Heavy metal concentration and distribution (Pb, Zn, Cu, Cd and Cr) in urban road sediments

RESUMEN: Este artículo presenta los resultados obtenidos de la recolección del sedimento depositado durante 65 días sobre superficies viarias (Torrelavega- España). Se distinguieron dos tipos de muestras: la aspirada directamente y la recolectada tras un barrido. Para cada tipo de muestra se determinó la granulometría y concentración de metales pesados. Los resultados sugirieron que la concentración de los metales pesados tiende a aumentar de forma exponencial con la disminución en la fracción de tamaño. La carga asociada de elementos metálicos aumenta de forma logarítmica con el aumento de lafracción de tamaño.ABSTRACT: This paper displays the obtained results of the collected sediment deposited during 65 days on road surfaces (Torrelavega-Spain). Two types of samples are distinguished: aspired directly and collected after sweeping. For each type of sample it was determined the particle size distribution and heavy metals concentration. The results suggest that the heavy metals concentration tends to increase exponentially form with the decrease in the size fraction. The associated loading of metallic elements exponentially increases with the size fraction.Los autores desean agradecer el apoyo financiero de la Agencia Española de Cooperación Internacional y Desarrollo (AECID), y la Universidad de Cantabria (España)

Sedimentación, solubilización, y prefermentación de aguas residuales en un reactor biopelícula

[ES] Esta investigación fue realizada con el objetivo de desarrollar un nuevo reactor prefermentador de aguas residuales para incrementar los porcentajes de sedimentación, hidrólisis y prefermentación de la materia orgánica contenida en el agua residual bruta, empleando una sola unidad de pretratamiento y, de esta manera, poder remplazar el decantador primario por este nuevo reactor. El estudio fue realizado en un reactor biopelícula de lecho sumergido fijo, empacado con un medio de soporte BLASF‚ y un volumen neto de 43.3 L. Los TRH aplicados fueron de 0.5, 1, 2 y 4 h. El reactor se operó durante 403 días de forma continua, alimentado con agua residual generada en la ciudad de Santander, España. Los resultados muestran que se puede realizar la sedimentación y prefermentación de la materia orgánica presente en el agua residual en este tipo del reactor con muy buenos resultados. El porcentaje promedio de eliminación de SST fue superior al 50% en toda la experimentación. El porcentaje más altCuevas-Rodríguez, G.; Tejero Monzón, I. (2003). Sedimentación, solubilización, y prefermentación de aguas residuales en un reactor biopelícula. Ingeniería del agua. 10(4):493-500. https://doi.org/10.4995/ia.2003.2592OJS493500104APHA, AWWA & WPCF (1995). Standard Methods for examination of water and wastewater. 19th Edition. Washington. ISBN 0-87553-223-3.Alexiou, I. E., Anderson, G. K. and Evison, L. M. (1994). Desing of pre-acidification reactors for the anaerobic treatment of industrial wastewater. Wat. Sci. Tech., 29, (9), 223-259.Castillo, C. P., González, R. G., Tejero, M. I., (1999). Prefermentación de aguas residuales urbanas empleando un reactor biopelícula de lecho sumergido. Ingeniería del Agua. 6, 3, 259-268.Cuevas, R. G., Barceló, G. O, González, M. S. (1998). Wastewater fermentation and nutrient removal in sequencing batch reactor. Wat. Sci. Tech., 38, (1), 255-264.Danesh, S., Oleszkiewics, J. A. (1996). Use of a new anaerobic-aerobic SBR system to enhance biological phosphorus removal. First IAWQ Specialized Conference on Sequencing Batch Reactor Technology. Munich, Alemania: 251-259.Datta, R. (1981). Acidogenic fermentation of cor stover. Biotechnology and Bioengineering, XXII, 61-77.Dawson, R. N., Jeyanayagam, S. S., Abraham, K., Wallis-Lage, C. L. (1994). The importance of primary sludge fermentation in the BNR process. 67th Annual Water Environment Federation Conference & Expositions. Chicago, Illinois, U.S.A.: 607-618.Elefsiniotis, P. and Oldham, W. K., (1994). Anaerobic acidogenesis of primary sludge: the role of solids retention time. Biotechnology and Bioengineering, 44, 7-13.Goncalves, R. F., Charlier, A. C., Sammut, F. (1994). Primary fermentation of soluble and particulate organic matter for wastewater treatment. Wat. Sci. Tech., 30, (6), 53-62.Houbron, E., Dumortier, R., Delgenes, J.P., (1999). Food solid waste solubilisation using methanogenic sludge an inoculo. Proceeding of Anaerobic Digestion of Solid Waste II. Barcelona, Spain. 117-120.Münch, v. E. and Koch, F.A., (1999). A survey of prefermenter desing, operational and performance in Australia and Canada. Wat. Sci. Tech., 39, (6), 105-112.Pitman, R. A., Wester, S. L. Nicholls, H. A. (1983). Practical experience with biological phosphorus removal plant in Johannesburg. Wat. Sci. Tech., 15: 223-259.Randall, C. W. (1994). Why use fermentation?, Use of fermentation to enhance biological nutrient removal. 67th Annual Water Environment Federation Conference & Expositions, Chicago, Illinois, U.S.A.: 1-11.Skalsky, S. D., Daigger, T. S. (1995). Wastewater solids fermentation for volatile acid production and enhanced biological phosphorus removal. Wat. Environ. Res. 67, 2, 230-23

