CIM1-Teses
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
- Environmental risk assessment and toxicity of pharmaceuticals in coastal tropical and temperate organismsPublication . Fonseca, Tainá; Bebianno, Maria JoãoDemographic attributes of the urban society have prompted a milestone shift towards structural aging of global population and increase of life expectancy, crucial to the prominence of cancer as one of the non-communicable diseases leading mortality. Currently, cancer diseases were accountable for about 9.6 million deaths in 2018, with concerning increasing projections of cancer incidence and mortality, by 2030, at a greater proportion in developing countries. As a result, there is an increasing trend of production and consumption of pharmaceuticals applied in cancer treatments. Once administered and metabolized, such drugs are excreted into waterways following to waste water treatment plants (WWTPs), ending up in freshwater and coastal ecosystems, where they can be found at a sub ng to ng L-1 range. Anticancer drugs are designed to damage DNA and disrupt mechanisms of its transcription, replication and synthesis, as well as suppress the cell´s defense, ultimately causing cell death. In cancer therapy, drugs are typically administered in a combinatory cocktail, that covers different molecular targets, reducing the risk of clonal selection based upon cell resistance to a single drug. However, these chemicals may bring potential toxicity if discharged into the aquatic environment, both in temperate and tropical zones, particularly in the benthic compartment, where they are expected to accumulate. In this sense, the present thesis aimed to assess the effects of anticancer agents of different classes, namely the cytotoxic platinum-based cisplatin (CisPt), the alkylating agent cyclophosphamide (CP) and the endocrine disruptor tamoxifen (TAM), on non-target benthic marine species under realistic environmental concentrations, at individual and combined exposures. For this purpose, a multi-biomarker approach was applied including the assessment of behavioural responses, oxidative stress, biotransformation, neurotoxicity, lipid peroxidation and genotoxicity in the temperate polychaete Nereis diversicolor, in addition to the evaluation of acute and chronic effects of drugs in tropical and representative benthic organisms: the sea urchin Echinometra lucunter, the polychaete Scolelepis squamata and the amphipod Tiburonella viscana from the Brazilian coast. The main results revealed that single drug exposures caused alteration of AChE activity, oxidative stress and oxidative damage and, ultimately, DNA damage in N. diversicolor. Besides, alterations in its burrowing behaviour also occurred, as an ecological outcome. These effects were more pronounced in organisms under CisPt at 100 ng Pt L-1, CP at 1000 ng L-1 and TAM at 0.5 ng L-1. Findings from bioassays with N. diversicolor conducted with drugs in tertiary mixtures indicated that each biomarker effect respond differently, according to the trends proposed by models of drugs´s interaction. Toxicity did not increase in a dose-response manner but showed different patterns of effects, in a way that the highest DNA damage was observed at the set of lowest concentrations (Mixture A), an absence of oxidative stress at the intermediary drug levels (Mix B and C), with a potential dominance of TAM´s MoA in organisms exposed to Mixture C and D, suggesting an antagonist interaction between the cytotoxic drugs. Therefore, the effects ruled by single-drug MoAs cannot provide estimations and protective measures for a prospective ERA regarding scenarios of their combination in the environment. Although evidence on estrogen receptors expression is still not disclosed for the herein selected biological models, determination of biochemical and genotoxic outcomes from TAM exposure are highlighted, since it is assumed to comprise a targeted therapy on nuclear estrogen receptors. Anticancer drugs´ concentrations that triggered the above-mentioned responses are potentially present in coastal environments, even more prone to be encountered in developing regions, where technologies of WWTPs are not efficient or are lacking. Accordingly, effects regarding the bioassays conducted with the tropical counterparts showed a non-monotonic reduction of viable pluteus larvae of E. lucunter, at CisPt and CP treatment respectively at the range from 0.1 to 10 ng Pt L-1, and from 50 to 500 ng CP L-1, in contrast to the increasing reduction of embryo larval development under TAM exposure, significant over the whole range of concentrations. In polychaetes S. squamata, a significant acute toxicity was exerted at the higher pharmaceutical doses (Mix C and D). In the amphipod T. viscana demonstrated a higher sensitivity to pharmaceuticals, presenting a significant non-linear reduction of survival in Mix B and D, as a potential outstanding effect of TAM when present as mixtures. By virtue of the non-monotonicity addressed in the dose-responses relationships reported in all bioassays, another concern stands out on the urgency to the development of a risk analysis and safety assessment designated to anticancer drugs.
