1,721,008 research outputs found
The role of biochar as a soil amendment in reducing soil and water pollution by estrogens from biosolids and sludge
No full textEstrogens are considered as dangerous endocrine disruptors. Sludge and biosolids, which aresourced from the human waste and used in the form of as fertilizers on agricultural fields,contain estrogens. As a result of leaching, hormones may contaminate soil, ground water andsurface waters. This can lead to degradation of aquatic wildlife.Recent research has found that biochar has good potential in reducing pollution from organic andinorganic contaminants. However, there is a lack of knowledge with respect to the remediationpotential of biochar in removing steroid estrogens, such as 17β-estradiol and estrone, present insludge and biosolids.A lysimeter study was carried out to study the fate and transport of estrogen hormones in soil.Hardwood-derived slow pyrolysis biochar was selected as a topsoil amendment (1% w/w; mixedin top 10 cm of soil) to determine its ability to provide a reliable remediation media forestrogens. Sludge and biosolids were applied to lysimeters at 28 tonnes/ha (wet basis).Lysimeters were irrigated every 15 days and the experiment ran for 45 days.It was found that biochar is an agent-specific soil amendment. Estrogens residues in soil andwater were greatly influenced by the type of applied fertilizer (in this study, sludge or biosolids).The behavior of estrogens exhibited different trends in the presence and absence of biochar.Results show that estrogens dissipated up to 94%, with losses up to 72% and leaching up to 65%.It was found that 17β-estradiol has a strong degradation ability in different treatments andfertilizers, while estrone has a greater tendency for leaching. As complicated matrices, sludgeand biosolids contain multiple different pollutants which could compete for the available bindingsites in biochar. In comparison to other contaminants, estrogens do not perform well in securingsorption sites, so the removal efficiency of biochar with estrogens is less when othercontaminants are present. Biochar showed higher removal potential for sludge as compared tobiosolids. The suggested causes of this difference lie in microbial availability and physicochemicalproperties of these matrices. More studies are needed to develop methods to maximizethe efficiency of biochar in reducing loss of contaminants under agricultural scenarios.Les oestrogènes sont considérés comme des perturbateurs endocriniens dangereuses. Les boues etles biosolides, qui proviennent des déchets humains et utilisé sous la forme d'engrais sur leschamps agricoles, contiennent des oestrogènes. À la suite de la lixiviation, des hormones peuventcontaminer le sol, les eaux souterraines et les eaux de surface. Cela peut conduire à ladégradation de la faune aquatique.Des recherches récentes ont montré que le biochar a un bon potentiel dans la réduction de lapollution par les contaminants organiques et inorganiques. Cependant, il ya un manque deconnaissances en ce qui concerne le potentiel d'assainissement du biochar dans l'élimination desoestrogènes stéroïdes, tels que 17β-estradiol et estrone, présente dans les boues et les biosolides.Une étude de lysimètre a été réalisée pour étudier le sort et le transport des hormones oestrogènesdans le sol. Pyrolyse lente biochar de bois franc dérivé a été choisi comme une modification de lacouche arable (1% p/p) pour déterminer sa capacité à fournir un support d'assainissement fiablepour les oestrogènes. Les boues et les biosolides ont été appliqués à lysimètres à 28 tonnes/ha (debase humide). Les lysimètres ont été irrigués tous les 15 jours et l'expérience encouru pour 45jours.Il a été constaté que le biochar est un amendement spécifique du sol-agent. Résidus d'oestrogènesdans le sol et l'eau ont été fortement influencés par le type d'engrais appliquée (dans cette étude,les boues ou les biosolides). Le comportement des oestrogènes expose différentes tendances de laprésence et l'absence de biochar. Les résultats montrent que les oestrogènes ce dissipent jusqu'à94%, avec des pertes pouvant atteindre 72% et de lixiviation jusqu'à 65%. Il a été trouvé que17β-estradiol a une capacité de forte dégradation dans des traitements différents et des engrais,tandis que l'oestrone a une plus grande tendance à la lixiviation. Comme matrices complexes, lesboues et les biosolides contiennent plusieurs polluants différents qui pourraient concourir pourles sites de liaison disponibles dans le biochar. En comparaison à d'autres contaminants, lesoestrogènes ne fonctionnent pas bien dans la sécurisation des sites de sorption, donc l'efficacitéd'élimination du biochar avec oestrogènes est moindre lorsque d'autres contaminants sontprésents. Le biochar a montré un potentiel plus élevé d'élimination des boues par rapport auxbiosolides. Les causes de cette diffirence suggérées se trouvent dans la disponibilitémicrobiennes et les propriétés physico-chimiques de ces matrices. D'autres études sontnécessaires pour développer des méthodes pour maximiser l'efficacité du biochar dans laréduction de la perte de contaminants dans les scénarios agricoles
Precision application of herbicides in corn fields
