Acumulació de sòlids a aiguamolls construïts. Relació amb el procés de clogging

La construcció d’aiguamolls per al tractament d’aigües residuals urbanes en poblacions petites es posà en auge cap a la dècada dels anys 70. Aquests sistemes de tractament permeten obtenir una bona qualitat d’aigua depurada mitjançant un baix cost econòmic i una bona integració amb l’entorn natural. Tot i així, el principal problema en l’explotació dels aiguamolls construïts de flux subsuperficial (on l’aigua residual circula en un medi granular plantat amb macròfits) és la colmatació de la grava. Aquest fenomen consisteix en la obturació dels porus del material filtrant degut a l’acumulació de sòlids de diverses procedències que condueix a una pèrdua de porositat i conductivitat hidràulica de la grava de què es composen aquests aiguamolls. Si la colmatació és molt severa fa que l’aigua circuli en superfície, fet que desemboca en una pèrdua de l’eficiència de l’aiguamoll com a sistema de tractament de l’aigua. Aquest estudi es centra en la mesura de la colmatació a partir de l’acumulació de sòlids com a indicador en dos aiguamolls construïts de flux subsuperficial horitzontal a Catalunya (Gualba i Arnes). Per a l’estudi del fenomen de la colmatació s’han extret mostres de diferents punts dels aiguamolls i s’han quantificat els sòlids i analitzat llurs propietats de decantabilitat i volatilitat. Els resultats obtinguts mostren que l’aiguamoll de Gualba presenta entre 2 i 3 vegades més acumulació de sòlids totals tant a l’entrada (118 g ST/kg grava) com a la sortida (318 g ST/kg grava) que l’aiguamoll d’Arnes (84 g ST/kg grava a l’entrada i 128 g ST/kg grava a la sortida) i que la decantabilitat dels sòlids és menor a Gualba (266 mL/L a l’entrada i 113 mL/L a la sortida) que no pas a Arnes (233 mL/L a l’entrada i 64 mL/L a la sortida). Gualba presenta menor quantitat de sòlids volàtils que Arnes, i per tant, el contingut en matèria inorgànica és major (100 g M.Inorg/kg grava a l’entrada i 306 g M.Inorg/kg grava a la sortida de Gualba i 48 g M.Inorg/kg grava a l’entrada i 110 g M.Inorg/kg grava a la sortida d’Arnes). Aquesta major quantitat de matèria inorgànica a Gualba en comparació amb Arnes, ens porta a la necessitat d’estudiar si la seva procedència té alguna relació amb la degradació del material filtrant de l’aiguamoll. Per això, s’ha realitzat la difracció de rajos X de les graves així com les seves resistències mecànica i química. La difracció de rajos X indica que la grava d’Arnes es composa bàsicament de minerals carbonatats (dolomita i calcita) i que la grava de Gualba és granítica (quars, albita i biotita). Els assajos de resistència mecànica mostren que la grava de Gualba és menys resistent a esforços mecànics i que la grava d’Arnes presenta menys resistència a l’atac químic, fets que concorden amb la mineralogia trobada mitjançant la difracció de rajos X. Tot i així, els valors de pèrdua de material obtinguts amb els assajos aplicats de resistència química són molt baixos, mentre que la resistència mecànica sembla tenir un paper més important en el manteniment de les propietats de la grava com a material filtrant en aiguamolls construïts. Amb els resultats obtenim que una grava com la d’Arnes, d'origen fluvial i calcària és una bona opció, tan per la seva resistència com pel seu arrodoniment, que facilita la circulació de l'aigua. Aplicar graves, doncs, com la de Gualba, promou la disgregació del material i, per tant, l'acumulació ràpida de matèria sòlida al llit de l’aiguamoll i la disminució de la porositat del medi filtrant, exacerbant la colmatació. A part de la influència del tipus de grava en quant a l’acumulació de sòlids, és de rellevant importància el disseny i configuració de cada aiguamoll. S’ha vist que, relacions longitud - amplada menors a 1 provoquen trajectòries no uniformes de l’aigua a través del material filtrant, creant així camins preferencials en els quals es concentra major quantitat de sòlids. A més, una mala distribució de l’aigua d’entrada també esdevé en major cabal afluent en uns punts que en d’altres i, per tant, major acumulació de sòlids en els mateixos. Així doncs, cal incidir en tots aquests aspectes de disseny per tal d’optimitzar el comportament hidràulic de l’aiguamoll i allargar la seva vida útil

