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Microbial Electrochemically Assisted Treatment Wetlands: Current Flow Density as a Performance Indicator in Real-Scale Systems in Mediterranean and Northern European Locations
No full textA METland is an innovative treatment wetland (TW) that relies on the stimulation of electroactive bacteria (EAB) to enhance the degradation of pollutants. The METland is designed in a short-circuit mode (in the absence of an external circuit) using an electroconductive bed capable of accepting electrons from the microbial metabolism of pollutants. Although METlands are proven to be highly efficient in removing organic pollutants, the study of in situ EAB activity in full-scale systems is a challenge due to the absence of a two-electrode configuration. For the first time, four independent full-scale METland systems were tested for the removal of organic pollutants and nutrients, establishing a correlation with the electroactive response generated by the presence of EAB. The removal efficiency of the systems was enhanced by plants and mixed oxic–anoxic conditions, with an average removal of 56 g of chemical oxygen demand (COD) mbed material–3 day–1 and 2 g of total nitrogen (TN) mbed material–3 day–1 for Ørby 2 (partially saturated system). The estimated electron current density (J) provides evidence of the presence of EAB and its relationship with the removal of organic matter. The tested METland systems reached the max. values of 188.14 mA m–2 (planted system; IMDEA 1), 223.84 mA m–2 (non-planted system; IMDEA 2), 125.96 mA m–2 (full saturated system; Ørby 1), and 123.01 mA m–2 (partially saturated system; Ørby 2). These electron flow values were remarkable for systems that were not designed for energy harvesting and unequivocally show how electrons circulate even in the absence of a two-electrode system. The relation between organic load rate (OLR) at the inlet and coulombic efficiency (CE; %) showed a decreasing trend, with values ranging from 8.8 to 53% (OLR from 2.0 to 16.4 g COD m–2 day–1) for IMDEA systems and from 0.8 to 2.5% (OLR from 41.9 to 45.6 g COD m–2 day–1) for Ørby systems. This pattern denotes that the treatment of complex mixtures such as real wastewater with high and variable OLR should not necessarily result in high CE values. METland technology was validated as an innovative and efficient solution for treating wastewater for decentralized locations
Improved methods for the detection and quantification of SARS‑CoV‑2 RNA in wastewater
No full textSince the start of the COVID-19 pandemic, different methods have been used to detect the presence of genetic material of SARS-CoV-2 in wastewater. The use of wastewater for SARS-CoV-2 RNA detection and quantification showed different problems, associated to the complexity of the matrix and the lack of standard methods used to analyze the presence of an enveloped virus, such as coronavirus. Different strategies for the concentration process were selected to carry out the
detection and quantification of SARS-CoV-2 RNA in wastewater: (a) aluminum hydroxide adsorption–precipitation, (b) pre-treatment with glycine buffer and precipitation with polyethylene-glycol (PEG) and (c) ultrafiltration (Centricon). Our results showed that the reduction of organic matter, using the pre-treatment with glycine buffer before the concentration with Centricon or aluminum hydroxide adsorption–precipitation, improved the recovery percentage of the control virus, Mengovirus (MgV) (8.37% ± 5.88 n = 43; 6.97% ± 6.51 n = 20, respectively), and the detection of SARS-CoV-2 in comparison with the same methodology without a pre-treatment. For the concentration with Centricon, the use of 100 mL of wastewater, instead of 200 mL, increased the MgV recovery, and allowed a positive detection of SARS-CoV-2 with N1 and N2 targets. The quantity of SARS-CoV-2 RNA detected in wastewater did not show a direct correlation with the number of confirmed cases, but the study of its upwards or downwards trend over time enabled the detection of an increase of epidemiological data
produced in September 2020, January 2021 and April 2021
Upcycling cellulose acetate from discarded cigarette butts: Conversion of contaminated microfibers into loose-nanofiltration membranes for selective separation