No full textThe primary objective of this thesis was to develop a system through which precision spraying of herbicides could be applied to a corn field at an early post-emergence stage of development. The initial hypotheses underlying this thesis were that it was possible to: 1) capture a series of digital images using a tractor-mounted camera; 2) tag these images using a Global Positioning System (GPS); 3) develop an algorithm to detect weeds in an image; 4) develop a weed map using a series of images tagged with the presence or absence of weeds; and 5) significantly reduce the amount of spraying needed by spraying only areas known to contain weeds, thus reducing both costs and environmental impact.The experimental conditions consisted of a field of corn crop 12-17 days into their development stage and at the 3-5 leaf stage of development. A tractor-mounted camera interfaced to a GPS system and linked to a laptop computer was used for gathering images of the corn field.Due to the complexities involved in separating weeds the crop, the bulk of the thesis work was dedicated to the analysis of different algorithms through which weeds could be identified and weed maps could be created. The algorithm selected for the identification of weeds was the greenness method, using a pixel-by-pixel analysis of the red-green-blue (RGB) intensity values. The weed-tagged images were used to develop a series of algorithms to create weed maps. These algorithms utilized a set of image aggregation methods in order to establish a spray- or no-spray value for each location on the field, which were then plotted to demonstrate the locations of the field to be sprayed. The algorithms were validated through the use of the bootstrap statistical method. Once done, the potential herbicide savings for each weed mapping algorithm were evaluated. The results indicated that the algorithms had the potential to yield a maximum herbicide savings of 76% when compared with blanket spraying of the entire field. Factors that influenced the potential herbicide savings included the weed density necessary before spraying is employed, the number of images chosen to aggregate, and the size of the field as a whole. Seven algorithms were 100% successful in detecting weeds. Validation testing revealed that, when compared with a control situation in which 100% of the field would be sprayed, the algorithm that sprayed the smallest percentage of the field while still eliminating all weeds yielded a potential 10% herbicide savings; under the same parameters, the best performing real-time algorithm yielded a potential 9% herbicide savings. Therefore, it was determined that a solution involving the real-time acquisition and processing of video data and using the greenness method for weed detection could be employed in order to obtain savings in herbicide application.L'objectif principal de cette thèse était de développer un système par lequel l'application précise des herbicides pourrait être appliquée à un champ de maïs qui est dans un stade précoce post levée de développement. Les hypothèses de cette thèse étaient qu'il était possible de: 1) capturer une série d'images à l'aide d'une caméra montée sur un tracteur; 2) marquer ces images en utilisant un système de positionnement global (GPS); 3) développer un algorithme pour détecter les mauvaises herbes dans une image; 4) de développer une carte des mauvaises herbes à l'aide d'une série d'images étiqueté avec la présence ou l'absence de mauvaises herbes, et 5) réduire considérablement la quantité d'herbicides nécessaire par appliquer des herbicides seulement dans les zones connues pour contenir les mauvaises herbes, ce qui va permettre la réduction des coûts et des impacts environnementaux. Les conditions expérimentales se composait d'un champ de maïs 12-17 jours après le début de leur phase de développement et au stade 3-5 feuilles du développement. Une caméra montée sur tracteur et relié à un système GPS et un ordinateur portable a été utilisé pour recueillir des images du champ de maïs.En raison de la complexité de distinguer les mauvaises herbes, la majorité du travail a été consacré à l'analyse des algorithmes d'identification et cartographie des mauvaises herbes. L'algorithme choisi pour l'identification des mauvaises herbes a été la méthode de verdure, en utilisant une analyse pixel par pixel des valeurs d'intensité rouge-vert-bleu (RGB).Les images de mauvaises herbes marquées ont été utilisées pour développer une série d'algorithmes pour créer des cartes des mauvaises herbes. Ces algorithmes ont utilisé un ensemble de méthodes d'agrégation d'image afin d'établir une valeur indiquant si les herbicides doit être appliqués pour chaque endroit sur le terrain. En utilisant ces valeurs, des cartes des mauvaises herbes ont été créés pour montrer les endroits identifiées. Les algorithmes ont été validés par utiliser l'algorithme bootstrap. Une fois cela fait, les économies d'herbicides potentiels pour chaque algorithme de cartographie des mauvaises herbes ont été évaluées. Les résultats ont indiqué que les algorithmes avait le potentiel de produire des économies d'herbicides maximales de 76% par rapport à l'application des herbicides à la totalité du champ. Facteurs qui ont influé les économies d'herbicides potentiels inclus la densité des mauvaises herbes nécessaires avant l'application des herbicides, le nombre d'images choisies à l'agrégation, et la taille du champ. Sept algorithmes ont réussi à détecter 100% des mauvaises herbes.Tests de validation ont révélé que, en comparaison avec une situation de contrôle dans lequel les herbicides seront appliquer à 100% du champ, l'algorithme qui appliquait le plus petit pourcentage des herbicides en éliminant toutes les mauvaises herbes à des économies potentielles d'herbicides de 10%; selon les mêmes paramètres, l'algorithme en temps réel le plus performante avait une économie potentielle d'herbicides 9%. Donc, il a été déterminé qu'une solution impliquant l'acquisition et le traitement en temps réel des données vidéo et en utilisant la méthode verdure pour la détection des mauvaises herbes pourrait être employée afin d'obtenir des économies substantielles en application de l'herbicide
