Η παρουσία αυξημένων συγκεντρώσεων πυριτικών ιόντων στα φυσικά νερά, σε συνδυασμό με την παρουσία δισθενών μεταλλοϊόντων τα οποία βρίσκονται σε σχετικά αυξημένες συγκεντρώσεις στα υπόγεια νερά έχει ως αποτέλεσμα σε συνδυασμό με την αύξηση του pH ή της θερμοκρασίας, να συντελεί στην εναπόθεση του πυριτίου με τη μορφή είτε αλάτων του με μέταλλα όπως το ασβέστιο και το μαγνήσιο είτε με την μορφή κάποιας από τις οξειδικές φάσεις (κρυσταλλικές ή μη). Οι εναποθέσεις αυτές σε μεταλλικές επιφάνειες, (σωληνώσεις, εναλλάκτες θερμότητας, αγωγούς, λέβητες κ.τ.λ.), σε βιομηχανικές μονάδες που χρησιμοποιούν νερό σε διάφορες διεργασίες και οι οποίες επιβάλλεται, για περιβαλλοντικούς λόγους, να χρησιμοποιούν ανακυκλωμένο νερό είναι και ανεπιθύμητες και επικίνδυνες. Ανεπιθύμητες επειδή μειώνουν τη θερμική αγωγιμότητα και επικίνδυνες λόγω αδυναμίας ελέγχου παραμέτρων όπως η θερμοκρασία. Βασικός στόχος της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση του μηχανισμού σχηματισμού πυριτικών εναποθέσεων παρουσία ασβεστίου σε υδατικά διαλύματα. Κατά την επαφή υδατικών διαλυμάτων με ξένες επιφάνειες και υπό την προϋπόθεση ότι τα υδατικά διαλύματα είναι υπέρκορα ως προς τον σχηματισμό δυσδιάλυτων πυριτικών αλάτων, σχηματίζονται πυριτικές επικαθίσεις. Η διερεύνηση του μηχανισμού πραγματοποιήθηκε με μετρήσεις του ρυθμού σχηματισμού ιζημάτων σε διαλύματα υπέρκορα τόσο ως προς άλατα του πυριτικού ασβεστίου όσο και ως προς σειρά οξειδίων του πυριτίου. Η μέτρηση των ρυθμών έγινε βάσει της μεταβολής της οπτικής πυκνότητας των υπέρκορων διαλυμάτων συναρτήσει του χρόνου αλλά και από μετρήσεις της μεταβολής των ιόντων ασβεστίου και των πυριτικών ιόντων συναρτήσει του χρόνου, σε pH 9.0 και θερμοκρασία 25C. Μετρήθηκαν οι χρόνοι επαγωγής οι οποίοι προηγούνται της εμφανίσεως στερεών στα υπέρκορα διαλύματα, οι οποίοι ήταν αντιστρόφως ανάλογοι των αντιστοίχων υπερκορεσμών. Βάσει των μετρήσεων κατασκευάσθηκαν τα διαγράμματα σταθερότητας για το σύστημα CaO-SiO2-H2O. Ο χαρακτηρισμός των στερεών που σχηματίσθηκαν στην περιοχή υπερκορεσμού που μελετήθηκε, με περιθλασιµετρία ακτίνων Χ (XRD) και με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), έδειξε ότι κατά κύριο λόγο αποτελούνται από άμορφη σίλικα και σε πολύ μικρή περιεκτικότητα από πυριτικό ασβέστιο. Από την εξάρτηση του ρυθμού καταβύθισης από τον υπερκορεσμό των διαλυμάτων, προέκυψε ότι ο σχηματισμός της στερεάς φάσης οφείλεται σε επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων στους αναπτυσσόμενους ως κρύσταλλοι, υπερκρίσιμους πυρήνες. Ως εκ τούτου, ως μέθοδος αναστολής του σχηματισμού των καταβυθιζόμενων στερεών προκρίθηκε η χρήση οργανικών ενώσεων με δραστικές ομάδες, οι οποίες λόγω του ιονισμού τους σε υδατικά διαλύματα, μπορούν να δηλητηριάσουν τα ενεργά κέντρα κρυσταλλικής ανάπτυξης των σχηματιζόμενων στερεών. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν υδατοδιαλυτά ομο-πολυμερή τα οποία περιείχαν καρβοξυλομάδες και συμπολυμερή στα οποία συμπεριλαμβάνονταν και σουλφονομάδες. Η παρουσία των ενώσεων αυτών στα υπέρκορα διαλύματα και σε συγκεντρώσεις που δεν ξεπερνούσαν τα 20ppm, έδειξαν σημαντική αύξηση αφενός του χρόνου επαγωγής και μείωση του ρυθμού σχηματισμού των ιζημάτων. / Natural waters containing elevated levels of silicate concentration, in combination with the presence alkaline earth metal ions at relatively high concentrations, (present especially in ground water), result to the formation of tenaciously adhering solid precipitates consisting of calcium and/or magnesium silicate or even of an oxidized