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Effect of particle size on the transport of polystyrene micro- and nanoplastic particles through quartz sand under unsaturated conditions
No full textMicro- and nanoplastics (MNPs) are contaminants of emerging concern recently found in soil ecosystems. Their presence in terrestrial environments and their migration to aquatic environments may become a risk for the health of ecosystems and, through them, of humans. Understanding the interaction between particle properties and physicochemical and hydrodynamic factors is crucial to evaluate their fate and their potential infiltration towards groundwater. This study investigates the impact of particle size on MNPs transport through sand under unsaturated conditions. Infiltration column experiments with polystyrene MNPs ranging from 120 to 10,000 nm were conducted and supported by numerical modelling to derive reactive transport parameters. Results show a significant effect of particle size on the transport of MNPs, with higher recovery values observed for smaller particles (120 nm; 95.11%) compared to larger particles (1000 nm; 71.44%). No breakthrough was observed for 10,000 nm particles, indicating a complete retention within the quartz sand matrix. DLVO theory confirmed the dominance of electrostatic repulsive forces between MNPs and sand grains, suggesting an unfavourable environment for MNPs to adhere to quartz sand. Consequently, particle retention in the sand matrix occurs predominantly by physical processes. Equilibrium sorption modelling reveals that larger particles (1000 nm) tend to be immobilized in small pores throats due to straining, resulting in lower recoveries. When they are not trapped, particles tend to travel faster through preferential flows due to a size exclusion effect, evidenced by shorter arrival times at the column outlet compared to tracers. These findings highlight the influence of particle size on the transport and retention of MNPs in quartz sand under unsaturated conditions and contribute to a better understanding of their transport dynamics and environmental fate
LP-37 Surveillance of pharmaceutical and transformation compounds in coastal waters of the Iberian Peninsula
No full textFate and effects of a new generation fluorosurfactant (cC6O4) in freshwater mesocosms
No full textPer- and polyfluorinated alkyl substances (PFAS) have raised international concerns due to their widespread use, environmental persistence and potential bioaccumulative and ecotoxicological effects. Therefore, the chemical industry has been dedicated to develop new generation fluorosurfactants which are aimed to replace the most concerning PFAS. Here we investigated the fate and effects of cyclic C6O4 (cC6O4), a compound used as alternative to long-chain perfluorocarboxylic acids, in freshwater mesocosms located in the Mediterranean region (Spain) over a period of 90 days. cC6O4 was applied as ammonium salt once at the following nominal concentrations: 0 µg/L (control), 1 µg/L, 20 µg/L, 400 µg/L, and 8,000 µg/L. The study shows that cC6O4 is relatively persistent in water (dissipation: 34–37 % after 90 days), has very low sorption capacity to sediments (sediment-water partition coefficient: 0.18–0.32 L/kg) and very limited bioconcentration (BCF: 0.09–0.94), bioaccumulation (BAF: 0.09–4.06) and biomagnification (BMF: 0.05–0.28) potential. cC6O4 did not result in significant adverse effects on aquatic populations and communities of phytoplankton and zooplankton at the tested concentrations. As for the macroinvertebrate community, the ephemeropteran Cloeon sp. showed a population decline at the highest test concentration on day 60 onwards, and a significant effect on the macroinvertebrate community was identified on the last sampling day at the same exposure level. Therefore, the calculated NOEC for cC6O4 in freshwater mesocosms exposed over a period of 90 days was 400 µg/L, which corresponded to a time weighted average concentration of 611 µg/L, given the water evaporation in the test systems. This concentration is about an order of magnitude higher than the highest exposure concentration monitored in freshwater ecosystems. Therefore, it can be concluded that cC6O4 poses insignificant ecological risks for freshwater plankton and macroinvertebrate communities given the current environmental exposure levels
Characterization of melanin from Exophiala mesophila with the prospect of potential biotechnological applications
No full textIntroducion: Fungal melanin is an underexplored natural biomaterial of great biotechnological interest in different areas. This study investigated the physical, chemical, electrochemical, and metal-binding properties of melanin extracted from the metallotolerant black fungus Exophiala mesophila strain IRTA-M2-F10
Combined stress of an insecticide and heatwaves or elevated temperature induce community and food web effects in a Mediterranean freshwater ecosystem
No full textMicrobial Desalination Cells for fresh water production: towards the implementation of sustainable desalination Technology