Laboratory evaluation of electric arc furnace slag as a potential wetland substrate
No full textPhosphorus (P) is considered as the controlling element in the proliferation of eutrophication in water bodies. Constructed wetlands are accepted as the most appropriate treatment technology for removal of nutrients, including phosphorus from agricultural drainage waters. As most of P removal in constructed wetlands is through precipitation and abiotic sorption, introduction of suitable substrate can enhance the P removal efficiency of the system. Slag has immense capacity for P sorption however its composition and ability as a wetland substrate varies from locale to locale. A study divided into bench and pilot scale was undertaken to evaluate the efficiency of a locally available electric arc furnace slag (EAFS). The pilot scale study was used to validate the findings of bench scale together with conducting additional investigations. In bench scale study EAFS was found to have high efficiency (nearly 100%) in P removal. Amount of P removed increased by increasing the contact time between the P solution and the slag. Where mechanical shaking appreciably enhanced the P-removal efficiency (90 %) in 3 hour, aeration resulted in (97-99%) phosphorus removal in a much reduced contact time of one hour for all P concentrations used (0.3, 3.0, 6.0 mg/L). Adsorption capacity of 1457 mg/kg was ascertained for this slag. In the pilot scale study higher P removal was recorded in residence time treatments of five and ten hour but, the rate of removal was slower than what was observed in case of one and two hour residence time. The EAFS when subjected to application of a high concentration of P solution over 72 hour period depicted a gradual decrease in the P removal efficiency, falling from 85% to 53% at the end of experiment. It was also established that EAFS can be regenerated to 70% of its original P-sorption capacity by putting it to a resting period of 3 weeks.Le phosphore est considéré comme l'élément nutritif déterminant dans le foisonnement par eutrophisation des eaux. Les marais artificiels sont reconnus comme la technologie la plus appropriée pour enlever les éléments nutritifs, tel le phosphore, des eaux usées agricoles. Comme la majorité de l'enlèvement du P dans les marais artificiels est le résultat de précipitation et de sorption abiotique, l'introduction d'un matériel approprié pourrait améliorer l'efficacité d'enlèvement de P du système. Quoi que les scories ait une immense capacité de sorption du P, leur composition et applicabilité comme matériel de marais filtrant varie toutefois de lieu en lieu. Une étude visant à évaluer l'efficacité de scories de four électrique à arc (SFEA), disponibles localement, à ces fins, fut entreprise à l'échelle de banc d'essai, ainsi qu'à l'échelle préindustrielle. A cette dernière échelle l'étude servit à valider les résultats de l'étude à l'échelle de banc d'essai, ainsi qu'a compléter d'autres expériences. A l'échelle du banc d'essai, la SFEA montra un efficacité d'enlèvement du P très élevée (près de 100%). La quantité de P enlevée augmenta de concert avec la durée de contact entre la solution contenant le P et les scories. Pour toutes les concentrations de P étudiés (0.3, 3.0, et 6.0 mg/L), une agitation mécanique améliora notamment l'efficacité d'enlèvement du P (90% en 3 hr), tandis que l'introduction d'une aération eu pour résultat un enlèvement quasi-total (97-99%) du P dans un temps de contact beaucoup plus court (1 hr). Une capacité d'adsorption de 1400 mg/kg fut déterminé pour ces scories. Lors de l'étude à l'échelle préindustrielle, des temps de séjour plus longs (5 et 10 h) augmentèrent l'enlèvement du P, mais le taux d'augmentation de l'enlèvement du P fut significativement plus élevé lors des premières (1, 2 h) heures de séjour. Lorsque soumises à une application d'une solutio
Use of biochar for reducing female sex hormonal pollution in agricultural areas
No full textPoultry and liquid swine manure are major sources of bioactive levels of natural steroidal sex hormones, including 17β-estradiol, estrone, testosterone and progesterone. Although several detailed studies have investigated the environmental pathways and ecotoxicology of high-toxicity-at-low-concentrations of sex hormones in soil and water media, there is a lack of knowledge with respect to the fate and transport of steroid hormones in the soil matrix and aquatic media. Three separate studies were performed with the objective of developing effective on-field remediation techniques in order to reduce the environmental and biological hormonal pollution from agricultural sources. In the first study, the sorption retention and desorption resistance of two types of biochars (fast and slow pyrolysis) for three female sex hormones (17β-estradiol, estrone, progesterone) was evaluated in batch equilibrium experiments. Slow-pyrolysis biochar demonstrated a stronger remediation capability than the fast-pyrolysis biochar in this study. In the second study, the retention potency of slow pyrolysis biochar was assessed as a topsoil amendment on the fate and transport of the