estructurat en diferents capítols, en el primer dels quals, el lector s'introdueix en el món dels sistemes de suport a la decisió i en el domini de la depuració d'aigües. Seguidament es fixen els objectius i es descriuen els materials i mètodes utilitzats. A continuació es presenta el prototipus de SSD desenvolupat per la EDAR Granollers. Una vegada el prototipus ha estat presentat es descriu el primer protocol plantejat pel mateix autor de la Tesi en el seu Treball de Recerca. A continuació es presenten els resultats obtinguts en l'aplicació pràctica del protocol per generar un nou SSD, per una planta depuradora diferent, partint del prototipus. L'aplicació pràctica del protocol permet l'evolució del mateix cap a un millor pla d'exportació. Finalment, es pot concloure que el nou protocol redueix el temps necessari per realitzar el procés d'exportació, tot i que el nombre de passos necessaris ha augmentat, la qual cosa significa que el nou protocol és més sistemàtic.

SBR technology for wastewater treatment: suitable operational conditions for a nutrient removal

Actualment, la legislació ambiental ha esdevingut més restrictiva pel que fa a la descàrrega d'aigües residuals amb nutrients, especialment en les anomenades àrees sensibles o zones vulnerables. Arran d'aquest fet, s'ha estimulat el coneixement, desenvolupament i millora dels processos d'eliminació de nutrients. El Reactor Discontinu Seqüencial (RDS) o Sequencing Batch Reactor (SBR) en anglès, és un sistema de tractament de fangs actius que opera mitjançant un procediment d'omplerta-buidat. En aquest tipus de reactors, l'aigua residual és addicionada en un sol reactor que treballa per càrregues repetint un cicle (seqüència) al llarg del temps. Una de les característiques dels SBR és que totes les diferents operacions (omplerta, reacció, sedimentació i buidat) es donen en un mateix reactor. La tecnologia SBR no és nova d'ara. El fet, és que va aparèixer abans que els sistema de tractament continu de fangs actius. El precursor dels SBR va ser un sistema d'omplerta-buidat que operava en discontinu. Entre els anys 1914 i 1920, varen sorgir certes dificultats moltes d'elles a nivell d'operació (vàlvules, canvis el cabal d'un reactor a un altre, elevat temps d'atenció per l'operari...) per aquests reactors. Però no va ser fins a finals de la dècada dels '50 principis del '60, amb el desenvolupament de nous equipaments i noves tecnologies, quan va tornar a ressorgir l'interès pels SBRs. Importants millores en el camp del subministrament d'aire (vàlvules motoritzades o d'acció pneumàtica) i en el de control (sondes de nivell, mesuradors de cabal, temporitzadors automàtics, microprocessadors) han permès que avui en dia els SBRs competeixin amb els sistemes convencional de fangs actius. L'objectiu de la present tesi és la identificació de les condicions d'operació adequades per un cicle segons el tipus d'aigua residual a l'entrada, les necessitats del tractament i la qualitat desitjada de la sortida utilitzant la tecnologia SBR. Aquestes tres característiques, l'aigua a tractar, les necessitats del tractament i la qualitat final desitjada determinen en gran mesura el tractament a realitzar. Així doncs, per tal d'adequar el tractament a cada tipus d'aigua residual i les seves necessitats, han estat estudiats diferents estratègies d'alimentació. El seguiment del procés es realitza mitjançant mesures on-line de pH, OD i RedOx, els canvis de les quals donen informació sobre l'estat del procés. Alhora un altre paràmetre que es pot calcular a partir de l'oxigen dissolt és la OUR que és una dada complementària als paràmetres esmentats. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen d'una aigua residual sintètica utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de l'estudi de l'efecte del nombre d'alimentacions, la definició de la llargada i el número de fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha aplicat l'estratègia d'alimentació esglaonada a dues aigües residuals diferents: una procedent d'una indústria tèxtil i l'altra, dels lixiviats d'un abocador. En ambdues aigües residuals es va estudiar l'eficiència del procés a partir de les condicions d'operació i de la velocitat del consum d'oxigen. Mentre que en l'aigua residual tèxtil el principal objectiu era eliminar matèria orgànica, en l'aigua procedent dels lixiviats d'abocador era eliminar matèria orgànica i nitrogen. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen i fòsfor d'una aigua residual urbana utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de la definició del número i la llargada de les fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha analitzat la influència del pH i la font de carboni per tal d'eliminar fòsfor d'una aigua sintètica a partir de l'estudi de l'increment de pH a dos reactors amb diferents fonts de carboni i l'estudi de l'efecte de canviar la font de carboni. Tal i com es pot veure al llarg de la tesi, on s'han tractat diferents aigües residuals per a diferents necessitats, un dels avantatges més importants d'un SBR és la seva flexibilitat.