phase (crystalline or amorphous). Increased pH values or elevated temperatures enhance deposition. Deposition of silicates on metal surfaces, including tubing, heat inverters, conductors and boilers used in water intensive industrial processes, are very common. These depositions result to energy losses because of their low thermal conductivity and raise safety issues especially in processes involving high temperatures and pressures. The main task of the present work was the investigation of silicate deposition mechanism in aqueous media in the presence of calcium. The investigation of the deposition mechanism was accomplished through measurements of the rate of solid formation in aqueous supersaturated solutions both with respect to calcium silicates and to silica. The rate measurements were based on the optical density variation of the solutions, as a function of time and on the concomitant variation of the involved ions concentrations. All measurements were carried at 25oC and at initial pH value of 9.0. Induction times were measured and were found to be inversely proportional to the solution super saturation. The stability diagrams for the system CaO-SiO2-H2O, were constructed from these measurements. The solids characterization, was done by Powder X – Ray Diffraction (XRD) and by Scanning Electron Microscopy (SEM). It was found that at the experimental conditions of the present work amorphous silica was the main component of the precipitates rather than calcium silicate. The deposition mechanism was surface diffusion controlled. Water soluble polymers, with carboxylic and sulfonic groups, were tested as inhibitors to the deposition. The presence of these compounds at concentration levels as low as 20ppm showed significant extension of the induction times preceding the spontaneous precipitation and reduction of the precipitation rates reaching 40%.

Το Αλιβέρι είναι μια κωμόπολη της Εύβοιας. Βρίσκεται λίγα χιλιόμετρα νοτιοανατολικά της Χαλκίδας και βρέχεται από τα νερά του Ευβοϊκού Kόλπου. Είναι μια περιοχή περιβαλλοντικού ενδιαφέροντος εφόσον λειτουργούν στην παράκτια περιοχή θερμικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής της Δ.Ε.Η. και μια τσιμεντοβιομηχανία (Α.Γ.Ε.Τ.), από τις οποίες είτε αποτίθεται τέφρα κοντά στη θάλασσα είτε διαφεύγουν αέριοι ρύποι από τις καμινάδες. Στόχος της εργασίας είναι να γίνει ψηφιοποίηση τοπογραφικών και γεωγραφικών χαρτών κλίμακας 1:50.000 και να αποτυπωθούν δεδομένα από μετρήσεις που έγιναν σε δείγματα που έχουν ήδη ληφθεί από το θαλάσσιο περιβάλλον. Οι μετρήσεις αυτές αφορούν ρύπανση από μέταλλα. / Aliveri is a town on the island of Evoia, located a few kilometers southwest of Chalkida and watered by Evoian Gulf. It is an area of high environmental importance because of the operation at its coastal area of a thermal power plant operated by the Public Power Corporation (PPC) S.A and the cement manufacturing industry (AGET), from which either ash is stockpiled near the sea coast, or air pollutants are emitted from the chimneys. The aim of the study is to digitize the topographic maps (scale 1:50.000) and to depict data from measurements carried out on samples already taken from the marine environment. These measurements are related to metal pollution. The results include a database where we can build further studies and tracking trends in terms of the outfall and the dispersion of pollutants in the marine environment and attempts to determine the source of the metal pollution through geographical maps.