Acumulació de sòlids a aiguamolls construïts. Relació amb el procés de clogging

La construcció d’aiguamolls per al tractament d’aigües residuals urbanes en poblacions petites es posà en auge cap a la dècada dels anys 70. Aquests sistemes de tractament permeten obtenir una bona qualitat d’aigua depurada mitjançant un baix cost econòmic i una bona integració amb l’entorn natural. Tot i així, el principal problema en l’explotació dels aiguamolls construïts de flux subsuperficial (on l’aigua residual circula en un medi granular plantat amb macròfits) és la colmatació de la grava. Aquest fenomen consisteix en la obturació dels porus del material filtrant degut a l’acumulació de sòlids de diverses procedències que condueix a una pèrdua de porositat i conductivitat hidràulica de la grava de què es composen aquests aiguamolls. Si la colmatació és molt severa fa que l’aigua circuli en superfície, fet que desemboca en una pèrdua de l’eficiència de l’aiguamoll com a sistema de tractament de l’aigua. Aquest estudi es centra en la mesura de la colmatació a partir de l’acumulació de sòlids com a indicador en dos aiguamolls construïts de flux subsuperficial horitzontal a Catalunya (Gualba i Arnes). Per a l’estudi del fenomen de la colmatació s’han extret mostres de diferents punts dels aiguamolls i s’han quantificat els sòlids i analitzat llurs propietats de decantabilitat i volatilitat. Els resultats obtinguts mostren que l’aiguamoll de Gualba presenta entre 2 i 3 vegades més acumulació de sòlids totals tant a l’entrada (118 g ST/kg grava) com a la sortida (318 g ST/kg grava) que l’aiguamoll d’Arnes (84 g ST/kg grava a l’entrada i 128 g ST/kg grava a la sortida) i que la decantabilitat dels sòlids és menor a Gualba (266 mL/L a l’entrada i 113 mL/L a la sortida) que no pas a Arnes (233 mL/L a l’entrada i 64 mL/L a la sortida). Gualba presenta menor quantitat de sòlids volàtils que Arnes, i per tant, el contingut en matèria inorgànica és major (100 g M.Inorg/kg grava a l’entrada i 306 g M.Inorg/kg grava a la sortida de Gualba i 48 g M.Inorg/kg grava a l’entrada i 110 g M.Inorg/kg grava a la sortida d’Arnes). Aquesta major quantitat de matèria inorgànica a Gualba en comparació amb Arnes, ens porta a la necessitat d’estudiar si la seva procedència té alguna relació amb la degradació del material filtrant de l’aiguamoll. Per això, s’ha realitzat la difracció de rajos X de les graves així com les seves resistències mecànica i química. La difracció de rajos X indica que la grava d’Arnes es composa bàsicament de minerals carbonatats (dolomita i calcita) i que la grava de Gualba és granítica (quars, albita i biotita). Els assajos de resistència mecànica mostren que la grava de Gualba és menys resistent a esforços mecànics i que la grava d’Arnes presenta menys resistència a l’atac químic, fets que concorden amb la mineralogia trobada mitjançant la difracció de rajos X. Tot i així, els valors de pèrdua de material obtinguts amb els assajos aplicats de resistència química són molt baixos, mentre que la resistència mecànica sembla tenir un paper més important en el manteniment de les propietats de la grava com a material filtrant en aiguamolls construïts. Amb els resultats obtenim que una grava com la d’Arnes, d'origen fluvial i calcària és una bona opció, tan per la seva resistència com pel seu arrodoniment, que facilita la circulació de l'aigua. Aplicar graves, doncs, com la de Gualba, promou la disgregació del material i, per tant, l'acumulació ràpida de matèria sòlida al llit de l’aiguamoll i la disminució de la porositat del medi filtrant, exacerbant la colmatació. A part de la influència del tipus de grava en quant a l’acumulació de sòlids, és de rellevant importància el disseny i configuració de cada aiguamoll. S’ha vist que, relacions longitud - amplada menors a 1 provoquen trajectòries no uniformes de l’aigua a través del material filtrant, creant així camins preferencials en els quals es concentra major quantitat de sòlids. A més, una mala distribució de l’aigua d’entrada també esdevé en major cabal afluent en uns punts que en d’altres i, per tant, major acumulació de sòlids en els mateixos. Així doncs, cal incidir en tots aquests aspectes de disseny per tal d’optimitzar el comportament hidràulic de l’aiguamoll i allargar la seva vida útil