Effect of time and mode of depuration on tissue copper concentrations of the earthworms Eisenia andrei, Lumbricus rubellus and Lumbricus terrestris

Eisenia andrei, Lumbricus rubellus and Lumbricus terrestris were exposed to 250, 250 and 350 mg kg(-1) Cu respectively in Cu(NO3)(2(aq)) amended soil for 28 d. Earthworms were then depurated for 24 to 72 h, digested and analysed for Cu and Ti or, subsequent to depuration were dissected to remove any remaining soil particles from the alimentary canal and then digested and analysed. This latter treatment proved impossible for E. andrei due to its small size. Regardless of depuration time, soil particles were retained in the alimentary canal of L. rubellus and L. terrestris. Tissue concentration determinations indicate that E. andrei should be depurated for 24 h, L. rubellus for 48 h and L. terrestris should be dissected. Ti was bioaccumulated and therefore could not be used as an inert tracer to determine mass of retained soil. Calculations indicate that after 28 d earthworms were still absorbing Cu from soil. (C) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Assessment of the effect of time and temperature on the availability of residual phosphate in a glasshouse study of four soils using the Olsen method

The Olsen method is an indicator of plant-available phosphorus (P). The effect of time and temperature on residual phosphate in soils was measured using the Olsen method in a pot experiment. Four soils were investigated: two from Pakistan and one each from England (calcareous) and Colombia (acidic). Two levels of residual phosphate were developed in each soil after addition of phosphate by incubation at either 10degreesC or 45degreesC. The amount of phosphate added was based on the P maximum of each soil, calculated using the Langmuir equation. Rvegrass was used as the test crop. The pooled data for the four soils incubated at 10degreesC showed good correlation between Olsen P and dry matter yield or P uptake (r(2) = 0.85 and 0.77, respectively), whereas at 45 degreesC, each soil had its own relationship and pooled data did not show correlation of Olsen P with dry matter yield or P uptake. When the data at both temperatures were pooled, Olsen P was a good indicator of yield and uptake for the English soil. For the Pakistani soils, Olsen P after 45 degreesC treatment was an underestimate relative to the 10 degreesC data and for the Colombian soil it was an overestimate. The reasons for these differences need to be explored further before high temperature incubation can be used to simulate long-term changes in the field.

Results from the Covered Catchment Experiment at Gårdsjön, Sweden, after ten years of clean precipitation treatment

The Covered Catchment Experiment at Gordsjon is a large scale forest ecosystem manipulation, where acid precipitation was intercepted by a 7000 m(2) plastic roof and replaced by 'clean precipitation' sprinkled below the roof for ten years between 1991 and 2001. The treatment resulted in a strong positive response of runoff quality. The runoff sulphate, inorganic aluminium and base cations decreased, while there was a strong increase in runoff ANC and a moderate increase in pH. The runoff continued to improve over the whole duration of the experiment. The achieved quality was, however, after ten years still considerably worse than estimated pre-industrial runoff at the site. Stable isotopes of sulphur were analysed to study the soil sulphur cycling. At the initial years of the experiment, the desorption of SO4 from the mineral soil appeared to control the runoff SO4 concentration. However, as the experiment proceeded, there was growing evidence that net mineralisation of soil organic sulphur in the humus layer was an additional source of SO4 in runoff. This might provide a challenge to current acidification models. The experiment convincingly demonstrated on a catchment scale, that reduction in acid deposition causes an immediate improvement of surface water quality even at heavily acidified sites. The improvement of the runoff appeared to be largely a result of cation exchange processes in the soil due to decreasing concentrations of the soil solution, while any potential change in soil base saturation seemed to be less important for the runoff chemistry over the short time period of one decade. These findings should be considered when interpreting and extrapolating regional trends in surface water chemistry to the terrestrial parts of ecosystems.