Model-based evaluation of a trickling filter facility upgrade to biological nutrient removal

This article presents the feasibility evaluation and preliminary design of a wastewater treatment plant upgrade supported by simulation. The existing facility was based on trickling filters, and the objective of the upgrade was to achieve nutrients removal. The proposed solution modifies the existing primary clarifier to host an anaerobic-anoxic suspended growth reactor, which is an alternative that, to our knowledge, has not been proposed or explored so far. The trickling filters would remain as aerobic reactors. In this study, the novel treatment scheme has been assessed for the first time, through model simulations. The modified treatment train was simulated, showing that the anoxic zone is able to denitrify satisfactorily achieving the required effluent nitrogen concentration. However, to promote biological phosphorus removal, an additional aerobic zone combined with a bypass of activated sludge from the anoxic zone to the first trickling filter is needed, in order to provide aerobic conditions to the phosphate accumulating organisms. Several combinations of additional aerobic volume and sludge bypass flowrate were found to successfully achieve both nitrogen and phosphorus removal, using the existing facilities without the need for new reactors neither implementing modifications that could put the trickling filters' physical integrity at risk. The novel treatment scheme could be applied in other cases with similar flowsheet in the same context.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

CFD simulation of a novel anaerobic-anoxic reactor for biological nutrient removal: model construction, validation and hydrodynamic analysis based on OpenFOAM®

AnoxAn is a novel multi-environment reactor for biological nutrient removal (BNR) from wastewater. Although its biological efficacy has been demonstrated on a pilot scale, hydrodynamics is observed to significantly affect the performance of AnoxAn. To study its complex hydraulic behaviour, a model based on Computational Fluid Dynamics 3D (CFD) is constructed using the OpenFOAM® open source toolbox and validated by experimental tests of Residence Time Distribution (RTD). Reactor elements represent a key factor in the modelling process. In this sense, the impeller of the anoxic zone is modelled as a flat disk, and the baffle after the anoxic zone as a porous media. According to CFD model simulations, stagnant, short-circuit zones and mixing quality are established and quantified. Finally, the influence on the hydrodynamics of reactor elements is also evaluated. The results of this detailed hydrodynamic analysis will form the basis for the design and optimization of scalable AnoxAn configurations.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Tratamiento de agua residual con elevado contenido de nitratos utilizando reactores biomembrana aireados

[ES] Se describe la eliminación conjunta de carbono y nitrógeno de un agua residual, llevada a cabo en reactores biomembrana de laboratorio. El agua residual sintética tuvo una composición similar a la que resultaría de la mezcla, en determinadas proporciones, de agua residual urbana con agua de acuífero rica en nitratos. Se utilizaron dos reactores en paralelo, con igual superficie de soporte pero distinto volumen. Aunque se insufló aire a la biopelícula a través del soporte, el seno del agua permaneció anóxico. La eliminación de nitratos resultó ser una función de la carga orgánica aplicada, estando en un rango de 4 a 6 g N-NO3 elim./(m2•d) para carga aplicada de 120 g DQO/(m2•d), y de 8 a 10 g N-NO3 elim./(m2•d) para carga aplicada de 240 g DQO/(m2•d). La carga orgánica eliminada fue de 87 a 180 g DQO/(m2•d). Se observó que el incremento de nitratos en el agua problema no produjo una mayor desnitrificación, sino una producción y acumulación de nitritos en el reactor. Una sola etapa no permite el máximo aprovechamiento de materia orgánica para desnitrificación, lo cual se podría obtener utilizando dos etapas en serie: una de desnitrificación (para los nitratos del afluente aportados por el agua de acuífero), y la otra de nitrificación-desnitrificación simultáneas (para eliminar el nitrógeno amoniacal afluente aportado por el agua residual urbana). Así, la materia orgánica sería eliminada parcialmente en cada etapa.Lolmede, P.; Jácome, A.; Vidart, T.; Tejero Monzón, I. (2000). Tratamiento de agua residual con elevado contenido de nitratos utilizando reactores biomembrana aireados. Ingeniería del Agua. 7(3):243-254. https://doi.org/10.4995/ia.2000.284724325473Abdel-Warith A.S., Williamson K.J., Strand S.E. (1990). Substratum aerated biofilm reactor. Proceedings of the Environmental Engineering 1990 Specialty Conference (ASCE), Airlington, Virginia on July 8-11. pp. 360-365.Amieva J.J. (1987). 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Anaerobic digestion of the liquid fraction of dairy manure in pilot plant for biogas production: Residual methane yield of digestate