No full textMicroplastics in freshwater ecosystems: sources, pathways, and riks
No full textEn esta tesis se evaluó el conocimiento existente sobre la contaminación por plásticos y microplásticos (MPs, plásticos de menos de 5 mm) en el medio ambiente, y se estudió de manera experimental su transporte y acumulación en el medio acuático y terrestre bajo condiciones Mediterráneas. Además, se estudió la toxicidad de dos tipos de MPs sobre algunos invertebrados de agua dulce, y sirvió para proporcionar una visión más amplia sobre la importancia de los MPs como vectores de contaminantes químicos para los organismos acuáticos ("Trojan horse" effect) Fruto de una revisión bibliográfica, se demostró que existe poca información sobre las fuentes principales de emisión de MPs, y sus flujos ambientales hacia y entre los ecosistemas terrestres y de agua dulce. Con el fin de ahondar en estos aspectos, se realizó un estudio de monitoreo ambiental en la cuenca del río Henares, el cual señaló a las aguas residuales (tratadas y no tratadas) como una vía de entrada importante de MPs en los ríos mediterráneos. Además, se demostró que los patrones de contaminación ambiental por MPs dependen del uso del suelo y de la época del año. En otro estudio de campo se observó que la aplicación de lodos de depuradora aumenta significativamente las concentraciones de MPs en suelos agrícolas, mientras que la influencia de la escorrentía superficial originada por los eventos de lluvia es insignificante en la exportación de MPs hacia los ecosistemas acuáticos bajo las condiciones climáticas y de suelo estudiadas. Los estudios de toxicidad llevados a cabo en el laboratorio con invertebrados de agua dulce demostraron que la ingesta y los efectos de las fibras de poliéster y partículas de neumático de los automóviles dependen de la forma y del tamaño de las partículas, así como de la vía de exposición y la estrategia de alimentación del organismo estudiado. Aunque no se observaron efectos adversos en la supervivencia o el rendimiento reproductivo de los macroinvertebrados bentónicos estudiados, la reproducción y supervivencia de los individuos de la especie Daphnia magna (especie pelágica) a ambos tipos de MPs podría verse afectada en el largo plazo cuando son expuestos a altas concentraciones (las cuales están por encima de los niveles medidos actualmente). También, se demostró que la presencia de MPs no favorece la bioconcentración de productos químicos orgánicos hidrofóbicos ("Trojan horse" effect), y por tanto, no se espera que la contaminación por MPs agrave los riesgos asociados a otros contaminantes orgánicos presentes en el medio acuático. Se considera, por tanto, que otras vías de exposición (no relacionadas con la ingesta de MPs) tienen una mayor relevancia frente al riesgo de dichas sustancias
Applying Electrical Resistivity Tomography and Biological Methods to Assess the Hyporheic Zone Water Exchanges in Two Mediterranean Stream Reaches
No full textLandfill Leachate Treatment by Using Second-Hand Reverse Osmosis Membranes: Long-Term Case Study in a Full-Scale Operating Facility
No full textLandfill leachate (LFL) has a complex inorganic, organic and microbiological composition.
Although pressure-driven membrane technology contributes to reaching the discharge limits, the need
for frequent membrane replacement (typically every 1–3 years) is an economical and environmental
limitation. The goal of this work is to evaluate the feasibility of using second-hand reverse osmosis
(RO) membranes to treat LFL in an industrially relevant environment. End-of-life RO membranes
discarded from a seawater desalination plant were first tested with brackish water and directly reused
or regenerated to fit with requirements for LFL treatment. A laboratory scale test of second-hand
membrane reuse was carried out using ultrafiltered LFL. Then, a long-term test in an LFL full-scale
facility was performed, where half of the membranes of the facility were replaced. The industrial
plant was operated for 27 months with second-hand membranes. The permeate water quality fit the
required standards and the process showed a trend of lower energy requirement (up to 12 bar lower
transmembrane pressure and up to 9% higher recovery than the average of the previous 4 years).