Modelling monsoons: understanding and predicting current and future behaviour

The global monsoon system is so varied and complex that understanding and predicting its diverse behaviour remains a challenge that will occupy modellers for many years to come. Despite the difficult task ahead, an improved monsoon modelling capability has been realized through the inclusion of more detailed physics of the climate system and higher resolution in our numerical models. Perhaps the most crucial improvement to date has been the development of coupled ocean-atmosphere models. From subseasonal to interdecadal time scales, only through the inclusion of air-sea interaction can the proper phasing and teleconnections of convection be attained with respect to sea surface temperature variations. Even then, the response to slow variations in remote forcings (e.g., El Niño—Southern Oscillation) does not result in a robust solution, as there are a host of competing modes of variability that must be represented, including those that appear to be chaotic. Understanding the links between monsoons and land surface processes is not as mature as that explored regarding air-sea interactions. A land surface forcing signal appears to dominate the onset of wet season rainfall over the North American monsoon region, though the relative role of ocean versus land forcing remains a topic of investigation in all the monsoon systems. Also, improved forecasts have been made during periods in which additional sounding observations are available for data assimilation. Thus, there is untapped predictability that can only be attained through the development of a more comprehensive observing system for all monsoon regions. Additionally, improved parameterizations - for example, of convection, cloud, radiation, and boundary layer schemes as well as land surface processes - are essential to realize the full potential of monsoon predictability. A more comprehensive assessment is needed of the impact of black carbon aerosols, which may modulate that of other anthropogenic greenhouse gases. Dynamical considerations require ever increased horizontal resolution (probably to 0.5 degree or higher) in order to resolve many monsoon features including, but not limited to, the Mei-Yu/Baiu sudden onset and withdrawal, low-level jet orientation and variability, and orographic forced rainfall. Under anthropogenic climate change many competing factors complicate making robust projections of monsoon changes. Absent aerosol effects, increased land-sea temperature contrast suggests strengthened monsoon circulation due to climate change. However, increased aerosol emissions will reflect more solar radiation back to space, which may temper or even reduce the strength of monsoon circulations compared to the present day. Precipitation may behave independently from the circulation under warming conditions in which an increased atmospheric moisture loading, based purely on thermodynamic considerations, could result in increased monsoon rainfall under climate change. The challenge to improve model parameterizations and include more complex processes and feedbacks pushes computing resources to their limit, thus requiring continuous upgrades of computational infrastructure to ensure progress in understanding and predicting current and future behaviour of monsoons.

Sequential designs for phase III clinical trials incorporating treatment selection

Most statistical methodology for phase III clinical trials focuses on the comparison of a single experimental treatment with a control. An increasing desire to reduce the time before regulatory approval of a new drug is sought has led to development of two-stage or sequential designs for trials that combine the definitive analysis associated with phase III with the treatment selection element of a phase II study. In this paper we consider a trial in which the most promising of a number of experimental treatments is selected at the first interim analysis. This considerably reduces the computational load associated with the construction of stopping boundaries compared to the approach proposed by Follman, Proschan and Geller (Biometrics 1994; 50: 325-336). The computational requirement does not exceed that for the sequential comparison of a single experimental treatment with a control. Existing methods are extended in two ways. First, the use of the efficient score as a test statistic makes the analysis of binary, normal or failure-time data, as well as adjustment for covariates or stratification straightforward. Second, the question of trial power is also considered, enabling the determination of sample size required to give specified power. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.

An adaptive group sequential design for phase II/III clinical trials that select a single treatment from several

There is increasing interest in combining Phases II and III of clinical development into a single trial in which one of a small number of competing experimental treatments is ultimately selected and where a valid comparison is made between this treatment and the control treatment. Such a trial usually proceeds in stages, with the least promising experimental treatments dropped as soon as possible. In this paper we present a highly flexible design that uses adaptive group sequential methodology to monitor an order statistic. By using this approach, it is possible to design a trial which can have any number of stages, begins with any number of experimental treatments, and permits any number of these to continue at any stage. The test statistic used is based upon efficient scores, so the method can be easily applied to binary, ordinal, failure time, or normally distributed outcomes. The method is illustrated with an example, and simulations are conducted to investigate its type I error rate and power under a range of scenarios.

Predicting the functional response of a farmland bird

1. Mechanistic models may be able to predict how changes in agricultural practice influence farmland bird populations. A key component of these models is the link between food and competitor densities and the rate at which birds consume food, i.e. the functional response. 2. This paper tests whether the functional response of a farmland bird, the rook Corvus frugilegus, can be predicted from three parameters: searching speed, food detection distance and handling time. It is often difficult to measure the functional response of farmland birds directly, but it may be possible to measure behavioural parameters more quickly. 3. We performed experiments in which rooks fed on a range of artificial food densities in two grass sward heights. Food detection distance was greater in the shorter sward, but sward height did not influence searching speed or handling time. The functional response could be accurately predicted in both sward heights. 4. We show that the functional response of a farmland bird can be predicted from parameters that can be measured more quickly than the alternative of measuring the functional response directly. This implies that the functional responses of other farmland birds may be predicted using a minimum of information.

