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Method for degrading microcystins in an aqueous medium
No full textthe invention relates to a bacterial strain able to degrade microcystins in an aqueous medium.The invention also relates to a method for reducing the content of microcystins or preventing the accumulation thereof in an aqueous medium.LAstly, the present invention further relates to an efficient method for isolating microcystin-degrading microorganisms
Integrating Microbial Electrochemical Systems in Constructed Wetlands, a New Paradigm for Treating Wastewater in Small Communities
No full textEl tratamiento de aguas residuales en pequeñas poblaciones constituye actualmente uno de los principales retos para lograr el buen estado ecológico de las aguas superficiales establecido por la Directiva Marco del Agua. Las características especiales de las pequeñas poblaciones hacen que estas requieran tecnologías sostenibles y descentralizadas, con bajos costes energéticos. En este contexto, las tecnologías electroquímicas microbianas pueden proporcionar soluciones energéticamente eficientes. Las tecnologías electroquímicas microbianas, constituyen un conjunto de tecnologías enfocadas al estudio de aquellos procesos producto de la interacción entre microorganismos y materiales conductores de la electricidad, y que corresponde al campo emergente de la electromicrobiología. La ventaja de emplear comunidades electroactivas es que los materiales electroconductores pueden acelerar el metabolismo microbiano en aquellos sistemas anaerobios típicamente limitados en aceptores de electrones. Uno de los campos en los que estas tecnologías han sido más investigadas es el tratamiento de aguas residuales. Pero el principal desafío al que se enfrentan las MET es la aplicación de estos sistemas a escala real. En esta tesis se ha explorado la integración de esta tecnología emergente con humedales artificiales, ya que son una buena alternativa para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas comunidades debido a su bajo coste de instalación y operación, no exenta de ciertos inconvenientes, principalmente la gran superficie requerida por habitante. El objetivo general de la investigación se centró en mejorar el tratamiento de contaminantes en los humedales artificiales mediante la incorporación de las tecnologías electroquímicas microbianas, con el propósito final de reducir su tamaño clásico, permitiendo la instalación de la tecnología en cualquier pequeña población, con un coste energético nulo. Las conclusiones de esta tesis se expresan a modo de pregunta-respuesta. Se discute el nuevo concepto de METland, como tecnología mixta de tratamiento de aguas residuales. La notable mejora en la eficiencia del tratamiento hace de los METland una tecnología prometedora para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas poblaciones. El descubrimiento de que los procesos bioelectroquímicos pueden tener lugar en ambientes tanto anaerobios como aerobios, ha sentado las bases para el diseño los futuros METlands
Performance study of a hybrid photovoltaic and solar water disinfection system considering climatic variations over a year
No full textA hybrid photovoltaic and solar water purification system (SOLWAT) was tested considering climatic variations over a year. The solar disinfection and electrical performance was assessed using natural water with wild bacteria strains of E. coli, total coliforms, Enterococcus spp. and Clostridium perfringens (including spores). After 6 h of sun exposure the SOLWAT system achieved the highest bacteria disinfection for E. coli, total coliforms and C. perfringens in relation to the conventional PET bottle, and C. perfringens was identified as the most resistant microorganism since its complete inactivation was never reached. Electrical results showed that the total energy output of the SOLWAT system designed and tested was not affected by the water disinfection reactor located above the PV module in relation to a single PV module, mainly because of the compensating effect of lower operation temperature of the PV module within the SOLWAT system vs. slightly reduced solar irradiance received. Finally, the ideal operation conditions
for the SOLWAT system would be to work with high ambient temperatures and UV radiation or low ambient temperatures combined with high UV levels, being the worst conditions for its operation mild temperatures and mild/low UV levels
La ecología de la zona hiporreica asociada a los ríos Henares y Tajuña (cuenca hidrográfica del Jarama, España)
No full textEn la región mediterránea, la zona hiporreica adquiere una gran relevancia desde el punto de vista ecológico por mantener la conexión hidrológica entre los ambientes superficiales y subterráneos (ecotono) y por actuar como zona de buffer y de refugio para la fauna bentónica ante condiciones extremas asociadas a fenómenos de avenida y de sequía que ocurren de forma periódica en los cauces mediterráneos; así como ante fenómenos relacionados con la intensa presión antrópica que soportan. Esta región está considerada como un punto caliente de diversidad (hotspot) lo que favorece la presencia de unas comunidades hiporreicas diversas y con elevado grado de endemicidad.