- Ecotoxicological effects of polyethylene microplastics, with and without adsorbed contaminants, on the clam Scrobicularia plana (da Costa, 1778) using a multi-biomarker approachPublication . O’Donovan, Sarit; Bebianno, Maria JoãoThe potentially detrimental impacts of plastic debris on the marine biota are numerous and diverse with deleterious physical effects recorded. Microplastics, defined as plastic particles ≤ 5mm, are of particular concern due to their ubiquitous distribution in the marine environment. Low density polyethylene accounts for ~17% of European plastic production, with use dominated by the packaging industry. This study investigated the ecotoxicological effects of exposure of low density polyethylene microplastics, with and without added contaminants, in gill tissues and haemocytes of the peppery furrow shell clam, Scrobicularia plana. Environmentally relevant concentrations of contaminants, benzo[a]pyrene, oxybenzone, and perfluorooctane sulfonic acid, were adsorbed to microplastics to evaluate the potential role of plastic particles as a source of chemical contamination once ingested. S. plana were exposed to microplastics at a concentration of 1 mgL-1 for 14 days. To clarify any effects of exposure, a set of biomarkers were employed, including the quantification of antioxidant (superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase) and biotransformation (glutathione-S-transferases) enzyme activities, oxidative damage (lipid peroxidation levels), genotoxicity (single and double strand DNA breaks) and neurotoxicity (acetylcholinesterase activity). Neither a genotoxic nor an inhibitory neurotoxic effect was recorded. The dominant response in catalase and glutathione-S-transferase was attributed to virgin microplastics, suggesting the observed effects were due to physical ingestion and the potential mechanical injuries that result. Superoxide dismutase and lipid peroxidation, showed an increase in activity in contaminated microplastic treatments relative to virgin microplastic, suggesting a synergistic effect of physical ingestion and chemical exposure. A reduction in glutathione peroxidase activity was observed in contaminated microplastic treatments, compared to virgin microplastic, indicating an antagonistic effect may have occurred. Further analysis is needed to confirm the bioavailability of microplastics and that the observed biomarker responses are a result of microplastic exposure, and chemical exposure in the case of superoxide dismutase and lipid peroxidation.
- Impact of Albufeira bay outfall plumes in bathing water quality, a modelling approachPublication . Veríssimo, Filipe Alexandre Aldeia; Martins, Flávio Augusto Bastos da CruzO turismo em zonas balneares é responsável por pressões nas infraestruturas do ciclo urbano da água e recursos hídricos, nomeadamente na conceção de sistemas de abastecimento de água e saneamento. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento hidrodinâmico de três emissários submarinos e impacte na qualidade das águas balneares na baía de Albufeira usando uma abordagem de modelação matemática, com base no software MOHID. São investigados os principais processos que controlam a dispersão na baía. Os primeiros desenvolvimentos consistem numa série de campanhas de medição e colheita de dados (parâmetros microbiológicos, caudais, vento, etc.) que fornecem os dados para caracterizar a dispersão neste sistema costeiro. Uma rede de pontos de observação e controlo são definidos para avaliar o impacte das plumas na zona de influência dos emissários submarinos. A aplicação e desenvolvimento do modelo de dispersão proporciona uma melhor compreensão e controlo dos processos de diluição e dispersão na baía. Os resultados da modelação são utilizados para avaliar a necessidade de desinfeção, que pode reduzir custos operacionais e permitirá um aumento da resiliência do sistema em caso de falhas nas infraestruturas de colheita, transporte e de tratamento de águas residuais e proporcionar um melhor funcionamento e gestão de instalações.