three sex hormones in a sandy soil over a 45-day period where poultry and liquid swine manure were applied as fertilizer to outdoor lysimeters, irrigated with different levels of simulated rainfall. A significant difference (p<0.05) was observed between the spatial-temporal stratification of three hormones in lysimeteres with soil and soil-biochar treatments. The significant lower mass of hormones quantified at different depths of the soil profile and the measured concentration of all three hormones in collected leachate samples over time in the lysimeters amended with 1% slow pyrolysis biochar, potentially confirmed the hypothesis of this study, confirmed the highly effective retention capability of biochar as a soil-amendment for reducing manure-borne hormonal pollution in soil and water.Les lisiers de volaille et de porc sont les principales sources, à des niveaux bioactifs, d'hormones sexuelles stéroïdiennes naturelles tel le 17β-estradiol, l'estrone, la testostérone et la progestérone. Quoique plusieurs études détaillées aient enquêté sur les chaînes de pénétration dans l'environnement et l'écotoxicologie de haute-toxicité-à-faible-concentration des hormones sexuelles dans la matrice du sol et dans les milieux aquatiques, il demeure des lacunes en ce qui concerne le devenir et le transport des hormones stéroïdes dans ces milieux. Trois études distinctes furent réalisées ayant pour objectif de développer des techniques d'assainissement sur le terrain qui permettraient de réduire la pollution hormonale liée aux sources agricoles et ses effets néfastes sur l'environnement et les biotes. Dans la première expérience, la rétention par sorption et la résistance à la désorption de trois hormones sexuelles féminines (17β-estradiol, estrone, progestérone) en présence de deux types de biochars (pyrolyse lente ou rapide) fut évalué par lots d'échantillons sous conditions d'équilibre. Le biochar produit par pyrolyse lente démontra une plus grande capacité d'assainissement que celui produit par pyrolyse rapide. Dans une seconde étude, entreprise à l'extérieur en lysimètres, le potentiel de rétention d'un biochar produit par pyrolyse lente et servant comme amendement à la couche arable d'un sol sablonneux, fut évalué, sur une période de 45 jours, quant à son effet sur le sort et le transport des trois hormones sexuelles féminines. Chacun des lysimètres reçurent du lisier de volaille ou de porc comme engrais, et fut irrigué avec un niveaux particulier de précipitation simulée. Entre le sols ayant ou n'ayant pas reçu d'addition de biochar, une différence significative (p < 0.05) dans la stratification spatio-temporelle des trois hormones dans le sol fut évidente. Pour la duré de l'expérience, les teneurs des trois hormones à différentes profondeurs du profil du sol et dans le lixiviat furent sensiblement moins élevés dans les lysimètres dont le sol avait reçu un amendement de biochar à pyrolyse lente (à 1%), que ceux n'ayant pas reçu d'amendement. Ces résultats confirmèrent l'hypothèse de l'étude qui voudrait que le biochar utilisé comme amendement au sol confère une excellente capacité de rétention, dans le sol et dans l'eau, des polluants hormonaux provenant de lisiers
Modeling of urban tree growth with artificial intelligence and multivariate statistics
No full textThe urban environment induces severe ecological conditions that impair tree growth. This situation is of major concern to municipal administrations that devote large budgets to arboricultural programmes. To adequately preserve arboreal heritage, three main issues must be resolved. First, biotic and abiotic inventory parameters that can express the complexity of street tree growth have to be assessed. Second, for an enhanced understanding of tree health and related environmental conditions, an analytical methodology should be defined to cluster street trees with similar growth patterns. Third, optimized tree-inventory procedures ought to be determined. To fulfill these objectives, multiple variables were measured on 1532 trees and associated sites in Montreal (Quebec, Canada). Seven species representing 75% of the total street tree population were sampled. To identify key inventory parameters, two approaches were used: multivariate statistics (principal coordinate and correspondence analyses) determined biotic variables, and contingency analysis investigated environmental variables. Results from the multivariate analysis revealed that qualitative biotic parameters are of low explanatory importance. Conversely, it was discovered that modeling with the synergistic combination of 11 specific quantitative biotic parameters gave an adequate portrayal of all tree physiological stages. Contingency analysis unveiled links between some environmental factors and tree growth. Overall, nine factors were identified as central inventory parameters for some or all species. To develop the classification methodology, a two-step procedure was chosen. First, intermediate linkage clustering and correspondence analysis were used to ascertain groups with dissimilar growth rates. Second, the clustering knowledge was used to train radial basis function networks to recognize tree growth patterns and predict cluster affiliation. Global cluster classification was estimated by computing tLes conditions urbaines créent un milieu rude qui limite la croissance des arbres sur rue. Cette situation est préoccupante pour les administrations municipales qui investissent des sommes considérables dans leur programme arboricole. Afin de