Comparison of photobioreactors for cultivation of Undaria pinnatifida gametophytes

Undaria pinnatifida gametophytes were grown in 2.5 l bubble column and airlift reactor at 25 degreesC and light intensity of 40 mumol m(-2) s(-1) for 6 days. With aeration at 1 l min(-1), the airlift reactor yielded higher growth rate (0.12 mg DW ml(-1) d(-1)) than a bubble column (0.08 mg DW ml(-1) d(-1)). The advantages were related to the more homogeneous fluid dynamic characteristics of the airlift reactor.

Optimization of conditions for cell cultivation of Porphyra haitanensis conchocelis in a bubble-column bioreactor

Process conditions for cell cultures derived from conchocelis of female red macroalga Porphyra haitanensis were optimized in an illuminated 0.3-l bubble-column photobioreactor, using CO2 in air as the sole carbon source during a 20-day cultivation period. It reached the highest growth rate when the initial cell density was 700 mg l(-1)(dry weight), the optional aeration rate was 1.2 v/v/min, inorganic nitrate concentration was 15 mM and inorganic phosphate concentration was 0.6 mM. This is the first reported bioreactor cultivation study of cell cultures derived from conchocelis of Porphyra haitanensis.

Corrosion behaviour of steel in beach soil along Bohai Bay

Research on corrosion of steel structures in various marine environments is essential to assure the safety of structures and can effectively prolong their service life. In order to provide data for anticorrosion design of oil exploitation structures in the Bohai Bay, the corrosion behaviour and properties of steel in beach soil, using typical steel samples (Q235A carbon steel and API 5Lx52 pipeline steel) buried 0.5, 1.0 and 1.5 m deep under typical beach soils in Tanggu, Yangjiaogou, Xingcheng, Yingkou and Chengdao for 1-2 years were studied. The carbon steel and pipeline steel were both corroded severely in the beach soil, with the form of corrosion being mainly uniform with some localised attack (pitting corrosion). The corrosion rate of the carbon steel was up to 0.16 mm/year with a maximum penetration depth of 0.76 mm and that of the pipeline steel was up to 0.14 mm/year, with a maximum penetration depth of 0.53 mm. Compared with carbon steel, the pipeline steel generally had better corrosion resistance in most test beach soils. The corrosion rates and the maximum corrosion depths of carbon steel and pipeline steel were in the order: Tanggu>Xingcheng>Chengdao>Yingkou>Yangjiaogou with corrosion altering with depth of burial. The corrosion of steel in the beach soil involves a mixed mechanism with different degrees of soil aeration and microbial activity present. It is concluded that long term in situ plate laying experiments must be carried out to obtain data on steel corrosion in this beach soil environment so that the effective protection measures can be implemented.

Burrowing rodents as ecosystem engineers: the ecology and management of plateau zokors Myospalax fontanierii in alpine meadow ecosystems on the Tibetan Plateau

1. Plateau zokors, Myospalax fontanierii, are the only subterranean herbivores on the Tibetan plateau of China. Although the population biology of plateau zokors has been studied for many years, the interactions between zokors and plants, especially for the maintenance and structure of ecological communities, have been poorly recognized. In the past, plateau zokors have been traditionally viewed as pests, competitors with cattle, and agents of soil erosion, thus eradication programmes have been carried out by local governments and farmers. Zokors are also widely and heavily exploited for their use in traditional Chinese medicine.2. Like other fossorial animals, such as pocket gophers Geomys spp. and prairie dogs Cynomys spp. in similar ecosystems, zokors may act to increase local environmental heterogeneity at the landscape level, aid in the formation, aeration and mixing of soil, and enhance infiltration of water into the soil thus curtailing erosion. The changes that zokors cause in the physical environment, vegetation and soil clearly affect the herbivore food web. Equally, plateau zokors also provide a significant food source for many avian and mammalian predators on the plateau. Zokor control leading to depletion of prey and secondary poisoning may therefore present problems for populations of numerous other animals.3. We highlight the important role plateau zokors play in the Tibetan plateau ecosystem. Plateau zokors should be managed in concert with other comprehensive rangeland treatments to ensure the ecological equilibrium and preservation of native biodiversity, as well as the long-term sustainable use of pastureland by domestic livestock.