El objetivo de la presente Tesis es el de caracterizar espacio-temporalmente las condiciones ambientales (abióticas y bióticas) asociadas al ambiente hiporreico de dos ríos mediterráneos eminentemente calcáreos de la península ibérica (Henares y Tajuña), mostrando especial interés en las dinámicas poblacionales del grupo de los ciclopoides (copépodos) y su relación con las condiciones ambientales, de modo que pueda servir como base para el desarrollo de un futuro índice biológico de calidad en el ecotono hiporreico. Para ello se han seleccionado un total de veinte puntos, nueve en el río Henares y once en el Tajuña en los que se ha analizado un total de cuarenta y cuatro variables ambientales relacionadas con las características sedimentológicas, físico-químicas del agua, biológicas y de calidad ecológica, a partir del muestreo semicuantitativo Bou-Rouch, realizado a lo largo de un año (febrero 2012-febrero 2013). Adicionalmente se ha evaluado el uso de las técnicas geofísicas de tomografía eléctrica (ERT) respecto a su uso para la determinación de la extensión lateral y vertical de la zona hiporreica y su variación durante dos periodos hidrológicamente diferentes (junio 2013 y abril 2014). Asimismo, se ha estudiado la viabilidad del uso de las masas de agua superficial como unidades de estudio para la caracterización de las condiciones ambientales de la zona hiporreica, y la posibilidad de integrar ésta y su fauna (ciclopoides) en el proceso de determinación del estado ecológico fluvial.
Los resultados indican una gran heterogeneidad espacial y temporal respecto a las condiciones ambientales asociadas al ambiente hiporreico de ambos cauces. Se ha determinado la presencia de un total de treinta y una especies de ciclopoides, de las cuales trece no han sido aún identificadas (nuevas para la ciencia). En el Henares, se han identificado un total de dieciocho especies de ciclopoides que conforman una comunidad caracterizada por una mayor abundancia de especies tolerantes y cosmopolitas (estigoxenas) como Paracyclops chiltoni y Macrocyclops albidus, entre otras, debido a una menor interacción con el medio subterráneo. La distribución de las especies en este río se ve condicionada por las características granulométricas de los sedimentos y por las condiciones físico-químicas de las aguas, que se ven alterados por variaciones en los caudales circulantes y por la presencia de una gravera en la localidad de Heras de Ayuso (Guadalajara). En el caso del Tajuña se han identificado un total de veinticinco especies que componen una comunidad caracterizada por una mayor abundancia de especies estigobiontes como Eucyclops hadjebensis y Eucyclops graeteri, y estigofilas como Diacyclops crassicaudis crassicaudis, entre otras debido a una mayor conexión hidrológica con el acuífero aluvial asociado. La composición y distribución de las comunidades del Tajuña se ven condicionadas también por la heterogeneidad observada en las características sedimentológicas y las características físico-químicas de las aguas, que se ven alteradas por la presencia de una presa y estructuras de derivación en el cauce principal, así como por una intensa actividad agrícola, especialmente en su tramo bajo. Las técnicas geofísicas han demostrado ser un instrumento muy útil en la delimitación espacial de la zona hiporreica; así como de la conectividad hidrológica que ésta presenta con el ambiente superficial y/o subterráneo; de modo que su combinación con los métodos biológicos constituye un interesante campo de investigación a desarrollar en el futuro.
Como consecuencia de los gradientes ambientales observados a lo largo de los perfiles longitudinales de los ríos estudiados se produce también una variación en las comunidades bióticas determinándose el potencial uso de las especies de ciclopoides como bioindicadoras de las condiciones ambientales asociadas al ecotono hiporreico de los ríos estudiados y de sus masas de agua superficial asociadas. Entre ellas destacan Paracyclops oligarthrus y Acanthocyclops vernalis en el río Henares; y Diacyclops crassicaudis crassicaudis en el Tajuña; suponiendo además aquellas especies susceptibles de ser utilizadas como elementos de calidad biológica. Todo ello indica la posibilidad del integrar la zona hiporreica y de los ciclopoides como elementos biológicos de calidad para la determinación del estado ecológico de las masas de agua superficial y/o en el propio ambiente hiporreico, permitiendo una gestión integrada de los recursos hídricos en los ríos mediterráneos.
ABSTRACT:
In the Mediterranean region, the special environmental conditions determine the importance of the hyporheic zone, since it acts as a hydraulic connector between surface and groundwater ecosystems (ecotone). Furthermore, it also behaves as a buffer zone and refugee for benthic fauna, especially in the presence of typical extreme conditions (flood and droughts) and anthropic disturbances. This region is characterised by its vast diversity of organisms (biodiversity hotspot), which favours the highly diverse community and endemism occurrence in the hyporheic ecotone.