Non-invasive monitoring of pH and oxygen using miniaturized electrochemical sensors in an animal model of acute hypoxia

Background: One of the most prevalent causes of fetal hypoxia leading to stillbirth is placental insufficiency. Hemodynamic changes evaluated with Doppler ultrasound have been used as a surrogate marker of fetal hypoxia. However, Doppler evaluation cannot be performed continuously. As a first step, the present work aimed to evaluate the performance of miniaturized electrochemical sensors in the continuous monitoring of oxygen and pH changes in a model of acute hypoxia-acidosis. Methods: pH and oxygen electrochemical sensors were evaluated in a ventilatory hypoxia rabbit model. The ventilator hypoxia protocol included 3 differential phases: basal (100% FiO2), the hypoxia-acidosis period (10% FiO2) and recovery (100% FiO2). Sensors were tested in blood tissue (ex vivo sensing) and in muscular tissue (in vivo sensing). pH electrochemical and oxygen sensors were evaluated on the day of insertion (short-term evaluation) and pH electrochemical sensors were also tested after 5 days of insertion (long-term evaluation). pH and oxygen sensing were registered throughout the ventilatory hypoxia protocol (basal, hypoxia-acidosis, and recovery) and were compared with blood gas metabolites results from carotid artery catheterization (obtained with the EPOC blood analyzer). Finally, histological assessment was performed on the sensor insertion site. One-way ANOVA was used for the analysis of the evolution of acid-based metabolites and electrochemical sensor signaling results; a t-test was used for pre- and post-calibration analyses; and chi-square analyses for categorical variables. Results: At the short-term evaluation, both the pH and oxygen electrochemical sensors distinguished the basal and hypoxia-acidosis periods in both the in vivo and ex vivo sensing. However, only the ex vivo sensing detected the recovery period. In the long-term evaluation, the pH electrochemical sensor signal seemed to lose sensibility. Finally, histological assessment revealed no signs of alteration on the day of evaluation (short-term), whereas in the long-term evaluation a sub-acute inflammatory reaction adjacent to the implantation site was detected. Conclusions: Miniaturized electrochemical sensors represent a new generation of tools for the continuous monitoring of hypoxia-acidosis, which is especially indicated in high-risk pregnancies. Further studies including more tissue-compatible material would be required in order to improve long-term electrochemical sensing

Miniaturized Electrochemical Sensors to Monitor Fetal Hypoxia and Acidosis in a Pregnant Sheep Model