protéger adéquatement ce riche héritage, trois importantes actions doivent être entreprises. Premièrement, il y a lieu d'identifier des paramètres d'inventaire qui caractérisent au mieux le développement des arbres sur rue. Deuxièmement, afin d'appréhender la complexité des relations entre la croissance des arbres et les conditions environnementales, il est impérieux de définir une méthode analytique permettant le classement des arbres dans des groupes à croissance similaire. Enfin, de nouvelles pratiques d'inventaire efficaces doivent être établies. Afin d'atteindre ces objectifs, de nombreux paramètres ont été mesurés sur 1532 arbres et sites afférents (Montréal, Québec, Canada). Sept espèces arborescentes reflétant 75% de la composition du patrimoine montréalais planté sur rue ont été échantillonnées. Pour l'identification des paramètres d'inventaire, deux approches ont été retenues. La première consistait à utiliser les statistiques multidimensionnelles (analyses en coordonnées principales et des correspondances) pour estimer l'importance de variables biotiques. La deuxième approche, l'utilisation de l'analyse de contingence, visait à distinguer les paramètres abiotiques les plus significatifs. Les résultats de l'analyse multidimensionnelle ont révélé que les paramètres qualitatifs sont peu significatifs. À l'opposé, l'utilisation synchronique de 11 paramètres quantitatifs a permis de décrire adéquatement les différents stades physiologiques de l'arbre sur rue. L'analyse de contingence a démontré que certains facteurs environnementaux affectent la performance de certaines espèces ou de l'ensemble des espèces étudiées. Ainsi, neuf facteurs spécifiques sont à
Increase the crop water use efficiency using super absorbent polymers
No full textFreshwater plays an important role in supporting life on the planet. Agriculture uses 70% of the total accessible freshwater (0.03% of the total global water resources) which makes it important to increase irrigation efficiency so that we can produce more with less freshwater use. SAPs or hydrogels are cross-linked polymeric three-dimensional structures which have the ability to absorb and retain large amounts of water relative to their own mass. The objective of this study was to investigate the gain in water use efficiency and physiological growth of cherry tomatoes (Solanum lycopersicum var. cerasiforme) under different levels of SAP and irrigation treatments. The experiment was laid out in a completely randomised block design with three levels of SAP treatments which include 0% (control), 0.1% and 0.5% and three levels of plant watering application treatments which included everyday watering (control), once in two days watering and once in three days watering from the day of transplant up to four months; all treatments were replicated five times. Trials were carried out in a greenhouse at Macdonald Campus of McGill University in Sainte-Anne-de-Bellevue, Quebec, Canada. The results of the study indicate that 0.5% SAP performed significantly better than control (0% SAP) in terms of yield (P=0.0056) and water use efficiency (P=0.050), whereas, no significant difference was found within the SAP treatments for photosynthetic activity (P=0.5039), stomatal conductance (P=0.5344), transpiration rate (P=0.4907), normalised differential vegetative index (NDVI) (P=0.3901) and plant height (P=0.8967). However, the trends in each of the measurement confirm positive effect of SAP on cherry tomatoes. A microtox toxicology analysis revealed that the SAPs were not toxic to the agro-mix and is safe to use in the fields. Thus, the application of 0.5% SAP can significantly increase the yield and the water use efficiency.L’eau douce joue un rôle prépondérant dans le maintien de la vie sur notre planète. Puisque l’agriculture utilise 70% des eaux douces accessibles (0.03% des ressources en eaux globales) il est important d’améliorer l’efficacité de l’irrigation afin de produire plus avec moins d’eau douce. Les polymères superabsorbants (PSAs) ou hydrogels sont des structures polymères réticulés tridimensionnelles capables d’absorber et retenir de grandes quantités d’eau par rapport à leur propre masse. Cette étude visa à évaluer le gain en efficacité d'utilisation de l'eau et en progression physiologique de tomates cerise (Solanum lycopersicum var. cerasiforme) cultivées pour quatre mois sous différents niveaux d’irrigation et d’amendement du sol avec des PSAs, dans un dispositif aléatoire par blocs. Trois niveaux d’amendement du sol en PSAs, soit 0% (étalon), 0.1% et 0.5%, furent combinés en un plan factoriel complet à cinq répétitions, avec trois niveaux d’irrigation, soit quotidiennement, aux deux jours, et aux trois jours. Les essais ont été menés dans une serre au campus Macdonald de l’université McGill, à Sainte-Anne-de-Bellevue, Québec, Canada. Le rendement (P=0.0056) et l’efficacité d'utilisation de l'eau (P=0.050) furent améliorés de façon significative par un amendement de 0.5% en SAP, par rapport à l’étalon, mais le taux d’amendement en SAP n’eut aucun effet sur l’activité photosynthétique (P=0.5039), la conductance stomatique (P=0.5344), le taux de transpiration (P=0.4907), indice de différence normalisée de végétation (NDVI) (P=0.3901) et la hauteur du plant (P=0.8967). Cependant, des tendances dans chacune des mesures confirment un effet positif d’un amendement avec SAP sur les tomates cerises. Une analyse Microtox démontra que les amendements en SAP n’étaient pas toxiques au sol, et donc que leur utilisation au champ est sans danger. Un amendement du sol avec 0.5% de SAP peut donc augmenter le rendement et l’efficacité d'utilisation de l'eau de façon significative