- Intrusões salinas e avaliação de tratamentos alternativos de águas residuais em ETAR do sul de PortugalPublication . Pólvora, Sérgio José Ferreira; Aníbal, J.No atual cenário de alterações climáticas e de crescente importância de desenvolvimento de processos eficientes e sustentáveis no ciclo urbano da água, os sistemas de tratamento anaeróbios em águas residuais salinas apresentam relevante interesse, nomeadamente no menor consumo energético, na menor produção de lamas e na possibilidade de produção de biogás. Este trabalho teve como objetivos: caracterizar o afluente que chega à ETAR de Almargem, compreender e quantificar as intrusões salinas e avaliar a potencialidade de implementação de sistemas de tratamento anaeróbios. Foram efetuadas quatro campanhas de amostragem ao afluente de chegada à ETAR de Almargem nas diferentes estações do ano e em diferentes ciclos de maré. Foram quantificadas as amplitudes das intrusões salinas nas águas residuais e a condutividade foi medida em contínuo em cada campanha. Analiticamente foram determinadas as concentrações de CQO, NT, SO4 2-, Cl e S2- e medido o pH o ORP e a temperatura. Os resultados mostraram que o afluente à ETAR de Almargem apresentou uma composição salina com valores que chegaram aos 19,9‰ e com caudais de intrusão que podem chegar a 29% do caudal total de entrada. Os valores de salinidade variaram com a altura de maré e apresentaram uma correlação significativa (p<0,05) com a concentração típica de sulfatos da água do mar, indicando que a intrusão de massa de água salina pode ter como origem os sistemas marinhos mais próximos da rede de coletores, nomeadamente a Ria Formosa e o estuário do rio Gilão. O rácio médio CQO/ SO4 2- (4,1) foi maioritariamente superior a 1,5, indicando que a implementação do sistema SANI poderá não ser eficiente na ETAR de Almargem. No entanto, os resultados médios de temperatura (22,26 °C), pH (7,46), S2- (20 mg.L-1) e a razão CQO/ SO4 2- permitiram concluir que a ETAR de Almargem possui condições físico-químicas adequadas para a implementação de sistemas anaeróbio tipo UASB.
- Education as a tool to reduce our water footprintPublication . Venckutė, Milda; Silva, Manuela Moreira daTo sustain the global changes of the last decades, including the rapidly growing world population, water must be conserved and used efficiently, as a renewable but finite natural resource. In developed countries with high consumption patterns, it is crucial to reduce water footprint (WF) per capita. One of the key measures to achieve this goal is education, which aims to change human’s mentality and behaviour and foster the sense of responsibility for the use of water. In the present reality and in the perspective of future, it is very important to dedicate special attention to youth education. The final objective of this thesis is to contribute to reduction of young citizen’s WF by the means of educational tools: the questionnaire and the developed electronic application, adapted for a certain age group. The results of the study performed in Faro showed that the average WF of a student is 3223±830 L/day, and that the total indirect water is much higher than direct and it corresponds to 90 % of the total WF. Food accounts for the major part (84 %) of young person’s WF, and in the second place of indirect uses is clothing-related WF (6%). Among analysed food groups, meat has the largest contribution (40 %) to the total personal WF. In direct water uses, young girls consume on average 73 L/day more than young boys. For both genders, high direct water use (aprox. 264 L/day) is due in large part to long showers, revealing a need to improve the behaviour of young consumers. This work allowed to show that young people consume too much water, mainly through indirect uses, especially food and clothing. The educational quiz permitted to demonstrate students the volumes of water they actually consume in their daily routines and show that there are numerous ways to reduce personal WF. Finally, to induce young people’s interest in water management issues, an electronic application in a gamified approach about WF was created.
- Trophic dynamics between phytoplankton and microzooplankton in the Ria Formosa coastal lagoon systemPublication . Sá, Bárbara Andreia dos Santos de Sousa e; Barbosa, Ana B.Phytoplankton is a planktonic group with great importance to the aquatic ecosystems, because constitutes the base of the food web, and have an important play role in the oxygen production and carbon dioxide consumption. Grazing by phagotrophic protists (microzooplankton) is considered the major mortality source of phytoplankton in the oceans. Thus, understanding the trophic dynamics between these two planktonic groups is essential for a better understanding of the functioning and variability of aquatic ecosystems. Trophic dynamics between phytoplankton and microzooplankton in the Ria Formosa coastal lagoon system (south Portugal) was studied through a seasonal sampling, with a period of one year. The methodology used in the experiments was the dilution technique, with and without enrichment of inorganic macronutrients, in two distinct places of Ria Formosa (inner station of the lagoon system and an outer station which is in contact with the adjacent coastal region) and in different periods of time (spring and autumn). The analyses of phytoplankton biomass were done through fluorimetry, while the phytoplankton and microzooplankton composition and abundance were through epifluorescence microscopy (< 20 μm) and inverted microscopy (> 20 μm). The temperature and salinity values were under the Ria Formosa normal standers. Chl a had high seasonal variations, such that values obtained during the spring of 2015 followed the Chl a standards for the Ria Formosa, while values for the spring of 2016 did not. Cyanobacteria dominated the phytoplankton community in both seasons. It were performed six sets of experiments, and four of them had unexpected responses regarding the relationship between dilution factors and the apparent growth rate of phytoplankton. It was obtained non-significant linear regressions and positive linear regressions, showing that sometimes the dilution has a negative effect on phytoplankton. Microzooplankton removed, daily, between 44.83% and more than 100% of phytoplankton production. The growth rate of phytoplankton was between 0.05 d-1 and 2.22 d-1.