Perinatal asphyxia is a major cause of severe brain damage and death. For its prenatal identification, Doppler ultrasound has been used as a surrogate marker of fetal hypoxia. However, Doppler evaluation cannot be performed continuously. We have evaluated the performance of a miniaturized multiparametric sensor aiming to evaluate tissular oxygen and pH changes continuously in an umbilical cord occlusion (UCO) sheep model. The electrochemical sensors were inserted in fetal hindlimb skeletal muscle and electrochemical signals were recorded. Fetal hemodynamic changes and metabolic status were also monitored during the experiment. Additionally, histological assessment of the tissue surrounding the sensors was performed. Both electrochemical sensors detected the pO2 and pH changes induced by the UCO and these changes were correlated with hemodynamic parameters as well as with pH and oxygen content in the blood. Finally, histological assessment revealed no signs of alteration on the same day of insertion. This study provides the first evidence showing the application of miniaturized multiparametric electrochemical sensors detecting changes in oxygen and pH in skeletal muscular tissue in a fetal sheep model.This research was funded by CELLEX FOUNDATION. This work was financially supported by The Cellex Foundation and the Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca (Grant 2017 SGR 1531). Additionally, E.E. has received support from the Departament de Salut (Grant SLT008/18/00156). The Nanobioengineering group at the Institute of Bioengineering of Catalonia (IBEC) has received support from the Commission for Universities and Research of the Department of Innovation, Universities, and Enterprise of the Generalitat de Catalunya (No. 2017 SGR 1079) and is part of the CERCA Programme / Generalitat de Catalunya and is supported by the Severo Ochoa programme of the Spanish Ministry of Science and Competitiveness (Grant SEV-2014-0425 (2015–2019)). CIBER-BBN is an initiative funded by the VI National R&D&i Plan 2008–2011, Iniciativa Ingenio 2010, Consolider Program, CIBER Actions and financed by the Instituto de Salud Carlos III with assistance from the European Regional Development Fund. L.R. would also like to acknowledge her support within the BEST Postdoctoral Programme, funded by the European Commission under Horizon 2020’s Marie Skłodowska-Curie Actions COFUND scheme (Grant Agreement No. 712754)

Micro-needle implantable electrochemical oxygen sensor: ex-vivo and in-vivo studies

Oxygen is vital for energy metabolism in mammals and the variability of the concentration is considered a clinical alert for a wide range of metabolic malfunctions in medicine. In this article, we describe the development and application of a micro-needle implantable platinum-based electrochemical sensor for measuring partial pressure of oxygen in intramuscular tissue (in-vivo) and vascular blood (ex-vivo). The Pt-Nafion® sensor was characterized morphological and electrochemically showing a higher sensitivity of -2.496 nA/mmHg (-1.495 nA/μM) when comparing with its bare counterpart. Our sensor was able to discriminate states with different oxygen partial pressures (pO2) for ex-vivo (blood) following the same trend of the commercial gas analyzer used as standard. For in-vivo (intramuscular) experiments, since there is not a gold standard for measuring pO2 in tissue, it was not possible to correlate the obtained currents with the pO2 in tissue. However, our sensor was able to detect clear statistical differences of O2 between hyperoxia and hypoxia states in tissue

Early Environmental Enrichment Enhances Abnormal Brain Connectivity in a Rabbit Model of Intrauterine Growth Restriction

INTRODUCTION: The structural correspondence of neurodevelopmental impairments related to intrauterine growth restriction (IUGR) that persists later in life remains elusive. Moreover, early postnatal stimulation strategies have been proposed to mitigate these effects. Long-term brain connectivity abnormalities in an IUGR rabbit model and the effects of early postnatal environmental enrichment (EE) were explored. MATERIALS AND METHODS: IUGR was surgically induced in one horn, whereas the contralateral one produced the controls. Postnatally, a subgroup of IUGR animals was housed in an enriched environment. Functional assessment was performed at the neonatal and long-term periods. At the long-term period, structural brain connectivity was evaluated by means of diffusion-weighted brain magnetic resonance imaging and by histological assessment focused on the hippocampus. RESULTS: IUGR animals displayed poorer functional results and presented altered whole-brain networks and decreased median fractional anisotropy in the hippocampus. Reduced density of dendritic spines and perineuronal nets from hippocampal neurons were also observed. Of note, IUGR animals exposed to enriched environment presented an improvement in terms of both function and structure. CONCLUSIONS: IUGR is associated with altered brain connectivity at the global and cellular level. A strategy based on early EE has the potential to restore the neurodevelopmental consequences of IUGR

Proyecto bàsico de ampliación de la estación depuradora de aguas residuales de El Trebal (Santiago de Chile)