Performance of a Sequential Reactive Barrier for Bioremediation of Coal Tar Contaminated Groundwater

Following a thorough site investigation, a biological Sequential Reactive Barrier (SEREBAR), designed to remove Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and BTEX compounds, was installed at a Former Manufactured Gas Plant (FMGP) site. The novel design of the barrier comprises, in series, an interceptor and six reactive chambers. The first four chambers (2 nonaerated-2 aerated) were filled with sand to encourage microbial colonization. Sorbant Granular Activated Carbon (GAC) was present in the final two chambers in order to remove any recalcitrant compounds. The SEREBAR has been in continuous operation for 2 years at different operational flow rates (ranging from 320 L/d to 4000 L/d, with corresponding residence times in each chamber of 19 days and 1.5 days, respectively). Under low flow rate conditions (320-520 L/d) the majority of contaminant removal (>93%) occurred biotically within the interceptor and the aerated chambers. Under high flow rates (1000-4000 L/d) and following the installation of a new interceptor to prevent passive aeration, the majority of contaminant removal (>80%) again occurred biotically within the aerated chambers. The sorption zone (GAC) proved to be an effective polishing step, removing any remaining contaminants to acceptable concentrations before discharge down-gradient of the SEREBAR (overall removals >95%).

Improvements Relating to Water Treatment

A process for the treatment of water comprising at least the steps of : (a) providing the water in laminar flow; and (b) providing bubblefree aeration to the water. The present invention introduces aerobic treatment into wastewater settlement without any hindrance to the settlement process. The present invention is useable for any settlement step or stage, without limitation, the commonest being primary settlement or final settling.

Photocatalytic destruction of geosmin using novel pelleted titanium dioxide

Geosmin is produced by cyanobacteria and actinomycetes in surface waters. It causes undesirable earthy off-flavours in freshwater fish and is a major concern for the drinking water industry. This paper presents the first published study on the use of the novel pelleted Ti0₂ photocatalyst, Hombikat K01/C, for the removal of geosmin from water. Ti0₂ in pelleted form eliminates the requirement for the separation of the catalyst from the water following treatment which is normally the case with the widely used powdered catalysts. A laboratory reactor was designed to limit system loss since the compound adsorbs to a wide range of surfaces. Initial concentration, aeration rate and irradiation were evaluated. It was found that degradation of geosmin followed the Langmuir-Hinshelwood model. Elevated aeration had no effect on the photocatalytic removal of geosmin, but increasing irradiation was found to increase degradation rates. The catalyst proved effective within 10 min under optimum conditions. 

Effect of oxygen carriers in microbial and plant cell cultures.

Dissolved oxygen concentration is one of the most limiting factors in aerobic cultures, due to the poor solubility of oxygen in aqueous media. In many processes, the microorganisms growth and production can be affected as a result of insufficient oxygen supply to the broths [1, 2]. To increase oxygen solubility, some methods can be used, such as the increment of aeration or agitation rates or decrease of the solution temperature.

Compostagem e caracterização de resíduos vegetais para utilização como substratos hortícolas