Microbiological water quality monitoring of bathing waters does not account for faecal bacteria in sediments. Intertidal deposits are a significant reservoir of faecal bacteria and this indicates there is a risk to human health through direct contact with the sediment, or through the resuspension of bacteria to the water column. This project investigated factors influencing the relative abundance of faecal indicator organisms (FIOs) in intertidal estuarine sediments. The effects of physical, biogeochemical and biological sediment characteristics, environmental variables and native microbial communities were explored through field campaigns on the Ythan and Eden estuaries, Scotland. The contributory role of sediments to adverse water quality was investigated by combining FIO abundance and measurements of sediment stability. The importance of strain and sediment characteristics in the adhesion of E. coli to suspended sediments was also examined using laboratory experiments. E. coli concentrations up to 5.9 log₁₀ CFU 100 g dry wt⁻¹ were observed, confirming that intertidal sediments are an important reservoir of faecal bacteria. The variability of E. coli abundance in estuarine sediments was successfully explained with multiple stepwise linear regression (Adjusted R² up to 87.4) using easily-obtainable measurements of sediment characteristics and environmental variables, with variability most heavily influenced by salinity and particle size gradients. Native microbial community population metrics and community constituent composition correlated with environmental gradients, but did not influence FIO abundance. The amount of E. coli adhering to suspended sediments ranged from 0.02 to 0.74 log₁₀ CFU ml⁻¹, and was dependant on strain characteristics and sediment type rather than zeta potential, with higher cell-particle adhesion at 2 and 3.5 PSU than 0 and 5 PSU. Monitoring of sediment characteristics will lead to more informed bathing water quality advisories to protect public health. Future research should focus on applying the findings here to the modelling of bacterial fate and transport on a catchment scale.

Marine environments are under constant pressure from anthropogenic pollution. Chemical pollutants are introduced into the aquatic environment through waste disposal, sewage, land runoff and environmental exploitation (harbours, fisheries, tourism) leading to disastrous effects on the marine wildlife. Developmental malformations, reproduction failure including sex changes and high death rates are commonly observed in aquatic animal populations around the world. Unfortunately, the underlying molecular mechanisms of these pollution effects, in particular for marine invertebrate species, are often unknown. One proposed mechanism through which environmental pollution affects wildlife, is the disruption of nuclear receptors (NRs), ligand-binding transcription factors in animals. Environmental pollutants can directly interact with nuclear receptors, inducing incorrect signals for gene expression and subsequently disrupt developmental and physiological processes. Elucidation of the exact mechanism in invertebrates, however, is sparse due to limited understanding of invertebrate endocrinology and molecular regulatory mechanisms. Here, I have investigated the presence, expression and function of NRs in the Pacific oyster, Crassostrea gigas, and explored their interrelation with known environmental pollutants. Using a suite of molecular techniques and bioinformatics tools I demonstrate that the Pacific oyster possesses a large variety of NR homologs (43 NRs), which display individual expression profiles during embryo/larval development and supposedly fulfil distinct functions in developmental and physiological processes. Functional studies on a small subset of oyster NRs provided evidence for their ability to regulate gene expression, including interactions with DNA, other NRs or small molecules (ligand-binding). Oyster receptors also show a high likeliness to be disrupted by environmental pollutants. Computational docking showed that the retinoid X receptor ortholog, CgRXR, is able to bind and be activated by 9-cis retinoic acid and by the well-known environmental contaminant tributyltin. A potential interaction between tributyltin and the peroxisome proliferator-activated receptor ortholog CgPPAR has also been found. In addition, exposure of oyster embryos to retinoic acids and tributyltin resulted in shell deformations and developmental failure. In contrast, computer modelling of another putative target for pollutants, the retinoic acid receptor ortholog CgRAR, did not indicate interactions with common retinoic acids, supporting a recently developed theory of loss of retinoid binding in molluscan RARs. Sequence analyses revealed six residues in the receptor sequence, which prevent the successful interaction with retinoid ligands. In conclusion, this investigative work aids the understanding of fundamental processes in invertebrates, such as gene expression and endocrinology, as well as further understanding and prediction of effects of environmental pollutants on marine invertebrates.