No full textEl descubrimiento de la capacidad que presentan algunas bacterias para intercambiar electrones con materiales conductores de la electricidad ha dado lugar a un nuevo campo de estudio denominado electromicrobiología. Debido a la capacidad y versatilidad de estos microorganismos se ha desarrollado una plataforma de tecnologías denominadas Tecnologías Electroquímicas Microbianas (en inglés, Microbial Electrochemical Technologies, MET), con potencial para ofrecer soluciones al reto de la limitación de los recursos como la energía y el agua. Aunque el nacimiento de la electromicrobiología aspiraba a recuperar la energía química presente en contaminantes orgánicos, dos décadas de investigación han hecho posible la aparición de múltiples aplicaciones, entre las que se encuentra la desalinización de agua. La desalinización microbiana (en inglés, Microbial Desalination Cell, MDC) es una tecnología bioelectroquímica sostenible y energéticamente autosuficiente que trata aguas residuales, produce energía y desaliniza agua al mismo tiempo en el mismo dispositivo sin aporte de energía externa. El proceso de desalinización está impulsado por la energía que aportan los microorganismos electroactivos a través de la degradación de la materia orgánica contenida en las aguas residuales. Sin embargo, la implementación de la tecnología MDC a escala real depende de superar las actuales limitaciones que presenta. Es necesario el estudio sistemático de estos dispositivos MDC a escala de laboratorio para profundizar en el estudio de los procesos microbianos, en las mejoras tecnológicas, etc. Actualmente, la desalinización del agua de mar y la reutilización del agua tratada se han propuesto para paliar los problemas asociados a la escasez de los recursos hídricos a nivel mundial. La ósmosis inversa (RO, por sus siglas en inglés) es la tecnología de desalinización más extendida, pero aún son necesarios nuevos enfoques para disminuir su alto consumo de energía (3-4 kWh m-3). En este sentido, la tecnología de desalinización microbiana se ha propuesto como una etapa de pretratamiento para la tecnología de RO para reducir la energía de desalinización del proceso de RO y aumentar la producción de agua potable utilizando aguas residuales como una fuente de energía renovable. Con este objetivo, el proyecto MIDES (proyecto de investigación en el que se ha enmarcado la presente tesis) ha desarrollado la planta demostrativa más grande del mundo de la tecnología MDC. La memoria de esta tesis consta de 9 capítulos, 5 de ellos experimentales. Los principales resultados presentados sirvieron de referencia como punto de partida para el posterior escalado de la tecnología que se llevó a cabo dentro del proyecto MIDES-H2020 donde queda contextualizada esta tesis (Research Framework). El Capítulo 1 (Introducción) proporciona una visión general de la situación actual de las tecnologías de desalinización, así como el origen, fundamento y estado del arte de las METs. Como parte final de este capítulo se detallan en profundidad los sistemas MDC (mecanismo, los factores principales que afectan a su desempeño) junto con su estado del arte. Además, se presentan los retos actuales que existen y que deberían superarse para la implantación de esta tecnología a escala real. Los objetivos de esta tesis, recogidos en el Capítulo 2, han sido investigar de forma sistemática el dispositivo bioelectroquímico MDC a escala de laboratorio (descrito en Capítulo 3) para lograr profundizar y entender el comportamiento electroquímico de este tipo de sistemas y así promover su desarrollo, diseño y optimización, con el objetivo de producir agua potable con bajo costo energético. Uno de esos retos actuales de esta tecnología es la elección de la reacción catódica utilizada en el sistema MDC para llevar a cabo la desalinización. Por ello, el primer capítulo experimental (Capítulo 4) aborda la comparación del funcionamiento de dos sistemas MDC bajo una estrategia catódica diferente (cátodo de aire frente al uso de catolito líquido) para la desalinización de agua sintética (salobre y agua de mar). Una vez conocido el desempeño de estos sistemas sin limitación catódica, se realizó el estudio del comportamiento electroquímico del sistema MDC a escala de laboratorio para la desalinización de agua salobre sintética bajo la estrategia catódica de mayor eficiencia en desalinización (Capítulo 5). En este estudio, los principales parámetros de los sistemas MDC (producción de agua desalinizada y energía generada) se obtuvieron bajo diferentes valores de la resistencia externa. Estos parámetros de tratamiento y producción se ven afectados, además, por otros muchos factores como por ejemplo la concentración inicial de la corriente salina (Capítulo 6), que puede variar dependiendo del escenario donde se pueda estudiar/implantar esta tecnología. Una vez estudiado el funcionamiento del sistema MDC en condiciones no reales (aguas sintéticas), se realizaron desalinizaciones operando con aguas reales, tanto residuales (urbana, industrial) como salinas (salobre, agua de mar) con el fin de validar a escala de laboratorio el sistema en condiciones reales (Capítulo 7). Entre los factores cruciales a nivel económico y de rendimiento no sólo en los sistemas MDC sino en los sistemas bioelectroquímicos en general, se encuentran los materiales conductores carbonosos. Estos materiales son utilizados por los microorganismos electroactivos para la transferencia electrónica. Por esta razón, el estudio de nuevos materiales que promuevan la adhesión y la transferencia electrónica con las biopelículas electroactivas tiene gran relevancia en estas tecnologías. El estudio mostrado en el último capítulo experimental (Capítulo 8) comprende la caracterización fisicoquímica de un material carbonoso comercial que es posteriormente activado a través de un tratamiento de CO2 y temperatura. Se estudió la influencia que tiene la activación del material frente a la electroactividad por parte de las bacterias electroactivas que colonizan su superficie. Finalmente, se presenta una discusión general que pone en contexto los resultados recogidos en los 5 capítulos experimentales anteriores, junto con unas conclusiones generales y trabajos futuros que podrían realizarse para el continuo desarrollo de la tecnología MDC (Capítulo 9).