Direct reuse and membrane regeneration were successfully proven to be an alternative management
to landfill disposal, boosting membranes towards the circular economy
SCHEER (Scientific Committee on Health, Environmental and Emerging Risks), Preliminary Opinion on Draft Environmental Quality Standards for Priority Substances under the Water Framework Directive - Azithromycin, 6 May 2022
No full textEffect of multiple agricultural stressors on freshwater ecosystems: The role of community structure, trophic status, and biodiversity-functioning relationships on ecosystem responses
No full textAnion-Exchange Membranes from end-of-life Reverse Osmosis membranes: indirect recycling approach for a circular water sector
No full textEl creciente número de membranas de Ósmosis Inversa (OI) desechadas anualmente en vertederos genera un gran problema medioambiental. En este contexto, el desarrollo de alternativas que permitan su reutilización y reciclaje contribuye a la reducción de los residuos generados en los procesos de desalación y promueve la transición hacia la economía circular en el sector del agua. Estudios previos han abordado la reutilización y el reciclaje directo de las membranas. Sin embargo, el reciclaje indirecto, mediante la apertura del módulo y la extracción y gestión individualizada de sus componentes puede suponer una alternativa más adecuada cuando las membranas presentan un gran deterioro. El objetivo de esta Tesis es el reciclaje indirecto de membranas de OI desechadas como membranas de intercambio aniónico, y su validación en diferentes procesos para el tratamiento de aguas. Las membranas de intercambio aniónico se prepararon mediante la extensión de una mezcla polimérica que contiene una resina de intercambio iónico finamente pulverizada sobre la membrana de OI desechada, previamente acondicionada. Mediante esta técnica, se obtuvieron membranas con una alta permselectividad (87%). Sin embargo, su resistencia eléctrica era relativamente alta (77 ¿ cm2), lo que se tradujo en consumo energético relativamente elevado derivado de su uso en electrodiálisis. Por consiguiente, se desarrolló un tratamiento de activación acido/base mediante el cual se obtuvo una reducción del 37% de la resistencia eléctrica de las membranas, respecto a valores iniciales. De esta forma, se consiguió reducir el consumo energético del proceso de desalación de agua salobre mediante electrodiálisis de 5.2 a 3.0 kWh·m-3. Posteriormente, se trabajó en el desarrollo de membranas de intercambio aniónico con propiedades monoselectivas, con el objetico de ampliar las posibles aplicaciones de las membranas desarrolladas. Por un lado, se investigó la modificación superficial de una membrana de intercambio aniónico comercial, mediante la cual se consiguió aumentar la separación selectiva entre cloruros y sulfatos (S60 (%)) de un 5% en la membrana original a un 17% en la membrana modificada. Por otro lado, se prepararon membranas de intercambio aniónico con propiedades selectivas a nitrato a partir de membranas de OI desechadas. De esta forma se incrementó el transporte de nitrato a través de la membrana (número de transporte del ion en la membrana (t_i^m), 0.48), al tiempo que redujo el transporte de sulfato (t_i^m, 0.23). Por último, se validaron las membranas preparadas en los procesos pasivos de diálisis de Donnan y en el biorreactor de membranas de intercambio iónico, para la eliminación de nitrato de un agua contaminada, con el objetivo de alcanzar concentraciones aptas para el consumo, con un aporte mínimo de energía. Se obtuvo una media del 56% de eliminación en 24 horas en ambos sistemas, mientras que la integración del biorreactor permitió la completa reducción biológica del nitrato. Además, la utilización de estas membranas podría suponer una alternativa más económica a las membranas comerciales. Esta investigación pretende contribuir a la transición hacia una economía circular, como parte de los objetivos establecidos por la Comisión Europea a través del en el Pacto Verde Europeo
Food web rewiring drives long-term compositional differences and late-disturbance interactions at the community level
No full textEcological communities are constantly exposed to multiple natural and anthropogenic
disturbances. Multivariate composition (if recovered) has been found to need significantly
more time to be regained after pulsed disturbance compared to univariate diversity
metrics and functional endpoints. However, the mechanisms driving the different
recovery times of communities to single and multiple disturbances remain unexplored.
Here, we apply quantitative ecological network analyses to try to elucidate the mechanisms
driving long-term community-composition dissimilarity and late-stage disturbance
interactions at the community level. For this, we evaluate the effects of two
pesticides, nutrient enrichment, and their interactions in outdoor mesocosms containing
a complex freshwater community. We found changes in interactions strength to be
strongly related to compositional changes and identified postdisturbance interactionstrength
rewiring to be responsible for most of the observed compositional changes.
Additionally, we found pesticide interactions to be significant in the long term only
when both interaction strength and food-web architecture are reshaped by the disturbances.
We suggest that quantitative network analysis has the potential to unveil ecological
processes that prevent long-term community recovery