En la actualidad, Santiago de Chile, con una población cercana a los 6 millones de habitantes, es uno de los centros económicos emergentes de América Latina. Tiene una cobertura de aproximadamente el 100 % de servicio de agua potable y alcantarillado pero en lo que respecta al tratamiento de aguas residuales, presenta una cobertura de más o menos el 74 %. Cabe destacar que, para ayudar en la mejora de este problema, actualmente está en construcción el proyecto ‘Mapocho Urbano Limpio’ el cual consiste en la construcción de un colector de recogida de las 21 descargas directas de aguas residuales al Río Mapocho. Así pues, el proyecto regulado por el presente documento, consistente en la construcción de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR Mapocho), que permita tratar las aguas recogidas por el citado colector en construcción y así poder alcanzar una cobertura del servicio de aproximadamente el 91 % atendiendo a la demanda de la subcuenca Mapocho correspondiente al sector Norte del Gran Santiago. La finalidad de las obras y de los trabajos presentados en este proyecto son la construcción de la Estación Depuradora de Aguas Residuales Mapocho. Así pues, se describirán y detallarán las obras e instalaciones desde el punto de llegada de aguas sucias hasta su restitución al río Mapocho, incluyendo tanto el tratamiento de la línea de agua como de la línea de fangos que se derive. En la actualidad, alrededor del núcleo de población de Santiago todavía se realizan vertidos de aguas servidas directamente al medio sin tratamiento previo. El presente proyecto presenta la implantación de una nueva Estación Depuradora de Aguas Residuales para poder dar respuesta a las necesidades que se presentan por lo que respecta a la depuración de aguas residuales de la población, teniendo en cuenta también las necesidades que se presentarán en un futuro. El crecimiento de población durante los últimos años y desde que se puso en funcionamiento la EDAR El Trebal, ha resultado en un aumento de las aguas residuales, hecho que ha dado lugar al planteamiento presentado. La solución al problema es posible con la construcción de una nueva planta o bien con la ampliación de alguna existente

Proyecto bàsico de ampliación de la estación depuradora de aguas residuales de El Trebal (Santiago de Chile)

En la actualidad, Santiago de Chile, con una población cercana a los 6 millones de habitantes, es uno de los centros económicos emergentes de América Latina. Tiene una cobertura de aproximadamente el 100 % de servicio de agua potable y alcantarillado pero en lo que respecta al tratamiento de aguas residuales, presenta una cobertura de más o menos el 74 %. Cabe destacar que, para ayudar en la mejora de este problema, actualmente está en construcción el proyecto ‘Mapocho Urbano Limpio’ el cual consiste en la construcción de un colector de recogida de las 21 descargas directas de aguas residuales al Río Mapocho. Así pues, el proyecto regulado por el presente documento, consistente en la construcción de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR Mapocho), que permita tratar las aguas recogidas por el citado colector en construcción y así poder alcanzar una cobertura del servicio de aproximadamente el 91 % atendiendo a la demanda de la subcuenca Mapocho correspondiente al sector Norte del Gran Santiago. La finalidad de las obras y de los trabajos presentados en este proyecto son la construcción de la Estación Depuradora de Aguas Residuales Mapocho. Así pues, se describirán y detallarán las obras e instalaciones desde el punto de llegada de aguas sucias hasta su restitución al río Mapocho, incluyendo tanto el tratamiento de la línea de agua como de la línea de fangos que se derive. En la actualidad, alrededor del núcleo de población de Santiago todavía se realizan vertidos de aguas servidas directamente al medio sin tratamiento previo. El presente proyecto presenta la implantación de una nueva Estación Depuradora de Aguas Residuales para poder dar respuesta a las necesidades que se presentan por lo que respecta a la depuración de aguas residuales de la población, teniendo en cuenta también las necesidades que se presentarán en un futuro. El crecimiento de población durante los últimos años y desde que se puso en funcionamiento la EDAR El Trebal, ha resultado en un aumento de las aguas residuales, hecho que ha dado lugar al planteamiento presentado. La solución al problema es posible con la construcción de una nueva planta o bien con la ampliación de alguna existente