The performance of the only dairy manure biogas plant in Cantabria (Northern coast of Spain) was evaluated in terms of liquid–solid separation and anaerobic digestion of the liquid fraction. Screened liquid fraction was satisfactorily treated in a CSTR digester at HRTs from 20 to 10 days with organic loading rates ranging from 2.0 to 4.5 kg VS/(m3 d). Stable biogas productions from 0.66 to 1.47 m3/(m3 d) were achieved. Four anaerobic effluents collected from the digester at different HRTs were analyzed to measure their residual methane potentials, which ranged from 12.7 to 102.4 L/g VS. These methane potentials were highly influenced by the feed quality and HRT of the previous CSTR anaerobic digestion process. Biomethanization of the screened liquid fraction of dairy manure from intensive farming has the potential to provide up to 2% of total electrical power in the region of Cantabria

Effect of mixing on biogas production during mesophilic anaerobic digestion of screened dairy manure in a pilot plant

ABSTRACT:The effect of mixing on biogas production of a 1.5-m3 pilot continuous stirred tank reactor (CSTR) processing screened dairy manure was evaluated. Mixing was carried out by recirculation of reactor content with a mono pump. The experiment was conducted at a controlled temperature of 37±1°C and hydraulic retention times (HRTs) of 20 and 10 days. The effect of continuous and intermittent operation of the recirculation pump on biogas production was studied. At 10 days of HRT, the results showed a minimal influence of recirculation rate on biogas production and that continuous recirculation did not improve reactor performance. At 20 days of HRT, the recirculation rate did not affect reactor performance. Combination of low solid content in feed animal slurry and long HRTs results in minimal mixing requirements for anaerobic digestion.This work was supported by the Environment Council of the Government of Cantabria, Project 05-640.02-2174 entitled "Environmental Management of Dairy Cattle Manure in Cantabria" that enabled the completion of this work. This study was carried out in the framework of the NOVEDAR Consolider CSD2007-0005

Estrategias de eliminación de sulfuro de hidrógeno con el reactivo IBS® en un reactor biopelícula