This thesis aims to characterise both, biotic and abiotic environmental properties associated to the hyporheic zone of two Mediterranean calcareous rivers (Henares and Tajuña) from the Iberian Peninsula. The focus will be mainly on the distribution and dynamics of the cyclopoids copepods group and their relationship to environmental conditions, so as the basis to establish a future biological index applied to the hyporheic ecotone. To achieve this goal, a total of twenty sites (nine along Henares River and eleven along Tajuña River) were selected. Forty-four environmental variables related to the sedimentological, water physico-chemistry, biological and ecological quality assessment were surveyed during one year (February 2012-february 2013) by using the Bou-Rouch method (semiquantitative). Moreover, the use of geophysical techniques to determine the extent of the hyporheic zone and its variation have been evaluated in two distinct hydroperiods (June 2013 and April 2014). In the same way, the possibility of using surface water bodies as “research units” for the hyporheic zone studies, together to its integration in the processes related to surface water ecological status assessment.
The results reveal a great spatial and temporal heterogeneity regarding the environmental conditions associated to the hyporheic ecotone at both channels. A high diversity has been described in the studied area where thirty-one species have been identified with a great number of species yet to be described (thirteen species). In the Henares, eighteen species of cyclopoids have been identified. Biotic community is characterised by tolerant and cosmopolitan species such as Paracyclops chiltoni and Macrocyclops albidus, among others, due to a low groundwater exchange along the hyporheic flowpath. Distribution of species is mainly determined by the sediment structure and hydrochemistry which are altered by surface water-flow variations, together to the presence of a gravel-pit in Heras de Ayuso site. In Tajuña, a total of 25 species have been identified along its associated hyporheic zone. Cyclopoid community is characterised by a greater abundance of stygobiont/stygophile species such as Eucyclops hadjebensis, Eucyclops graeteri and Diacyclops crassicaudis crassicaudis, due to high hydrological connection to the alluvial aquifer that contributes to the River´s water-flow maintenance. Composition and distribution of hyporheic communities along the Tajuña River are mainly influenced by the heterogeneity on the river-bed structure and hydrochemistry, both influenced by the presence of dams and by intense agricultural activities. Electrical resistivity tomography method (ERT) has proved to be a very useful instrument in the vertical and lateral extent delimitation of the hyporheic zone; as well as for the hydrological connectivity determination. Therefore, its combination with biological methods constitutes an interesting field for future research.
As a consequence of the observed environmental gradients along the hyporheic zone of the studied Rivers, a variation on the biotic communities has been determined. These gradients allow the surface water bodies differentiation between and within the studied Rivers and they determine the potential use of cyclopoids as bioindicators of environmental conditions associated to the hyporheic ecotone. Paracyclops oligarthrus and Acanthocyclops vernalis in the Henares River and Diacyclops crassicaudis crassicaudis in the Tajuña are supposed to be the most suitable species to be used as bioindicators. All these results show the possibilities for the hyporheic zone and cyclopoid communities to be integrated as additional ecological elements for the ecological status assessment. This may allow an integrated management of water resources in the Mediterranean Rivers
A comprehensive study on development of a biocathode for cleaner production of hydrogen in a microbial electrolysis cell
No full textA biocathode microbial electrolysis cell (MEC) can be considered as an environmentally friendly and self-generative alternative to an abiocathode MEC for the cleaner production of hydrogen in a novel microbial electrolysis system. For the first time, this research focused on the development of the MEC biocathode out of sulphate-reducing bacteria (SRB) for the purpose of hydrogen production based on the previously proposed hypothesis. SRB were initially enriched from a mixed culture source during the ex-situ SRB enrichment stage. Two different MEC bioathodes-namely, the MEC origin (MEC-O) biocathode and the microbial fuel cell-MEC (MFC-MEC) biocathode-were then developed through two different enrichment procedures during the in-situ SRB enrichment stage. Hydrogen gas was the main product of the MEC-O biocathode with a low detection of methane, while methane was detected as the sole product of the MFC-MEC biocathode system. Therefore, the MEC-O biocathode system was selected during the enhancement stage to increase the biocathode MEC performance. It was shown in the study, that in the enhancement stage of the MEC-O biocathode, the