Acumulació de sòlids a aiguamolls construïts. Relació amb el procés de clogging

La construcció d’aiguamolls per al tractament d’aigües residuals urbanes en poblacions petites es posà en auge cap a la dècada dels anys 70. Aquests sistemes de tractament permeten obtenir una bona qualitat d’aigua depurada mitjançant un baix cost econòmic i una bona integració amb l’entorn natural. Tot i així, el principal problema en l’explotació dels aiguamolls construïts de flux subsuperficial (on l’aigua residual circula en un medi granular plantat amb macròfits) és la colmatació de la grava. Aquest fenomen consisteix en la obturació dels porus del material filtrant degut a l’acumulació de sòlids de diverses procedències que condueix a una pèrdua de porositat i conductivitat hidràulica de la grava de què es composen aquests aiguamolls. Si la colmatació és molt severa fa que l’aigua circuli en superfície, fet que desemboca en una pèrdua de l’eficiència de l’aiguamoll com a sistema de tractament de l’aigua. Aquest estudi es centra en la mesura de la colmatació a partir de l’acumulació de sòlids com a indicador en dos aiguamolls construïts de flux subsuperficial horitzontal a Catalunya (Gualba i Arnes). Per a l’estudi del fenomen de la colmatació s’han extret mostres de diferents punts dels aiguamolls i s’han quantificat els sòlids i analitzat llurs propietats de decantabilitat i volatilitat. Els resultats obtinguts mostren que l’aiguamoll de Gualba presenta entre 2 i 3 vegades més acumulació de sòlids totals tant a l’entrada (118 g ST/kg grava) com a la sortida (318 g ST/kg grava) que l’aiguamoll d’Arnes (84 g ST/kg grava a l’entrada i 128 g ST/kg grava a la sortida) i que la decantabilitat dels sòlids és menor a Gualba (266 mL/L a l’entrada i 113 mL/L a la sortida) que no pas a Arnes (233 mL/L a l’entrada i 64 mL/L a la sortida). Gualba presenta menor quantitat de sòlids volàtils que Arnes, i per tant, el contingut en matèria inorgànica és major (100 g M.Inorg/kg grava a l’entrada i 306 g M.Inorg/kg grava a la sortida de Gualba i 48 g M.Inorg/kg grava a l’entrada i 110 g M.Inorg/kg grava a la sortida d’Arnes). Aquesta major quantitat de matèria inorgànica a Gualba en comparació amb Arnes, ens porta a la necessitat d’estudiar si la seva procedència té alguna relació amb la degradació del material filtrant de l’aiguamoll. Per això, s’ha realitzat la difracció de rajos X de les graves així com les seves resistències mecànica i química. La difracció de rajos X indica que la grava d’Arnes es composa bàsicament de minerals carbonatats (dolomita i calcita) i que la grava de Gualba és granítica (quars, albita i biotita). Els assajos de resistència mecànica mostren que la grava de Gualba és menys resistent a esforços mecànics i que la grava d’Arnes presenta menys resistència a l’atac químic, fets que concorden amb la mineralogia trobada mitjançant la difracció de rajos X. Tot i així, els valors de pèrdua de material obtinguts amb els assajos aplicats de resistència química són molt baixos, mentre que la resistència mecànica sembla tenir un paper més important en el manteniment de les propietats de la grava com a material filtrant en aiguamolls construïts. Amb els resultats obtenim que una grava com la d’Arnes, d'origen fluvial i calcària és una bona opció, tan per la seva resistència com pel seu arrodoniment, que facilita la circulació de l'aigua. Aplicar graves, doncs, com la de Gualba, promou la disgregació del material i, per tant, l'acumulació ràpida de matèria sòlida al llit de l’aiguamoll i la disminució de la porositat del medi filtrant, exacerbant la colmatació. A part de la influència del tipus de grava en quant a l’acumulació de sòlids, és de rellevant importància el disseny i configuració de cada aiguamoll. S’ha vist que, relacions longitud - amplada menors a 1 provoquen trajectòries no uniformes de l’aigua a través del material filtrant, creant així camins preferencials en els quals es concentra major quantitat de sòlids. A més, una mala distribució de l’aigua d’entrada també esdevé en major cabal afluent en uns punts que en d’altres i, per tant, major acumulació de sòlids en els mateixos. Així doncs, cal incidir en tots aquests aspectes de disseny per tal d’optimitzar el comportament hidràulic de l’aiguamoll i allargar la seva vida útil