Provoquées par des efflorescences saisonnières de macro-algues vertes de la famille des ulvacées, les marées vertes appartiennent à la classe plus large des blooms algaux nuisibles (HAB), en rapide développement dans le monde depuis trois décennies, sous l’effet notamment de l’eutrophisation des eaux côtières due aux activités humaines. L’accumulation massive des algues vertes sur les côtes produit une série de nuisances pour diverses activités marchandes et non marchandes, et peut être une source de danger pour la santé humaine. Dans le même temps, les algues vertes sont une ressource aux potentialités encore peu exploitées, et des programmes visant à valoriser industriellement les algues collectées lors des marées vertes ont vu le jour dans des pays impactés par ce phénomène, tels que la Chine et la France.Cette thèse traite de l’évaluation économique des marées vertes. Pour cela elle prend en compte, dans une optique coût-avantage, les coûts subis par les agents privés et les collectivités publiques, ainsi que les bénéfices issus de la valorisation des algues collectées lors de ces épisodes. La thèse repose sur deux cas d’étude, l’un en Chine (Mer Jaune) et l’autre en France (Bretagne). Les deux premiers chapitres sont consacrés aux marées vertes qui, depuis une dizaine d’années, se développent au printemps en Mer Jaune et viennent s’échouer sur les côtes du Shandong. Le premier chapitre étudie les mécanismes bioéconomiques à l’origine de ce phénomène, ses conséquences économiques, les politiques mises en œuvre pour y faire face, et les perceptions des acteurs et du public. Le deuxième chapitre cherche à évaluer le coût social des marées vertes, en le décomposant en coût de gestion d’une part (déduction faite de la valorisation d’une partie des algues récoltées) et en coût résiduel pour les activités marchandes et non marchandes d’autre part. Prenant la Bretagne comme cas d’étude, le troisième chapitre se focalise sur le thème de la valorisation des algues vertes. À l’aide d’un tableau entrées-sorties régionalisé, il évalue à différentes échelles spatiales les effets directs, indirects et induits d’un programme de valorisation industrielle des algues récoltées lors des marées vertes bretonnes. / Due to seasonal blooms of green macro-algae belonging to the ulvaceae family, green tides are part of the larger class of harmful algal blooms (HAB), which has developed worldwide at a high rate during the last three decades, favoured by the eutrophisation of coastal waters due to human activities. The massive accumulation of seaweeds on the shore resulting from green tides generates a variety of damages to market and non-market activities, and is a potential threat to human health. In the same time, green algae are a natural resource that may be turned into a variety of valuable products through industrial processing. R&D programs devoted to this subject have been launched in countries subject to green tides, such as China and France.The subject of this dissertation is the economic assessment of green tides, in a cost-benefit perspective. To this end, it studies the costs of green tides for private agents and public bodies, as well as the benefits due to the processing of algae.The dissertation relies on two case studies, one in China (Yellow Sea), and the other in France (Brittany). Chapter 1 and chapter 2 are dedicated to the case of the green tides that have developed each spring in the Yellow Sea and reached the southern shore of the Shandong province during the last decade. Chapter 1 investigates the bio-economic mechanisms of these episodes, their economic consequences, public management policies, and stakeholders’ perceptions. Chapter 2 tries to quantify the social cost of green tides, including management costs (minus benefits generated by green algae processing) and residual costs to market and non-market activities. Chapter 3 relies on the Brittany case, and focuses on the economic consequences of green algae industrial processing. Making use of a regionalized input-output table, it estimates, at various geographical scales, the economic impact of a program concerning the industrial processing of algae that are collected during the green tides on the Brittany shoreline.

La variabilité de la pollution urbaine est liée à l'activité humaine qui est elle-même très variable (journalière, hebdomadaire, annuelle, pluri-annuelle). Afin de développer un modèle qui permet de prédire ces différentes variabilités, nous avons analysé des études démographiques, de l'utilisation de l'espace à partir de données cadastrales et des photographies aériennes et réalisés, des campagnes de prélèvements sur 24h. L'exemple de la Communauté Urbaine du Grand Nancy sur l'utilisation de ces outils est illustré dans ce travail. Les résultats de campagnes de prélèvements sur trois type de sous-bassins (village semi-rural, zone résidentielle, zone résidentielle avec un grand hôpital) en fonction de l?activité humaine (jour versus nuit, repas, lavage) sont discutés. Une meilleure anticipation de la variabilité de la pollution arrivant dans les installations de traitement des eaux résiduaires permettrait d'améliorer leur gestion et donc de leur performance. Les campagnes ont également permis une meilleure compréhension de la variabilité de certains micropolluants tels que les métaux lourds. La pollution est moins variable dans une grande ville que dans une localité rurale, elle est liée aux apports des activités professionnelles sur les différents sites. La variabilité dépend de la nature du réseau de collecte, de style de vie, de la démographie du bassin de collecte (en termes de répartition spatiale et de classe d'âge, etc.), des zones étudiées. Les macro-polluants (C, N-NH4, P) et les micro-polluants métalliques (Na, K, Mg, Ca, Cu, Zn, Mn, Fe, Al) ont été caractérisés. Deux