O objectivo deste trabalho foi estudar a utilização de 5 compostos de resíduos de origem vegetal, como componentes de substratos hortícolas. Estudaram-se os processos de compostagem de bagaço de azeitona, bagaço de uva, polpa de alfarroba, casca de eucalipto e casca de pinheiro, caracterizaram-se os compostos obtidos e testou-se a sua aptidão agronómica, como substratos para viveiro de tomate (Lycopersicum esculentum Mill.) em placas alveoladas e cultura de pelargónio (Pelargonium x hortorum) em vaso. Após uma preparação prévia, que em alguns dos resíduos vegetais constou de moenda, suplemento de azoto e aumento do teor de humidade, efectuou-se a sua compostagem em caixas com 1200 L de capacidade, isoladas termicamente, com arejamento por volteio manual. Depois foram analisadas as suas características físicas e químicas e testados na sua aptidão como constituintes únicos de substratos e em misturas com turfa de sphagnum. A maioria dos processos de compostagem apresentou uma evolução habitual da temperatura, com a máxima aproximando-se ou ultrapassando 60 oC. Como excepções, verificou-se um período de compostagem muito longo em bagaço de azeitona; o atraso da fase termofílica em polpa de alfarroba e, na 1ª compostagem de casca de pinheiro, a temperatura não alcançou a zona termofílica. A maioria dos resíduos manifestaram uma acentuada resistência à degradação durante a compostagem, à excepção da polpa de alfarroba e da casca de eucalipto. Contudo, a nível físico-químico e químico registaram-se evoluções acentuadas, sobretudo nas variáveis relacionadas com alterações da superfície das partículas, como por exemplo, a capacidade de troca catiónica. Outras variáveis apresentaram uma evolução interessante para o acompanhamento do processo e o conhecimento do grau de estabilidade do composto final. Foi apreciável o efeito proporcionado pela adição de lamas de estação de tratamento de águas residuais urbanas, como suplemento azotado, a nível das propriedades físicas dos compostos, do aumento da velocidade do processo de compostagem e do enriquecimento dos compostos em macro e micronutrientes. A compostagem não conduziu à melhoria significativa das propriedades físicas dos materiais, excepto em casca de eucalipto. Os compostos caracterizaram-se fundamentalmente por uma reduzida capacidade de retenção de água e uma elevada capacidade de arejamento. Os compostos obtidos com incorporação de lamas apresentaram os valores mais baixos de capacidade de arejamento, mesmo assim dentro dos limites satisfatórios e, os valores mais altos de capacidade de retenção de água. Na cultura em placas alveoladas, o comportamento de muitas das misturas com compostos não se diferenciou do da testemunha, observando-se uma flutuação sazonal do comportamento das misturas nos dois viveiros de cada ano, associada às condições ambientais mais exigentes do ponto de vista da disponibilidade de água. Observou-se um maior número de correlações significativas entre as características dos substratos e as variáveis relativas ao crescimento das plantas nos viveiros efectuados mais tarde, sob condições de maior evapotranspiração. As plantas obtidas no segundo viveiro de tomate foram instaladas em cultura. As características das plantas do viveiro, apresentaram elevada correlação com as respectivas produções obtidas no campo, evidenciando a importância da qualidade das plantas de viveiro, na produção. Nos ensaios de pelargónio em vaso, também se observaram comportamentos idênticos ao da testemunha em muitas das misturas com compostos. Observou-se no 2º ensaio, um maior número de tratamentos com resultados idênticos aos da testemunha, resultante das condições de menor exigência hídrica, as quais fizeram sobressair menos as diferenças de propriedades físicas das misturas. Contudo, a diferença de crescimento obtido em algumas misturas, atribuiu-se também à interferência da continuidade capilar entre o vaso de papel com a estaca enraizada e a mistura em estudo. O trabalho presente mostrou que é possível obter compostos a partir de resíduos orgânicos, com boas características e a preço competitivo para utilização como substratos hortícolas. O processo de compostagem sendo um elemento chave, é fácil de controlar se houver uma regulação eficaz do arejamento e do teor de humidade durante o processo. Apesar de alguns resíduos, como a polpa de alfarroba, serem caros, se tomarmos em consideração o custo da sua eliminação, poderão conduzir a substratos comercialmente viáveis. Em condições ambientais que favoreçam uma maior evapotranspiração ou, em culturas com maior exigência hídrica, pode ser aconselhável a mistura dos compostos estudados com turfa de sphagnum pouco decomposta para melhorar a capacidade de retenção de água.

