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Advancing Aquatic Ecosystem-Based Management with Full Consideration of the Social-Ecological System
No full textFlood Consequences of Land-Use Changes at a Ski Resort: Overcoming a Geomorphological Threshold (Portainé, Eastern Pyrenees, Iberian Peninsula)
No full textThe sensitive mountain catchment of Portainé (Eastern Pyrenees, Iberian Peninsula) has recently experienced a significant change in its torrential dynamics due to human disturbances. The emplacement of a ski resort at the headwaters led to the surpassing of a geomorphological threshold, with important consequences during flood events. Consequently, since 2008, channel dynamics have turned into sediment-laden, highly destructive torrential flows. In order to assess this phenomenon and to acquire a holistic understanding of the catchment’s behaviour, we carried out a field work-based multidisciplinary study. We considered the interaction of the various controlling factors, including bedrock geology, geomorphological evolution, derived soils and coluvial deposits, rainfall patterns, and the hydrological response of the catchment to flood events. Moreover, anthropogenic land-use changes, its consequential hydrogeomorphic effects and the role of vegetation were also taken into account. Robust sedimentological and geomorphological evidence of ancient dense debris flows show that the basin has shifted around this threshold, giving rise to two different behaviours or equilibrium conditions throughout its history: alternating periods of moderate, bedload-laden flows and periods of high sediment-laden debris flow dynamics. This shifting could have extended through the Holocene. Finally, we discuss the possible impact of climate and global change, as the projected effects suggest future soil and forest degradation; this, jointly with more intense rainfalls in these mountain environments, would exacerbate the future occurrence of dense sediment-laden flows at Portainé, but also in other nearby, similar basins
Supporting Operational Decisions on Desalination Plants from Process Modelling and Simulation to Monitoring and Automated Control with Machine Learning
No full textThis paper summarizes some of the work carried out within the Horizon 2020 project MIDES (MIcrobial DESalination for low energy drinking water)1, which is developing the world’s largest demonstration of a low-energy system to pro-duce safe drinking water. The work in focus concerns the support for operational decisions on desalination plants, specifically applied to a microbial-powered ap-proach for water treatment and desalination, starting from the stages of process modelling, process simulation, optimization and lab-validation, through the stages of plant monitoring and automated control. The work is based on the ap-plication of the environment IPSEpro for the stage of process modelling and sim-ulation; and on the system DataBridge for automated control, which employs techniques of Machine Learning
Fluidized bed cathodes as suitable electron donors for bacteria to remove nitrogen and produce biohydrogen
No full textMicrobial Electrochemical Fluidized Bed Reactors (ME-FBR) represent a new concept for promoting proper bacteria-electrode interaction and eventually efficient biocatalysis in Microbial Electrochemical Technologies (METs). In the current work we demonstrate how a fluidized cathode, a dynamic and discontinuous design of electrode, can be an effective electron donor for electroactive hydrogen-generating and nitrate reducing bacteria. Furthermore, the oxygen produced in the anodic reaction promoted ammonium oxidation to nitrate by nitrifying bacteria thus expanding the environmental applications of the system. By coupling both anodic and cathodic reactions, it was possible to simultaneously achieve nitrification–denitrification within one chamber and without external oxygen addition. Our proof-of-concept revealed the removal of 98% ammonium and ca. 29% of total nitrogen (31 g-N m−3reactor d−1) from an effluent with low organic matter under continuous mode. This study reveals for first time how fluidized beds can be integrated in METs not only as anodes but also as cathodes, broadening the opportunities and applications to bioremediation and bioelectrosynthesis processes
The occurrence of arsenic and other trace elements in groundwaters of the southwestern Chaco-Pampean plain, Argentina
No full textFouling and biofouling resistant membranes for water treatment processes
No full textLa tecnología de membrana desempeña un papel esencial en los procesos de purificación del agua debido a sus propiedades de separación eficientes y versátiles. Sin embargo, la mayoría de las membranas comerciales se fabrican a partir de materiales hidrófobos, lo que las hace más susceptibles de sufrir la adsorción de moléculas (fouling) o microorganismos (biofouling) sobre su superficie y/o dentro de sus poros. El ensuciamiento de la membrana constituye uno de los principales problemas operativos, ya que causa el taponamiento de los poros, la reducción del flujo de agua, el aumento del consumo de energía, lo cual reduce la vida útil de la membrana. Así, el objetivo general de esta tesis doctoral es el desarrollo y/o modificación de membranas de ultrafiltración, para minimizar su tendencia a acumular materia orgánica o microrganismos sobre su superficie. Para ello, se utilizaron varias técnicas, como la incorporación de diferentes aditivos hidrófilos orgánicos e inorgánicos o el recubrimiento superficial mediante una capa de nanofibras electrohiladas, evaluándose los efectos que producen en el rendimiento y en las propiedades de las membranas. Los resultados mostraron que las membranas funcionalizadas con nanopartículas metálicas soportadas en fibras de sepiolita o sílice mesoporosa, presentaron una porosidad más elevada y una mayor permeabilidad, evitando la agregación de las nanopartículas en la solución polimérica. La permeabilidad de la membrana mejoró significativamente, presentando mejores propiedades anti-ensuciamiento, todo ello sin comprometer el rechazo orgánico. No se observó lixiviación de partículas metálicas durante su uso, lo que confirma la estabilidad del material. Además, dichas membranas exhibieron una alta actividad antimicrobiana contra bacterias gram-positivas y gram-negativas debido a la acción oligodinámica de los iones de plata y cobre. Alternativamente, la adición del Helux-3316, una poliamidoamina hiperramificada comercial, generó una alta densidad de grupos funcionales cargados positivamente sobre la superficie de las membranas, aumentando su hidrofilicidad y la permeabilidad al agua. Las membranas también mostraron una mejora en su comportamiento anti-ensuciamiento, manifestándose después de filtrar soluciones de suero bovino de albúmina (BSA). Además, las membranas funcionalizadas también mostraron una importante actividad antimicrobiana, atribuida a la interacción de los grupos cargados positivamente de la poliamidoamina con las membranas bacterianas cargadas negativamente, lo que conduce a la desestabilización de su pared celular. Otra técnica utilizada en este trabajo consistió en el recubrimiento de la superficie de las membranas mediante fibras electrohiladas, compuestas por una mezcla del ácido poli(acrílico) (PAA) y alcohol de polivinilo (PVA). Los resultados mostraron que las nanofibras, aumentaron la hidrofilicidad de la membrana, reduciendo la adherencia de materia orgánica sobre su superficie, todo ello sin afectar la permeabilidad y el rechazo de proteínas. Además, el recubrimiento de las nanofibras mostró una considerable actividad antimicrobiana, particularmente para la bacteria S. aureus, atribuida al efecto quelante de PAA con los cationes divalentes, especialmente el Ca2+ que estabilizan la pared celular bacteriana. Los resultados de este trabajo son relevantes para demostrar que las técnicas de modificación descritas anteriormente mejoran con eficacia el rendimiento de las membranas de ultrafiltración, reduciendo la adhesión de materia orgánica y microorganismos sobre su superficie