Modeling microorganism transport in riverbank filtration systems
No full textGroundwater flow and microorganism (Cryptosporidium parvum, Escherichia coli and MS2) transport was simulated for a Riverbank Filtration (RBF) System in the Rio Grande de Manati region of Puerto Rico. MODFLOW 2000, a 3D saturated flow model, was used to simulate groundwater flow from the river to the wells in the riverbank. RT3D, a multi-species reactive model, was used to simulate microorganism transport. Both models required several parameters: (i) hydro-geological parameters were taken from previous research done in the study area, (ii) transport parameters (attachment coefficient and linear partitioning coefficient) were estimated based on sticking efficiency values reported in the literature. Colloid Filtration Theory was used for the estimation of the transport parameters. From the estimated parameters it was determined that microorganisms would show greater mass transfer from the aqueous to the solid phase at lower porosities. A 3-D grid was built to represent the study area. Groundwater flow output from MODFLOW 2000 showed a discrepancy of only 0.08% between inflow and outflow. MODFLOW 2000 generated inflow and outflow values matched values obtained in an earlier study at the same site, using MODFLOW 96. This indicated that the model's mass balance calculations were very good. RT3D used the flow results, obtained with MODFLOW 2000, to build the transport model. The river water microorganism load was set to a constant level of 100 microorganisms/L. On the basis of a 1000-days' simulation for C. parvum and E. coli, it was shown that the RBF system could provide safer water to the Rio Grande de Manati region. However, the virus analogue MS2 would reach the well after 900 days. Simulations also demonstrated that C. parvum's removal would be more effective, compared to that of E. coli or MS2. Four different scenarios — varying aquifer porosity, pumping rates, number of wells, and intermittent pumping — were simulated to evaluate theiL'écoulement d'eaux souterraines et le transport de microorganismes (Cryptosporidium parvum, Escherichia coli and MS2) furent simulés pour un système de filtration de berge (FDB) situé dans la région de Manati de Rio Grande, au Porto Rico. Le modèle tridimensionnel d'écoulement en milieu saturé MODFLOW servit à simuler le ruissellement souterrain allant de la rivière vers des puits creusés dans la berge. RT3D, un modèle réactif plurispécifique servit à simuler le transport de microorganismes. Ensemble, les deux modèles exigèrent plusieurs paramètres: (i) les paramètres hydrogéologiques provinrent d'une étude précédente au même site, (ii) les paramètres de transport (coefficients d'attachement et de partitionnement linéaire) furent basés sur des valeurs d'efficacité d'adhésion rapportées dans la littérature. La théorie de filtration des colloïdes servit a l'évaluation des paramètres de transport. À partir de ces paramètres on peut prévoir qu'à des porosités moins élevées les microorganismes montreront un transfert de masse plus élevée entre la phase aqueuse et solide. Une grille tridimensionnelle fut établie pour représenter le secteur d'étude. Avec MODFLOW 2000, une différence de 0.08% exista entre l'apport et la sortie d'eaux de ruissellement souterraines. Les apports et sorties d'eau prédites par MODFLOW 2000 concordèrent très bien avec ceux obtenus lors d'une étude préalable au même site, indiquant l'exactitude des calculs de bilan massique du modèle. RT3D fonda son modèle de transport sur les valeurs de ruissellement souterrain calculé par MODFLOW. La charge microbienne de l'eau riveraine fut établie à un niveau constant de 100 microorganismes/L d'eau. Une simulation de 1000 jours pour C. parvum and E. coli, montra qu'un système FDB pouvait fournir une eau plus saine à région de Rio Grande de Manati. Cependant, l'analogue de virus, MS2, se rendrait au puits après 900 jours. Les simulations dém
Hydrodynamics of waste stabilization ponds and aerated lagoons
No full textPerformance of waste stabilization ponds and aerated lagoons greatly depends on their hydraulics. Flow visualization experimentation showed that, for basin with a 0.1-m wide open channel inlet, the change in Re from 210 to 1076 did not affect the location of the dead-water region in the middle of the basin. An increase in Re, from 12 to 24 in the presence of one baffle, and from 18 to 36, in the presence of two baffles, did not apparently affect the dead-water regions within the basin. However, in the case of one baffle, increase in Re resulted in an increase in the tracer arrival time at the outlet. It was found that an improvement of the basin's hydraulic behavior could be obtained if the outlet location was shifted towards the baffle, regardless of the Re value or the number of baffles. Two mathematical models were developed that performed better than existing reactor models of Plug Flow, Completely Mixed, Tanks in Series, and Dispersion models. The two models were developed on the basis of the visual observations made during the tracer flow patterns and residence time distribution curves. The first model simulates active and dead-water regions with an exchange of flow rate between them. The second simulates Plug Flow and Completely Mixed reactors in series, with a bypass flow joining the outlet of the Plug Flow reactor to the