Controlo da fermentação do mosto e das condições ambientais de uma sala de lagares

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Projeto de uma ETAR para a freguesia de Canelas, Penafiel

O tratamento das águas residuais domésticas surge com o intuito de degradar os poluentes presentes, para que as águas residuais tratadas não prejudiquem o ambiente nem a saúde pública. O presente trabalho teve como objetivo a conceção e o dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) na freguesia de Canelas com a finalidade de substituir a já existente e permitir a ampliação da área da rede de saneamento da freguesia. Foram considerados dois tipos de ETAR’s, compacta e convencional, para tratar águas residuais domésticas de aproxidamente 2000 habitantes, com um caudal médio de 400 m3/dia e um caudal de ponta de 1136,7 m3/dia. Das duas opções optou-se pela convencional uma vez que acarreta um menor investimento, no valor de 187 232 €, e se considera também mais adequada às características do efluente a tratar. O tratamento escolhido inclui inicialmente uma gradagem, com uma grade constituída por sete barras com um espaçamento de 20 mm entre elas, seguida de um tamisador rotativo com uma abertura de malha de 3 mm. Depois do tamisador, optou-se por um sistema de desarenação/desengorduramento com um volume do tanque de 3,95 m3 e um fluxo de ar de 17,9 m3/h. Na fase seguinte considerou-se um tratamento biológico por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado num tanque de arejamento de volume igual a 245,8 m3 com um arejador submerso, seguindo-se um decantador secundário de volume 33,3 m3. Por último, escolheu-se um sistema de desinfeção por ultravioleta e, a montante do mesmo, um filtro rápido para eliminar pequenas partículas que o efluente ainda possa conter. Para a desinfeção foram consideradas duas secções com cinco módulos de duas lâmpadas cada, ou seja, vinte lâmpadas ultravioleta. Dos resíduos produzidos pelo tratamento da água residual, os gradados e as areias serão encaminhados para aterro, enquanto que as lamas serão enviadas para a ETAR das Termas de S.Vicente, para que sofram o tratamento adequado e sejam encaminhadas para o destinal final adequado (aplicação em solos agrícolas, compostagem ou em alternativa para aterro). No caso da ETAR covencional foi ainda avaliada a possível reutilização de um decantador da ETAR de Milhundos uma vez que esta se encontrava em fase de desativação. Desta avaliação, concluiu-se que não seria economicamente viável o seu reaproveitamento. Mestrado em Engenharia Química – Tecnologias de Proteção Ambiental Para além disso realizou-se também um levantamento dos principais problemas que ocorrem na maioria das ETAR’s e foram apresentadas as respetivas sugestões de resolução. A realização de um inquérito permititu concluir que os odores são o problema que mais causa incómodo à população.

Full-scale biological phosphorus removal: quantification of storage polymers, microbial performance and metabolic modelling

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Projeto de uma ETAR de 3200 habitantes equivalentes