- Otimização do arejamento no tratamento de águas residuais: caso de estudo – ETAR de Ferreiras, AlbufeiraPublication . Cristóvão, Luís Carlos Pereira; Silva, Manuela Moreira daO tratamento de águas residuais é de extrema importância para a qualidade de vida das populações. O método mais utilizado para tratar os efluentes, quer sejam domésticos ou industriais é, através do tratamento biológico. Existem vários métodos e tipos de tratamento biológico. Um dos mais utilizados é o tratamento por lamas ativadas o que implica a adição de ar ou oxigénio num reator biológico onde uma variada gama de microrganismos especialmente bactérias degradam os poluentes das águas residuais. Esta fase do tratamento é muito exigente em termos energéticos. O objetivo deste trabalho é otimizar o arejamento reduzindo consumos energéticos, numa estação de tratamento de águas residuais em Ferreiras, concelho de Albufeira sem superar os limites de emissão considerados na Licença de Descarga da instalação. Para otimizar o tempo de arejamento utilizou-se um sistema de controlo em tempo real que comanda o arranque dos arejadores através da concentração de azoto amoniacal e, o tempo de paragem através da concentração de nitratos medido em tempo real. A recolha de resultados decorreu entre dezembro de 2015 e abril de 2016. Os parâmetros processuais foram acompanhados e os dispêndios de energia estimados para a fase de arejamento. Foi possível verificar que os tempos de arejamento acompanharam as concentrações da amónia no reator biológico seguindo um perfil diário. Os consumos energéticos com a fase de arejamento foram reduzidos, contudo, a qualidade do licor misto parece ter diminuído traduzindo-se na redução da sua capacidade de decantação, o que compromete a qualidade do efluente descarregado quando a carga hidráulica é elevada.
- Estudo cinético de um sistema de células de combustível microbianasPublication . Canavarro, António José Vieira de Jesus; Barros, Raúl J.Nos países desenvolvidos a energia usada nos processos de tratamento de águas residuais municipais representa cerca de 1,5 % do consumo de energia total e este valor continua a crescer. As Células de Combustível Microbianas (CCM) representam uma potencial alternativa para o tratamento secundário de águas residuais, com a vantagem de produzirem energia elétrica à medida que a matéria orgânica é consumida. O principal objetivo deste trabalho experimental é retomar a operação dos protótipos que estiveram armazenados a 4 ºC durante cerca de um ano. Anteriormente operaram durante um ano, alimentados com água residual primária, onde se testou separadores de materiais diferentes., verificando quais as maiores dificuldades encontradas, para reiniciar a atividade biológica adequada na câmara anódica. Uma vez recuperada a atividade o passo seguinte foi a realização de um estudo cinético. Investigou-se como a performance das CCMs tanto em termos da produção de energia como de remoção de Carência Química de Oxigénio (CQO), depende do regime de alimentação, pela variação da taxa de fluxo das águas residuais e concentração de CQO. O trabalho experimental iniciou-se num sistema de CCM tubular de câmara única preenchido com Granulometria de Carvão Ativado (GAC) em modo de fluxo contínuo. Foram testados e comparados três tempos de contacto do afluente com o GAC (3, 12 e 36 horas), com diferentes cargas orgânicas, (2,27 g/L e 1,14 g/L de acetato de sódio tri-hidratado, sem adição de substrato para os protótipos 1 e 2; soro de queijo diluído 1:10 e 1:20 suplementado com água residual e sem adição de soro, para o protótipo do Soro). O desempenho é aferido através do traçado de curvas de polarização, curvas de potência e da percentagem de remoção da Carência Química de Oxigénio (CQO). Conclui-se que em alguns testes as eficiências de remoção de CQO são próximas das presentes na legislação em vigor, contudo obteve-se baixas densidades de potência tendo em conta as presentes na literatura. Tanto o Tempo de Contacto em Leito Vazio (EBCT) como a concentração de carga orgânica comprovaram ser parâmetros a ter em conta relativamente ao tratamento de águas residuais, no entanto o comportamento das CCMs quando o substrato utilizado foi o soro de queijo o estudo foi inconclusivo.