outlet of the overall system. The major factor to alter solids accumulation on the basin floor bed was aeration. A single aerator, installed on the basin floor bed, resulted in the redistribution of accumulation over the entire floor bed. The thickness of such accumulation did not apparently increase between two and four theoretical retention times. When aeration was not applied, the major effect on solids accumulation and distribution over the basin floor bed was that to Re. An increase in Re from 6 to 26 resulted in a proportional increase of the accumulation along the length of the basin. The inlet, placed to one side of theLes caractéristiques hydrauliques des étangs de stabilisation et des étangs aérés ont une influence directe sur leur performance. La visualisation de l'écoulement démontra que, pour un bassin muni d'une entrée sous forme de canal ouvert de 0.1 m de largeur, le changement de Re de 210 à 1076 n'avait pas d'effets sur la localisation des régions stagnantes, sur la trajectoire de l'écoulement le long des côtés du bassin, ou sur le temps pris par le traceur pour arriver à la sortie du bassin. Une augmentation de Re, en présence d'une seule chicane, de 12 à 24, et de 18 à 36, en présence de deux chicanes, n'ont pas eu d'effets sur les régions stagnantes à l'intérieur du bassin. Cependant, en présence d'une seule chicane, cette augmentation de Re a augmenté le temps pris par le traceur pour arriver à la sortie. Une amélioration du comportement hydraulique peut donc être obtenue en déplaçant la sortie du bassin vers la chicane, et ce peu importe la valeur de Re ou le nombre des chicanes. Deux nouveaux modèles, développés dans cette étude, montrèrent une performance supérieure que les modèles connues pour l'écoulement à bouchon, à mélange homogène, par dispersion, ou en basins successifs. Les deux modèles sont basés sur la configuration de l'écoulement et la distribution des temps de séjour. Le premier modèle est formé de deux régions, une active et l'autre stagnante, avec un écoulement d'échange entre eux. L'autre modèle simule un écoulement à bouchon et un écoulement à mélange homogène, avec un écoulement de dérivation. Le facteur majeur qui altère l'accumulation des solides au fond du bassin est celui de l'aération. An aérateur placé au fond du bassin a entraîné la redistribution des accumulations sur la totalité du fond du bassin. L'épaisseur de cette accumulation n'a pas augmenté pour la période s'écoulant entre deux et quatre temps de séjour. En l'absence de l'aération, l'ef
Potential health impact of pollutants in potatoes, grown with wastewater, in a simulated human gut digestion model
No full textWastewater irrigation is undoubtedly an important strategy to cope with the global water scarcity crisis. Despite being an alternate source of water, it is also rich in pollutants, both organic (hormones and pharmaceuticals) and inorganic (heavy metals). These contaminants can make their way into the food chain via plant uptake and leading to biomagnification. Some of the heavy metals such as lead (Pb), cadmium (Cd), arsenic (Ar), mercury (Hg), etc. inside the human body, have no biological health promoting significance but can cause adverse effects. Their presence in biological organisms have been associated with disrupted immune system, oxidative stress, DNA damage, cardiovascular diseases, organ dysfunctionality, and carcinogenesis. Recent studies have found gut microbiota dysbiosis caused by heavy metal exposure. Considering the health risks associated with heavy metals, the present study was conducted on wastewater irrigated potatoes. Four different treatments had varying concentrations of heavy metals by virtue of the soil amendments applied and one treatment was freshwater irrigated to represent sample without contamination. The study consisted of fermentation of one daily serving of cooked potatoes in batch reactors using human fecal microbiota. The samples were taken from the fermenters at 0, 6, 12 and 24 h of incubation. The microbial processes were assessed by measuring short chain fatty acid (SCFA) concentrations, antioxidant capacity, and total phenolics. Lactobacilli plate count using MRS agar was also conducted to evaluate the effect on beneficial bacteria. The SCFA concentration trends were similar in all the treatments. The antioxidant capacities and total phenolics determined during the experiment/fermentation process were comparable to the pre-digestion values for all the treatments. The Lactobacilli population increased with time in all the reactors. It was concluded that the polyphenol antioxidants of potatoes could have neutralized the possible adverse effects of heavy metals on gut microbiota in the single meal exposure.Sans doute une importante stratégie pour s'adresser à l'important risque globale de pénurie d'eau, l'irrigation au moyen d'eaux usées représente une source alternative d'eau. Cependant ces eaux, sont riches en polluants, à la fois organiques (hormones et produits pharmaceutiques) et inorganiques (métaux lourds). Ces contaminants peuvent, par l'entremise de leur absorption par les plantes, entrer dans la chaîne alimentaire et s'y bio-amplifier. Certains métaux lourds, tel le Pb, Cd, Ar, Hg, etc. n'ont aucuns bienfaits pour la santé humaine, mais peuvent avoir des effets nocifs. L'on associe leur présence dans les organismes biologiques supérieurs à des perturbations du système immunitaire, au stress oxydatif, à l'endommagement de l'ADN, aux maladies cardio-vasculaires, à la défaillance d'organes, et