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Experimental and theoretical investigation on water desalination using air gap membrane distillation
No full textMembrane Distillation (MD) is a thermally driven membrane separation technique that is used for water desalination by separating water vapor from feed salty/brackish water using micro-porous hydrophobic membrane. Comprehensive experimental and theoretical studies on the performance of an air gap membrane distillation (AGMD) system are presented. The effects of main operating and design variables on the permeate flux are reported. The design of the AGMD module and the experimental setup are presented in details. PTFE membranes of two different pore sizes are characterized and tested. Results show that the system performance is highly affected by changes in both feed temperature and air gap width. Increasing the feed temperature from 40 degrees C to 80 degrees C increases the flux by 550% to 750%, depending on the other operating variables. A maximum of 130% rise in flux, approximately, was achieved when the air gap width was decreased from 7 mm to 3 mm. The maximum permeate flux obtained from the current AGMD system is 71.1 kg/m(2) hr. The measured salt rejection factor is above 99.9% that emphasizes the suitability of the AGMD system for desalination of high concentration feeds. A theoretical model based on the analysis of heat and mass transfer is developed to predict the permeate flux and to study the system efficiency. The theoretical model is validated by comparing the permeate flux with experimentally measured values where a maximum deviation of 15% is observed. The evaporation efficiency of the AGMD module and the temperature polarization coefficient are thoroughly investigated theoretically at different operating parameters. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved
Aplicación del carbón activo, la clinoptilolita y la palygorskita en la sorción de contaminantes para la regeneración de aguas depuradas.
No full textCuando se planean actividades de recarga artificial de acuíferos con aguas regeneradas no sólo debe
garantizarse el cumplimiento de los criterios recogidos en el R.D. 1620/2007 sobre reutilización de aguas
residuales, sino que se debería asegurar el no deterioro de la calidad de las aguas subterráneas. En ese contexto
de reutilización de aguas regeneradas y protección de la calidad de las aguas subterráneas, en esta Tesis se ha
estudiado la capacidad de sorción de diferentes contaminantes presentes en las aguas residuales tratadas, que
muestran el carbón activo, la clinoptilolita y la palygorskita, por tratarse de materiales susceptibles de instalación en
un lecho permeable reactivo, a través del cual se puede llevar a cabo la recarga. Para llevar a cabo este estudio, se
han realizado ensayos de sorción y desorción tipo batch y ensayos de sorción en columna, precedidos de una
pormenorizada caracterización de los materiales reactivos que ha constituido la base para la interpretación de los
resultados obtenidos.
Los resultados han demostrado que el carbón activo no sólo es eficaz en la eliminación de los microcontaminantes
orgánicos, sino que también presenta elevada afinidad por los contaminantes inorgánicos (NH4+ y PO43-) y por el
carbono orgánico disuelto. En general, el proceso de sorción es de carácter histerítico e irreversible. La gran
sorción observada se relaciona con su carácter anfótero, con las interacciones ¿-¿ y con su gran área superficial y
volumen de microporos.
El comportamiento observado en los ensayos de la clinoptilolita y la palygorskita es algo más complejo. Ambos
materiales han demostrado una elevada afinidad por los contaminantes de carácter catiónico (NH4+, atenolol y
codeína) debido, fundamentalmente, a su capacidad de intercambio catiónico. En lo que a la sorción de
compuestos neutros (acetaminofén, cafeína, cotinina, carbamazepina, 4-AAA y A-FAA) y aniónicos (PO43-,
ketoprofeno, sulfametoxazol y naproxeno) se refiere, los resultados obtenidos son muy dispares. Los parámetros
que podrían determinar la retención de un compuesto neutro o aniónico parecen ser el tamaño de los poros y el
contenido en materia orgánica de los materiales, así como el tamaño de la molécula y la hidrofobicidad de los
contaminantes. Fenómenos como el intercambio de ligandos, los puentes catiónicos, de agua o de hidrógeno, junto
con las fuerzas de van der Waals parecen ser los principales mecanismos responsables de la sorción de estos
compuestos.