Effects of the fungicide azoxystrobin in two habitats representative of mediterranean coastal wetlands: A mesocosm experiment
No full textThis paper investigates the effects of the fungicide azoxystrobin, a compound widely used in rice farming, on aquatic communities representative of two habitats characteristic of Mediterranean wetland ecosystems: water springs and eutrophic lake waters. The long-term effects of azoxystrobin were evaluated on several structural (phytoplankton, zooplankton, macroinvertebrate populations and communities) and functional (microbial decomposition, macrophyte and periphyton growth) parameters making use of freshwater mesocosms. Azoxystrobin was applied in two pulses of 2, 20, 200 µg/L separated by 14 d using the commercial product ORTIVA (23 % azoxystrobin w/w). The results show that these two habitats responded differently to the fungicide application due to their distinct physico-chemical, functional, and structural characteristics. Although overall sensitivity was found to be similar between the two (lowest NOEC < 2 µg/L), the taxa and processes that were affected differed substantially. In general, the most sensitive species to the fungicide were found in the water spring mesocosms, with some species of phytoplankton (Nitzschia sp.) or macrocrustaceans (Echinogammarus sp. and Dugastella valentina) being significantly affected at 2 µg/L. In the eutrophic lake mesocosms, effects were found on phytoplankton taxa (Desmodesmus sp. and Coelastrum sp.), on numerous zooplankton taxa, on chironomids and on the beetle Colymbetes fuscus, although at higher concentrations. The hemipteran Micronecta scholtzi was affected in both treatments. In addition, functional parameters such as organic matter decomposition or macrophyte growth were also affected at relatively low concentrations (NOEC 2 µg/L). Structural Equation Modelling was used to shed light on the indirect effects caused by azoxystrobin on the ecosystem. These results show that azoxystrobin is likely to pose structural and functional effects on Mediterranean wetland ecosystems at environmentally relevant concentrations. Moreover, it highlights the need to consider habitat-specific features when conducting ecotoxicological research at the population and community levels
Emilio Custodio: a pioneer in groundwater management and key reference for hydrogeologists worldwide
No full textCyanobacteria can benefit from freshwater salinization following the collapse of dominant phytoplankton competitors and zooplankton herbivores
No full textFreshwater salinization is an increasing threat to lakes worldwide, but despite beinga widespread issue, little is known about its impact on biological communities atthe base of the food chain.Here we used a mesocosm set-up coupled with modern high-frequency sensortechnology to identify short- and longer-term responses of phytoplankton to sa-linization in an oligotrophic lake. We tested the effects of salinization over a gra -dient of increasing salt concentrations that can be found in natural lakes exposedto road salt contamination (added salt range: from 0 to 1500 mg Cl− L−1). The high-frequency chlorophyll-a (chl-a) fluorescence measurements showed anincreasing divergence of chl-a concentrations along the salinization gradient overtime, with substantially lower concentrations at higher salt levels. At the sub-dailyscale, we found a profound suppression of day–night signal cycles with increasingsalinity, which could be related to physiological stress due to the impairment ofphotosynthesis via effects on the photosystem II or potential changes in the ac-tive migration of phytoplankton. Community analyses revealed a similar declinepattern for the total phytoplankton biomass and a collapse of the total zooplank-ton biomass. Interestingly, we found a loss of phytoplankton diversity coupledwith a compositional re-organization involving the loss of dominant green algaebut increased biomass of salt-tolerant cyanobacteria. Altogether, these results suggest that specific cyanobacterial taxa can benefit fromfreshwater salinization following the collapse of dominant phytoplankton competi-tors and zooplankton herbivores. The results also highlight the value of autonomoussensor technology to capture novel, small-scale ecological responses to freshwatersalinization, and thereby to track fast changes in primary producer communitie