à la carcinogenèse. De récentes études ont noté une dysbiose de la microflore intestinale liée à l'exposition aux métaux lourds. En vue des risques de santé associés aux métaux lourds, la présente étude entrepris une culture des pommes de terre avec une irrigation au moyen d'eaux usées. Quatre différents traitements expérimentaux, à savoir trois niveaux de contamination en métaux lourds obtenus par différents niveaux d'amendement du sol de culture, et un sol sans contamination ayant reçu de l'eau fraîche (témoin) servirent à cultiver des pommes de terre. Récoltés, ces pommes de terre furent cuites, puis une portion journalière provenant de chacun des traitements fut fermentée par un microbiote fécal humain dans des réacteurs en lots. Des échantillons furent prélevés à différents moments des 24 heures d'incubation. L'ampleur des processus microbiens fut évaluée en mesurant les teneurs en acides gras à chaîne courte (AGCC), le pouvoir antioxydant, et le contenu phénolique total. Un dénombrement de lactobacilles sur plaque d'agar MRS permit d'évaluer l'effet sur les bactéries bénéfiques. Les teneurs en AGCC indiquèrent une tendance semblable pour tous les traitements. De plus, le pouvoir antioxydant et le contenu phénolique total des pommes de terre digérés demeura semblable à ceux des pommes de terre avant la digestion. La population de lactobacilles augmenta avec le temps dans tous les réacteurs. En conclusion, suite à une exposition unique, les antioxydants phénoliques des pommes de terre ont peut-être neutralisé les effets néfastes des métaux lourds sur le microbiome intestinal
Fate and transport of herbicides in a sandy soil in the presence of antibiotics in poultry manures
No full textAntibiotics are widely used in the livestock industry for preventing disease and improving feed efficiency. Many antibiotics are not completely absorbed by animals and they are excreted in urine and feces. When manure containing such antibiotics is used as a fertilizer, it can affect the degradation of pesticides since antibiotics inhibit the action of bacteria in soils or kill the bacteria. A ninety-day field lysimeter study was conducted to assess the effects of antibiotics on the degradation of three herbicides, atrazine, metribuzin and metolachlor, in a sandy soil. Poultry manures, respectively containing monensin, narasin and salinomycin, were used to investigate the effects of antibiotics on the degradation of herbicides, and were compared with a control treatment of manure without antibiotics. Herbicides were applied once to the soil surface of lysimeters at the locally recommended rates, followed by the application of poultry manures. The lysimeters were protected from natural rainfall, and the simulated rainfall was applied seven times. Both soil and leachate samples were collected and analyzed at predetermined time intervals. In the experiment, all the three herbicides were found to leach down through the soil profiles, and their concentrations decreased with soil depth and time. The statistical analysis of the results shows that all the three antibiotic treatments yielded a significantly slower dissipation of herbicide levels compared with the non-antibiotic treatment. The mass balance study reveals that the half lives of the three herbicides were significantly longer in the presence of antibiotics as compared to the control treatment without antibiotics. These results indicate that antibiotics in poultry manures can significantly slow down the degradation of the three herbicides in soil and therefore, increase the threat of herbicide pollution in the environment.Les antibiotiques sont couramment utilisés dans l'industrie du bétail pour prévenir les maladies et améliorer l'efficacité flux. Beaucoup d'antibiotiques ne sont pas complètement absorbés par les animaux et ils sont excrétés dans les urines et fèces. Lorsque le fumier contenant des antibiotiques est utilisé comme un engrais, il peut affecter la dégradation des pesticides puisque les antibiotiques contenus inhiber l'action de bactéries dans le sol ou tuer ces bactéries. Une étude de lysimètre de champ de quatre-vingt-dix-jour a été effectuée pour évaluer les effets des antibiotiques sur la dégradation de trois herbicides, atrazine, métribuzine et métolachlore, dans un sol sableux. Trois traitements des fumiers de volaille contenant monensine, narasine et salinomycine ont été utilisés pour étudier les effets des antibiotiques sur la dégradation des herbicides, et ont été comparés avec un traitement de contrôle de fumier sans antibiotiques. Herbicides étaient appliqués une fois à la surface de sol de lysimètres aux taux recommandés localement, suivie par l'application de fumiers de volaille. Les lysimètres ont été protégés des précipitations naturelles, et les précipitations simulées ont été appliqués sept fois. Des échantillons de sol et des échantillons d'eau ont été recueillis et analysées à intervalles de temps prédéterminés. Dans l'expérience, tous les trois herbicides ont été trouvés à s'infiltrer à travers les profils de sol et leurs concentrations ont diminués avec la profondeur du sol et de temps. L'analyse statistique des résultants ont montré que tous les trois traitements antibiotiques ont donnés une dispersion des niveaux d'herbicide sensiblement plus lent par rapport au traitement nonantibiotic. L'étude du bilan massique a révélé que les demi-vies des herbicides ont été significativement plus long avec l'utilisation d'antibiotiques comme par rapport au ce traitement de contrôle
- …