Los experimentos en columna han revelado la importancia del papel desempeñado por el establecimiento de
poblaciones microbianas. Por otro lado, los coeficientes de partición obtenidos en este tipo de ensayos son
inferiores a los conseguidos en los ensayos tipo batch, posiblemente debido a las diferentes relaciones material
reactivo-agua depurada, y a las velocidades y a los tipos de equilibrio desarrollados en los ensayos de sorción en
continuo. A pesar de ello, los lechos permeables reactivos constituyen una buena alternativa en la regeneración de
aguas depuradas debido a la variedad de propiedades sortivas de los materiales considerados, y
consecuentemente, a la posibilidad de un diseño que incluya el tratamiento secuencial y diferencial aportado por
los mismos
Las Medidas Naturales de Retención de Agua: del diseño a la implementación a través de proyectos europeos. Natural Water Retention Measures (NWRM): from design to Implementation through European Projects
No full textThe Water Footprint of Agriculture in Duero River Basin
No full textThe aim of this paper is to evaluate the green, blue and grey water footprint (WF) of crops in the Duero river basin. For this purpose CWUModel was developed. CWUModel is able to estimate the green and blue water consumed by crops and the water needed to assimilate the nitrogen leaching resulting from fertilizer application. The total WF of crops in the Spanish Duero river basin was simulated as 9473 Mm3/year (59% green, 20% blue and 21% grey). Cultivation of crops in rain-fed lands is responsible for 5548 Mm3/year of the WF (86% green and 14% grey), whereas the irrigated WF accounts for 3924 Mm3/year (20% green, 47% blue and 33% grey). Barley is the crop with the highest WF, with almost 37% of the total WF for the crops simulated for the basin, followed by wheat (17%). Although maize makes up 16% of the total WF of the basin, the blue and grey components comprise the 36% of the total blue and grey WF in the basin. The relevance of green water goes beyond the rain-fed production, to the extent that in long-cycle irrigated cereals it accounts for over 40% of the total water consumed. Nonetheless, blue water is a key component in agriculture, both for production and economically. The sustainability assessment shows that the current blue water consumption of crops causes a significant or severe water stress level in 2–5 months of the year. The anticipated expansion of irrigation in the coming years could hamper water management, despite the Duero being a relatively humid basin
Personal care product preservatives: Risk assessment and mixture toxicities with an industrial wastewater
No full textThe aquatic toxicity of eight preservatives frequently used in personal care products (PCPs) (iodopropynyl butylcarbamate, bronopol, diazolidinyl urea, benzalkonium chloride, zinc pyrithione, propylparaben, triclosan and a mixture of methylchloroisothiazolinone and methylisothiazolinone) was assessed by means of two different approaches: a battery of bioassays composed of single species tests of bacteria (Vibrio fischeri and Pseudomonas putida) and protozoa (Tetrahymena thermophila), and a whole biological community resazurin-based assay using activated sludge. The tested preservatives showed considerable toxicity in the studied bioassays, but with a marked difference in potency. In fact, all biocides except propylparaben and diazolidinyl urea had EC50 values lower than 1 mg L−1 in at least one assay. Risk quotients for zinc pyrithione, benzalkonium chloride, iodopropynyl butylcarbamate and triclosan as well as the mixture of the studied preservatives exceeded 1, indicating a potential risk for the process performance and efficiency of municipal sewage treatment plants (STPs). These four single biocides explained more than 95% of the preservative mixture risk in all bioassays. Each individual preservative was also tested in combination with an industrial wastewater (IWW) from a cosmetics manufacturing facility. The toxicity assessment was performed on binary mixtures (preservative + IWW) and carried out using the median-effect principle, which is a special case of the concept of Concentration Addition (CA). Almost 70% of all experiments resulted in EC50 values within a factor of 2 of the values predicted by the median-effect principle (CI values between 0.5 and 2). The rest of the mixtures whose toxicity was mispredicted by CA were assessed with the alternative concept of Independent Action (IA), which showed higher predictive power for the biological community assay. Therefore, the concept used to accurately predict the toxicity of mixtures of a preservative with a complex industrial wastewater depends on degree of biological complexity
Comparison of photovoltaic and photocatalytic performance of non-concentrating and V-trough SOLWAT (solar water purification and renewable electricity generation) systems for water purification
No full textDetection of Effects Caused by Very Low Levels of Contaminants in Riverine Sediments Through a Combination of Chemical Analysis, In Vitro Bioassays, and Farmed Fish as Sentinel