A atividade humana e industrial usa a água para as suas atividades do quotidiano. A água é um recurso natural escasso cuja qualidade deve ser protegida, defendida, gerida e tratada em conformidade com o seu uso. Nesse âmbito, a gestão das águas prossegue objetivos de proteção da saúde humana e de preservação, proteção e melhoria da qualidade do ambiente[1]. Desde o final do seculo XIX até aos dias de hoje, verificou-se uma forte evolução nos sistemas de tratamento de águas residuais. Esta evolução foi fundamental para dar resposta às maiores exigências de qualidade do efluente tratado. O sistema de lamas ativadas é um dos processos de tratamento biológico das águas residuais mais usados em todo o mundo. Este trabalho consiste no desenvolvimento do projeto de conceção e dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) para servir um pequeno aglomerado de cerca de 3200 habitantes equivalentes (hab.eq.), tendo como objetivo o dimensionamento de todas as etapas de tratamento necessárias ao cumprimento da legislação em vigor para a descarga das águas residuais urbanas no meio recetor. O Decreto-lei nº 152/97[2], relativo ao tratamento de águas residuais urbanas, juntamente com o Decreto-lei nº 149/2004[3] que identifica as zonas sensíveis e de zonas menos sensíveis, permitem que as entidades licenciadoras definam o grau de tratamento que a instalação deve possuir tendo em consideração a classificação do meio onde o efluente tratado é descarregado. O Decreto-Lei n.º 135/2009[1] estabelece o regime de identificação, gestão, monitorização e classificação da qualidade das águas balneares, impondo a qualidade microbiológica da água residual tratada mediante o meio recetor, e portanto conseguindo-se assim definir o tratamento de desinfeção a adotar. Resumidamente, a conceção do tratamento focou as seguintes etapas: tratamento preliminar formado por uma unidade compacta de tamisação, desarenador e desengordurador, tratamento secundário por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado constituído por dois reatores com cerca de 400 m3 de volume seguido de um decantador com um diâmetro de 9.5 m, tratamento terciário de desinfeção composto por uma microtamisação seguido de desinfeção UV, e a utilização das operações comuns de espessamento e desidratação das lamas produzidas em excesso pelo tratamento, constituída por com um espessador gravítico com 4.6 m de diâmetro, e um filtro banda para a desidratação.

Modelling of a wastewater treatment plant using GPS-X

Dissertation to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

The effect of key process operational conditions on enhanced biological phosphorus removal from wastewater

Enhanced biological phosphorus removal (EBPR) is the most economic and sustainable option used in wastewater treatment plants (WWTPs) for phosphorus removal. In this process it is important to control the competition between polyphosphate accumulating organisms (PAOs) and glycogen accumulating organisms (GAOs), since EBPR deterioration or failure can be related with the proliferation of GAOs over PAOs. This thesis is focused on the effect of operational conditions (volatile fatty acid (VFA) composition, dissolved oxygen (DO) concentration and organic carbon loading) on PAO and GAO metabolism. The knowledge about the effect of these operational conditions on EBPR metabolism is very important, since they represent key factors that impact WWTPs performance and sustainability. Substrate competition between the anaerobic uptake of acetate and propionate (the main VFAs present in WWTPs) was shown in this work to be a relevant factor affecting PAO metabolism, and a metabolic model was developed that successfully describes this effect. Interestingly, the aerobic metabolism of PAOs was not affected by different VFA compositions, since the aerobic kinetic parameters for phosphorus uptake, polyhydroxyalkanoates (PHAs) degradation and glycogen production were relatively independent of acetate or propionate concentration. This is very relevant for WWTPs, since it will simplify the calibration procedure for metabolic models, facilitating their use for full-scale systems. The DO concentration and aerobic hydraulic retention time (HRT) affected the PAO-GAO competition, where low DO levels or lower aerobic HRT was more favourable for PAOs than GAOs. Indeed, the oxygen affinity coefficient was significantly higher for GAOs than PAOs, showing that PAOs were far superior at scavenging for the often limited oxygen levels in WWTPs. The operation of WWTPs with low aeration is of high importance for full-scale systems, since it decreases the energetic costs and can potentially improve WWTP sustainability. Extended periods of low organic carbon load, which are the most common conditions that exist in full-scale WWTPs, also had an impact on PAO and GAO activity. GAOs exhibited a substantially higher biomass decay rate as compared to PAOs under these conditions, which revealed a higher survival capacity for PAOs, representing an advantage for PAOs in EBPR processes. This superior survival capacity of PAOs under conditions more closely resembling a full-scale environment was linked with their ability to maintain a residual level of PHA reserves for longer than GAOs, providing them with an effective energy source for aerobic maintenance processes. Overall, this work shows that each of these key operational conditions play an important role in the PAO-GAO competition and should be considered in WWTP models in order to improve EBPR processes.