concentration of sodium sulphate in the cathodic medium, the hydrogen supply during the enrichment stage and pH of the cathodic medium could significantly affect the MEC performance in terms of the hydrogen production rate, the onset potential for the hydrogen evolution reaction (HER) and the cathodic charge transfer resistance. The hydrogen production was improved significantly by about 6 times from 0.31 to 1.85 m(3) H-2/(m(3) d) during the enhancement stage, while the methane production was totally hindered. The linear sweep voltammetry analysis displayed a 430-mV (equal to about 1 kWh/m(3) of energy input) reduction of the HER onset potential in the biocathode system compared to that of a non-inoculated graphite felt cathode. Moreover, the electrochemical impedance spectroscopy showed that the cathodic charge transfer resistance of the MEC biocathode reduced by 300 times compared to that of a non-inoculated graphite felt cathode. (C) 2017 Elsevier Ltd. All rights reserved
Estudio de las Condiciones Paleoambientales Durante la Transición Noéico - Hespérico en Marte: Ariadnes y Coogoon. (paleonviromental Characterization of the Noachian - Hesperian Transition On Mars. Ariadnes and Coogoon)
No full textEsta tesis doctoral se basa en el reconocimiento y la cartografía estratigráfica y geomorfológica de las zonas de Ariadnes (Eridania) y Coogoon (Arabia Terra) en Marte, con el fin último de caracterizar los paleohabitats que se dieron en el planeta durante la transición entre el Noéico y el Hespérico (hace 3.71 Ga). Ambas áreas de estudio contienen registros de este cambio global que tuvo lugar al final del Noéico y que transformó las condiciones ambientales del planeta, de húmedas y con pH neutro a mucho más secas y ácidas. Los datos planetarios, que han sido incluidos en un Sistema de Información Geográfica (SIG) para obtener la información necesaria, provienen de sensores a bordo de los orbitadores MEx (Mars Express), MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) y Mars Odyssey. Se trata de datos son muy diversos que abarcan 1) topografía (MOLA y HRSC), 2) imágenes en el espectro visible (HRSC, CTX y HiRISE), 3) cubos hiperespectrales con imágenes de amplio rango espectral (THEMIS y CRISM), e incluso 4) datos térmicos (provenientes de THEMIS), que permiten analizar tanto la inercia térmica como la temperatura superficial. Este trabajo incluye diferentes enfoques que van, desde la delineación automática de rasgos topográficos al análisis composicional. Esto ha permitido realizar mapas geológicos y proponer una secuencia estratigráfica para las zonas estudiadas, apoyándose con dataciones de la superficie a partir de conteo de cráteres. Mediante el análisis de análogos terrestres y la literatura previa, discutimos los resultados planteando hipótesis genéticas de diferentes elementos geológicos de interés. Ambas zonas antípodas muestran una evolución ambiental similar durante los tiempos más pretéritos, que diverge a partir del Hespérico. Nuestros hallazgos concuerdan con un Noéico con episodios húmedos frecuentes y duraderos, que se van volviendo más ácidos y escasos con el paso del tiempo. Tanto los materiales como las formas del terreno observadas, sin embargo, podrían haberse dado en condiciones que no hubieran sido permanentemente templadas, aunque se requiere de eventos húmedos sostenidos para dar lugar a la configuración geológica descrita
Natural variability of biochemical biomarkers in the macro-zoobenthos: dependence on life stage and environmental factors
No full textBiomarkers are widely used in ecotoxicology as indicators of exposure to toxicants. However, their ability to provide
ecologically relevant information remains controversial. One of the major problems is understanding whether the measured responses are
determined by stress factors or lie within the natural variability range. In a previous work, the natural variability of enzymatic levels in
invertebrates sampled in pristine rivers was proven to be relevant across both space and time. In the present study, the experimental
design was improved by considering different life stages of the selected taxa and by measuring more environmental parameters. The
experimental design considered sampling sites in 2 different rivers, 8 sampling dates covering the whole seasonal cycle, 4 species from 3
different taxonomic groups (Plecoptera, Perla grandis; Ephemeroptera, Baetis alpinus and Epeorus alpicula; Tricoptera, Hydropsyche
pellucidula), different life stages for each species, and 4 enzymes (acetylcholinesterase, glutathione S-transferase, alkaline phosphatase,
and catalase). Biomarker levels were related to environmental (physicochemical) parameters to verify any kind of dependence. Data were
statistically elaborated using hierarchical multilevel Bayesian models. Natural variability was found to be relevant across both space and
time. The results of the present study proved that care should be paid when interpreting biomarker results. Further research is needed to
better understand the dependence of the natural variability on environmental parameters