No full textAquatic organisms are often exposed to mixtures of low levels of pollutants whose presence and effects can pass easily unnoticed if only traditional monitoring strategies are employed. The main aim of this work was to assess the presence and effects of trace levels of pollutants in a scarcely affected area through the combination of chemical and biological approaches. Sediments were collected along a river with little anthropogenic pressure and assayed for cytochrome P450 (Cyp1a)-dependent ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) activity with the rainbow trout gonadal cell line RTG-2. Chemical analyses were performed in these sediments using two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry. Sediment samples induced EROD activity, and chemical analyses evidenced the presence of a wide variety of contaminants in the range of nanograms per gram of dry weight. Correlation analysis between EROD induction and chemical analyses data showed an r value of 0.840 (p < 0.05). In addition, fish from a fish farm located downstream of the sampling points exhibited high hepatic EROD levels as well as an induced expression of cyp1a and cyp3a. In conclusion, only an appropriate combination of biological and chemical techniques allowed the detection of the presence of trace levels of contaminants in a theoretically nonaffected river
A guide to support the selection, design and implementation of Natural Water Retention Measures in Europe. Capturing the multiple benefits of nature-based solutions
No full textIncorporación de información histórica a la Infraestructura de Datos Espaciales (IDE) sobre Patrimonio Cultural del Agua de la Comunidad de Madrid
No full textLa creación de Infraestructuras de Datos Espaciales es un fenómeno reciente a nivel mundial. En España su proliferación ha sido importante desde la trasposición de
la Directiva Europea INSPIRE en el año 2010. Sin embargo, la mayoría de estas Infraestructuras se han concentrado principalmente en las administraciones públicas
existiendo muy pocas desarrolladas por organismos privados o universitarios.
Investigadores de la Universidad de Alcalá y el Instituto IMDEA Agua están elaborando la Infraestructura de Datos Espaciales sobre Patrimonio Cultural del Agua
de la Comunidad de Madrid. Se ha creado una base de datos utilizando cartografía histórica que ha sido analizada para comprobar su idoneidad como cartografía de
referencia. Además se ha añadido más información de otras fuentes documentales históricas disponibles.
En este trabajo se presenta la metodología utilizada para la creación del banco de datos de cartografía histórica sobre el Patrimonio Cultural del Agua de la Comunidad
de Madrid. Además, constituirá una situación temporal de referencia sobre la que comparar posteriores inventarios patrimoniales. Se ha realizado una serie de análisis
espaciales para determinar el grado de precisión de los mapas utilizados respecto a los actuales. La precisión calculada ha permitido establecer el grado de detalle en el
que pueden usarse estos mapas históricos
Comportamiento de fármacos en la zona no saturada
No full textEl creciente consumo de fármacos y su incompleta eliminación en las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) ha conllevado la aparición de estos compuestos en las masas de agua a nivel mundial. Aunque su aparición es más común en las aguas superficiales, estas sustancias también se han encontrado en las aguas subterráneas por su infiltración a través de la zona no saturada. El estudio preliminar del estado de contaminación de una masa de agua subterránea estratégica para el abastecimiento de la Comunidad de Madrid ha demostrado la prácticamente nula aparición de estos compuestos. Este hecho unido a la baja vulnerabilidad intrínseca de este acuífero indica que la zona no saturada parece ser la responsable de su ausencia en el agua subterránea. Para poder determinar el riesgo de aparición a medio y largo plazo de estos compuestos en el acuífero se han llevado a cabo una serie de ensayos de laboratorio. Concretamente, a través se estos experimentos se ha evaluado la capacidad del suelo de los primeros centímetros de la zona no saturada de biodegradar o de retener estas sustancias. Los ensayos en laboratorio han ido incrementando su complejidad para simular de una forma cada vez más aproximada las condiciones naturales. Los ensayos de tipo batch han permitido identificar cuáles son los modelos que mejor describen las isotermas de sorción, qué fármacos presentan cualitativamente un mayor o menor grado de persistencia cuando se encuentran en contacto con el suelo, cuáles son los procesos más influyentes en la atenuación de cada uno de los fármacos durante la infiltración y que potenciales productos de transformación (PTs) se forman fruto de su biodegradación. Los ensayos en columna han corroborado los resultados obtenidos con los ensayos batch. La simulación de las curvas de llegada de los compuestos mediante la aplicación de modelos de transporte reactivos ha permitido la cuantificación de los parámetros de sorción y de biodegradación que condicionan el transporte de los fármacos a través de la zona no saturada. La aplicación de estos modelos permite predecir el comportamiento de las sustancias bajo diferentes escenarios que ayudarán a la toma de decisiones en la regulación de estos compuestos