[ES] Los olores debidos a compuestos del azufre son un problema en conducciones y depuradoras de aguas residuales. Ciertas condiciones que se ocasionan en estos medios favorecen la formación de sulfuro de hidrógeno, principal gas maloliente que plantea problemas técnicos debidos a su corrrosividad y toxicidad, así como quejas sociales al ser fácilmente detectado por el sistema olfativo humano. Este trabajo estudia la eliminación de olores en un reactor biopelícula de laboratorio utilizando un compuesto químico (proporcionado por la empresa ACIdEKA S.A.) inhibidor de la actividad de la biomasa sulfato-reductora. Su eficacia se estudia variando la concentración, los modos de adición y el tiempo entre dosis. Por otro lado se investiga la posible aclimatación de la biomasa al reactivo. Se consiguen rendimientos máximos de eliminación de olor (SH2 y mercaptanos) cercanos al 99%, utilizando dosis de 18,6mg·g-1Biopelícula húmeda y adicionando de forma continua, no encontrándose indicios de aclimatación por parte de la biomasa al producto.Cacho Rasillo, L.; Amieva Del Val, JJ.; Tejero Monzón, I. (2007). Estrategias de eliminación de sulfuro de hidrógeno con el reactivo IBS® en un reactor biopelícula. Ingeniería del agua. 14(2):73-81. https://doi.org/10.4995/ia.2007.2903OJS7381142APHA (1995). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19ª Edición, Washington, D.C.Bowker, R., Smith, J. y Webstern, O., (1985). Odor and corrosion control in sanitary sewerage systems and treatment plants. EPA Design Manual. EPA 625/1-85/018.Burgess, J.E., Parsons, S.A. y Stuetz, R.M., (2001). Developments in Odour Control and Waste Gas Treatment Biotechnology: A Review. Biotechnology Advances, 19, 35-63.De los Santos M, Esteban A.L. y Tejero I., (2002). Generación de olores en reactores biopelícula en condiciones extremas de operación. Tesina de Master. Departamento de Ciencias y Técnicas del Agua y del Medio Ambiente. Universidad de Cantabria.Drinking Water and Health, (1977). National Academy of Sciences, Washington, DC.E.I. Du Pont de Nemours y Company, (1995). Anthraquinones as inhibitors of sulfide production from sulfate-reducing bacteria. Estados Unidos. Patente de invención número 5385842, 1995-01-31.Gostelow, P., Parsons, S.A. y Stuetz, R.M., (2001a). Odour Measurement for Sewage Treatment Works. Water Research, 35 (3), 579-597.Gostelow, P. y Parsons, S.A., (2001b). Hydrogen Sulfide Measurement. En Stuetz, R. y Frechen F. (eds.), Odours in Wastewater Treatment: Measurement, Modelling and Control. IWA Publishing. London. UK. pp. 120-129Hobson, J. y Yang, G., (2001). Odour Mapping Using H2S Measurements. En Odours in Wastewater Treatment: Measurement, Modelling and Control. Stuetz, R. y Frechen, F. (eds.), IWA publishing, London, UK. pp. 214-231.Hvitved-Jacobsen T. y Nielsen HalkjΩr Nielsen, (2000). Sulphur transformations during sewage transport. En Lens P.N.L. y HulshoÆ Pol L. (eds.), Environmental Technologies to Treat Sulphur Pollution, Principles and Engineering, London, IWA Publishing, pp. 131-151.Hydrogen Sulphide. Report by Committee on Medical and Biological Effects of Environmental Pollutants (Subcommittees on Hydrogen Sulphide), Division of Medical Sciences, National Research Council, Washington, DC, 1979.Li, X.Z., Wu, J.S. And Sun y D.L., (1998). Hydrogen Sulphide and Volatile Fatty Acid Removal Foul Air in a Fibrous Bed Bioreactor. Water Science and Technology, 38 (3), 323-329.Rinzema, A. y Lettinga G., (1988). Anaerobic treatment of sulfate containing wastewater. En Wise D.L. (ed.), Biotreatment Systems, Vol. III, Boca Raton, USA, CRC Press Inc., pp. 65-109.Stuetz, R.M., Fenner, R.A. y Engin, G., (1999), Assessment of Odours from Sewage Treatment Works by an Electronic Nose, H2S Analyses and Olfatometry. Water Research, 33 (2), 453-461.Universidad de Cantabria, (2000). Proceso de tratamiento biológico de aguas basado en biopelícula sobre soporte de diseño específico. España, patente de invención número ES2128962B1, 2000-04-01.Widdel, F., (1985). Sulphate-reducing bacteria and their ecological niches. En Barnes E.M. y Mead G.C. (eds.), Anaerobic bacteria in habitats other than men. Oxford: Blackwell Scientific Publications, pp. 157-18

Depuración de agua residual con salinidad variable empleando un proceso de biodiscos (RBC)