Reducing fouling during UHT treatment of goat's milk

Whole fresh goat's milk was heat treated at 135 degrees C for 4 s using a miniature UHT plant. The temperature of the milk in the preheating and sterilizer sections, and the milk flow rate were monitored to evaluate the overall heat transfer coefficient (OHTC). The decrease in OHTC was used to estimate the extent of fouling. Goat's milk fouled very quickly and run times of the UHT plant were short. The use of sodium hexametaphosphate, trisodium citrate and cation exchange resins to reduce ionic calcium prior to UHT processing, increased the pH and alcohol stability of the milk and markedly increased the run time of the UHT plant.

Predicting the thermal inactivation of bacteria in a solid matrix: simulation studies on the relative effects of microbial thermal resistance parameters and process conditions

A combined mathematical model for predicting heat penetration and microbial inactivation in a solid body heated by conduction was tested experimentally by inoculating agar cylinders with Salmonella typhimurium or Enterococcus faecium and heating in a water bath. Regions of growth where bacteria had survived after heating were measured by image analysis and compared with model predictions. Visualisation of the regions of growth was improved by incorporating chromogenic metabolic indicators into the agar. Preliminary tests established that the model performed satisfactorily with both test organisms and with cylinders of different diameter. The model was then used in simulation studies in which the parameters D, z, inoculum size, cylinder diameter and heating temperature were systematically varied. These simulations showed that the biological variables D, z and inoculum size had a relatively small effect on the time needed to eliminate bacteria at the cylinder axis in comparison with the physical variables heating temperature and cylinder diameter, which had a much greater relative effect. (c) 2005 Elsevier B.V All rights reserved.

New mathematical modeling approach for predicting microbial inactivation by high hydrostatic pressure

A new primary model based on a thermodynamically consistent first-order kinetic approach was constructed to describe non-log-linear inactivation kinetics of pressure-treated bacteria. The model assumes a first-order process in which the specific inactivation rate changes inversely with the square root of time. The model gave reasonable fits to experimental data over six to seven orders of magnitude. It was also tested on 138 published data sets and provided good fits in about 70% of cases in which the shape of the curve followed the typical convex upward form. In the remainder of published examples, curves contained additional shoulder regions or extended tail regions. Curves with shoulders could be accommodated by including an additional time delay parameter and curves with tails shoulders could be accommodated by omitting points in the tail beyond the point at which survival levels remained more or less constant. The model parameters varied regularly with pressure, which may reflect a genuine mechanistic basis for the model. This property also allowed the calculation of (a) parameters analogous to the decimal reduction time D and z, the temperature increase needed to change the D value by a factor of 10, in thermal processing, and hence the processing conditions needed to attain a desired level of inactivation; and (b) the apparent thermodynamic volumes of activation associated with the lethal events. The hypothesis that inactivation rates changed as a function of the square root of time would be consistent with a diffusion-limited process.

Effect of a cellulase treatment on extraction of antioxidant phenols from black currant (Ribes nigrum L.) pomace

The effect of a commercial cellulase preparation on phenol liberation and extraction from black currant pomace was studied. The enzyme used, which was from Trichoderma spp., was an effective "cellulase-hemicellulase" blend with low P-glucosidase activity and various side activities. Enzyme treatment significantly increased plant cell wall polysaccharide degradation as well as increasing the availability of phenols for subsequent methanolic extraction. The release of anthocyanins and other phenols was dependent on reaction parameters, including enzyme dosage, temperature, and time. At 50 degrees C, anthocyanin yields following extraction increased by 44% after 3 h and by 60% after 1.5 h for the lower and higher enzyme/substrate ratio (E/S), respectively. Phenolic acids were more easily released in the hydrolytic mixture (supernatant) and, although a short hydrolysis time was adequate to release hydroxybenzoic acids (HBA), hydroxycinnamic acids (HCA) required longer times. The highest E/S value of 0.16 gave a significant increase of flavonol yields in all samples. The antioxidant capacity of extracts, assessed by scavenging of 2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical cation, the oxygen radical absorbance capacity, and the ferric reducing antioxidant potential depended on the concentration and composition of the phenols present.