- Potencialidade da valorização das lamas de depuração produzidas nas ETAR do AlgarvePublication . Silva, Nuno Manuel Rodrigues da; Aníbal, J.; Martins, AntónioO Decreto-Lei n.º 73/2011 de 17 de Junho introduz o conceito de “Fim do estatuto de resíduo” para as lamas de ETAR e fomenta a sua reutilização e reciclagem, com o objetivo de prolongar o seu uso na economia. A região do Algarve produz cerca de 30.000 toneladas matéria original por ano, das quais cerca de 88% são geradas em regime de produção regular, cerca de 73%, é transportada para fora da região, para serem submetidas a tratamentos adicionais, com elevados custos de transporte e subsequentes emissões de dióxido de carbono. O objetivo do trabalho foi procurar formas para uma gestão integrada das lamas geradas nas ETAR do Sistema Multimunicipal de Saneamento do Algarve, tendo por critério base a procura de soluções dentro da região e a maximização do seu potencial de valorização em solos agrícolas e florestais. Realizou-se o levantamento dos dados das ETAR do Algarve para o triénio de 2013 a 2015, na perspetiva quantitativa e qualitativa das lamas e detalhando aspetos associados a cada instalação. De acordo com os valores representativos obtidos, verifica-se que a qualidade microbiológica é a principal condicionante para aplicação direta das lamas em solos agrícolas. Apresentam-se um conjunto de elementos técnicos e económicos associados à gestão das lamas de ETAR que deverão merecer uma análise cuidada como forma de alargar as opções de encaminhamento final com soluções de proximidade. Conclui-se que a sustentabilidade ambiental e económica pode ser melhorada adotando tratamentos complementares, desejavelmente nas instalações produtoras ou na sua proximidade, que paralelamente permitam acompanhar as tendências da legislação setorial europeia e nacional, bem como os objetivos do desenvolvimento sustentável vertidos no Plano Estratégico de Abastecimento de Água e Saneamento de Águas Residuais (PENSAAR) pensados para o sector.
- Production of biofuels from microalgal biomassPublication . Carvalho, Henrique Miguel Mata; Barreira, Luísa Paula Viola Afonso; Barros, Raúl J.With the increase in greenhouse gases (GHG) concentrations on the atmosphere, and the problems associated with it, the interest in the development of microalgae-derived biofuels has grown significantly in recent years. Microalgal biomass presents several advantages over feedstocks commonly used for the production of biofuels. However, current production costs are still too high and uncompetitive when compared to fossil fuels. In order to reduce the production costs of microalgal-based biofuels, the development of a biorefinery combining the production of different biofuels was previously proposed. In the present work, biodiesel was synthetized from the biomass of Botryococcus braunii, and the properties of the produced biodiesel were assessed according to the European and American specifications. The defatted biomass obtained as a co-product was further upgraded by anaerobic digestion into biogas, using different consortia of bacteria. The net energy and mass balance of the biofuels produced were made, to discuss the viability of microalgal-based biodiesel production coupled with the valorisation of the spent biomass under a biorefinery concept. B. braunii biomass had an lipid content of 14.8%, after the transesterification the yield was 46.8%, and the final biodiesel yield after purification was 30.5%. The predominant fatty acids present on the biodiesel were C16:0; C18:2n6 and C18:1. The biodiesel produced fulfilled the international specifications, except for the parameters density, viscosity and phosphorus content. The highest yields obtain on the anaerobic digestion were under mesophilic conditions (35°C). The digestion of the defatted biomass (without lipids, 369 mL biogas/g VS) performed similar or better results than the raw biomass (333 mL biogas/g VS). The defatted biomass reached a biogas methane content of 82% and 72% for 35°C and 25°C, respectively. The experimental results obtained at a laboratory scale were scaled up with a process simulation software (SuperPro Designer) to produce 1000 kg of biodiesel from 16.4 t of biomass, which will lead to a production of 2687 kg of methane, making an overall energy production of 48145 kWh. However, the energy spent on the process was 94341 kWh.