[ES] Analizar el impacto que producen las aguas residuales de concentración salina variable sobre el proceso de biodiscos (RBC), ha sido objeto del presente estudio. Una planta piloto de biodiscos (RBC), de 4 etapas, se operó a carga hidráulica de 0,078 m3/m2.d y a carga orgánica de 11,66 g DQO/m2.d, bajo distintos ciclos de agua salina + agua dulce. Durante las operaciones cíclicas de 6+6 y 6+18, se obtuvo un 90% de la eliminación de la carga orgánica afluente. Bajo condiciones de salinidad variable, el rendimiento de la primera etapa del RBC, es menor que con agua dulce. El proceso muestra menor eliminación de la DQO a medida que el tiempo o con salinidad aumenta.Castillo, P.; Bezanilla, JA.; Amieva, J.; Jácome, A.; Tejero Monzón, I. (1995). Depuración de agua residual con salinidad variable empleando un proceso de biodiscos (RBC). Ingeniería del Agua. 2(1):25-30. https://doi.org/10.4995/ia.1995.2654SWORD253021Amieva del Val, Juan J. (1993). Viabilidad del proceso "BE" (Biopelícula Extraíble). Aplicación a un RBC. Tesis Doctoral. Dpto. Ciencias y Técnicas del Agua y del Medio Ambiente. Universidad de Cantabria. Santander, España.Bezanilla revilla, José A. (1993). Depuración de aguas residuales en un Contactor Biológico Rotativo (RBC) con alternacia en el sentido de flujo. Tesis Doctoral. Dpto. Ciencias y Técnicas del Agua y del Medio Ambiente. Universidad de Cantabria. Santander, España.Kincannon, D. F. & Gaudy, A. F. Jr. (1966). Some effects of high salt concentrations an activated sludge. Journal WPCF, 38, 1148-1159.Kincannon, D. F. & Gaudy, A. F. Jr. (1968). Response of biological waste treatment systems to changes in salt concentrations. Biotechnol. Bioeng., 10, 483-496.Kinner, N. E. & Bish P, P. L. (1982). Treatment of saline domestic wastewater using RBC's. Env. Eng., ASCE, 108, 650-664.Lawton, G. W. & Eggert, C. V. (1957). Effect of high sodium chloride concentration on trickling filter slimes. Sewage & Ind. Wastes, 29, 1228-1236.Ludzack, f. J. & Noran, D. K. (1965). Tolerance of high salinities by conventional wastewaters treatment processes. Journal WPCF, 37, 1404-1416.Mikucki, W. J. & Poon, C. P. C. (1976). An evaluation of the bio-surf process for the treatment of saline-domestic wastewater. Proceedings of the 8th Annual Offshore Technology Conference. Houston, Tex., 293-298.Mills, E. V. & Wheatland, A. B. (1962). Effect of saline sewage on the performance of percolating filters. Water & Waste Trt. Journal., 9, 170-172.Nemerow, Nelson 1. (1977). Aguas Residuales Industriales. Teorías, aplicaciones, tratamiento. H. Blume Ediciones. Madrid.Poon, C. P. C.; Chao, y-1 & mikucki, w. J. (1979). Factors controlling rotating biological contactor performance. J. WPCF, 51, 601-611.Poon, C. P. C. & Mikucki, w. J. (1978). Rotating biological contactors treat Island's saline sewage. ater Sewage Works, 62-66.Soto, m.; Méndez, R & lema, j.M. (1990). Efluentes residuales en la industria de procesado de productos marinos. Ingeniería Química. 203-209.Stewart, m. J.; Ludwig, h. F. & Kearns, w. H. (1962). Effects of variying salinity on the extended aeration process. Journal WPCF, 34, 1161-1177.Tokuz, R. Y. & Eckenfelder, w. W. (1978). The effect of F/M ratio on an activated sludge system treating high salinity wastewater. Proceedings onf the 33rd Purdue Industrial Waste Conference. Purdue Univ., 200-203.Woolard, C. & Irvine, r. (1994). Biological treatment of hypersaline wastewater by a biofilm of halophilic acteria. Water Environment Research, 66, 230-235

Protein adsorption/desorption dynamics on Ca-enriched titanium surfaces: biological implications

[EN] Calcium ions are used in the development of biomaterials for the promotion of coagulation, bone regeneration, and implant osseointegration. Upon implantation, the time-dependent release of calcium ions from titanium implant surfaces modifies the physicochemical characteristics at the implant-tissue interface and thus, the biological responses. The aim of this study is to examine how the dynamics of protein adsorption on these surfaces change over time. Titanium discs with and without Ca were incubated with human serum for 2 min, 180 min, and 960 min. The layer of proteins attached to the surface was characterised using nLC-MS/MS. The adsorption kinetics was different between materials, revealing an increased adsorption of proteins associated with coagulation and immune responses prior to Ca release. Implant-blood contact experiments confirmed the strong coagulatory effect for Ca surfaces. We employed primary human alveolar osteoblasts and THP-1 monocytes to study the osteogenic and inflammatory responses. In agreement with the proteomic results, Ca-enriched surfaces showed a significant initial inflammation that disappeared once the calcium was released. The distinct protein adsorption/desorption dynamics found in this work demonstrated to be useful to explain the differential biological responses between the titanium and Ca-ion modified implant surfaces.This work was supported by MINECO [MAT2017-86043-R; RTC-2017-6147-1], Generalitat Valenciana [GRISOLIAP/2018/091; APOSTD/2020/036, PROMETEO/2020/069], Universitat Jaume I under [ UJI-B2017-37], the University of the Basque Country under [GIU18/189] and Basque Government under [PRE_2017_2_0044]. The authors would like to thank Raquel Oliver, Jose Ortega and Iraide Escobes for their valuable technical assistance.Romero-Gavilán, F.; Cerqueira, A.; Anitua, E.; Tejero, R.; García-Arnáez, I.; Martínez-Ramos, C.; Ozturan, S.... (2021). Protein adsorption/desorption dynamics on Ca-enriched titanium surfaces: biological implications. JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry. 26(6):1-12. https://doi.org/10.1007/s00775-021-01886-4S11226