pics de pollution ont été observés : le premier pendant le matin vers 10h00 et le second pic en début de soirée vers 20h00. Pour les zones résidentielles le premier pic correspond à l'activité humaine du matin avant de quitter la maison pour travailler, le deuxième pic correspond aux activités à l'heure du retour à la maison après une journée de travail. On n'a pas trouvé un schéma propre aux zones mixtes (résidentielles avec des activités commerciales, industrielles et hospitalières). Les variations du débit et de la composition des eaux usées reproduisent très bien le cycle humain. Dans ce travail, on a tenu en compte les modifications démographiques, l'occupation du sol et le déplacement domicile-travail sur les sites étudiés / The variation of urban pollution related to human activity depends on several spatial and temporal scales: daily, weekly, annual, multi-year. To develop a model predicting this variations, different tools are used including demographic characteristics (age, sex, income), on the basis of cadastral data and aerial photographs and sampling campaigns on 24h. The use of these tools is illustrated with the example of the Urban area of Nancy. The results of sampling campaigns in three different catchments (semi-rural village, residential area, and residential area with large hospital) are discussed, considering its relation with the human activities (day versus night, meals, laundry). Better anticipating the variability of pollution which arrived to the wastewater treatment plant would improve their management and therefore their performances. These measurements also allowed a better understanding of the variability of some micropollutants such as heavy metals. The daily variation pattern in the big city is less marked than rural communities. This variability is probably related to the contributions of professional activities on different sites. It depends on the modification of the collection network, lifestyle, demographics on the water catchment, in terms of spatial distribution and age class in the studied area. The macropollution (C, N-NH4, P) and metal micropollution (Na, K, Mg, Ca, Cu, Zn, Mn, Fe, Al) were considered. Pollution peaks were observed: For residential areas, the first peak corresponds to human activity in the morning (around 10:00) before leaving home to work, the second peak corresponds to the activities at the time of returning home (around 20:00) after a day's work. We did not find a proper scheme for mixed zones (residential with commercial, industrial and hospital activities). Variations in flow and composition of the wastewater reproduce very well the human cycle, taking into account modifications in population, information on land use and daily journeys between home and work in the studied sites

Traffic-related air pollution harms health, so whilst it would be advantageous to improve air quality, the socioeconomic impact of air pollution mitigation in Scotland is not fully understood. Evidence from research literature, current regulatory and policy directives and a socioeconomic analysis are required to assess the true health impact. This thesis presents the first health and socioeconomic analysis of traffic-related air pollution and health for Scotland. A critique of the literature was undertaken to determine the evidence base and the strength of evidence in terms of association and causation, between air pollution and ill health. The evidence was subsequently applied in epidemiological studies of Scottish residents, to assess the actual impact on health in Scotland. The perception of barriers and incentives for change were investigated to understand behavioural influences. Recent policy development in Scotland was reviewed, and a socioeconomic analysis of a proposed air pollution strategy in Scotland, was undertaken. The evidence from 30 cohort studies and nine literature reviews demonstrated a link between poor air quality, mortality and respiratory ill health, but the results for other health conditions were inconsistent. The links were associative rather than causal and therefore might be attributable to other factors other than air pollution. Furthermore, epidemiological studies on Scottish populations did not show health effects from traffic-related air pollution. The socioeconomic analysis suggested that an initial investment of between £27m and £44m to introduce Low Emission Zones (LEZ), and an effective active travel programme, might result in a saving of £38m in terms of Years of Life Lost (YLL) and reduction in sickness absence. It is unlikely that the Clean Air For Scotland Strategy will deliver improved air quality and health without substantial investment, better alignment of planning, and a greater public engagement to support public and active transport options.

Aujourd’hui, plus de 65% des sites pollués en France le sont par des COVs (BASOL), considérés comme étant très dangereux et toxiques pour l’homme et l’environnement. Cela nécessite d’utiliser des techniques de traitement pour restaurer les sites et limiter les risques de propagation vers les eaux souterraines. L’extraction multiphasique MPE est une méthode physique de traitement des COVs. Elle a plusieurs avantages : essentiellement économique, le fait de pouvoir être utilisée in-situ et le fait de permettre la remédiation simultanée de deux zones saturée et non saturée du sous-sol. L’objectif de cette thèse est d’étudier cette technique en développant un modèle mathématique qui permet de décrire l’écoulement multiphasiques des différentes phases, le transport et le transfert de masse entre ces phases. Deux sols sableux et un polluant modèles sont choisis et caractérisés. Des dispositifs expérimentaux sont utilisés pour l’étude de l’écoulement diphasique et multiphasique ainsi que l’étude de transfert de masse. Un modèle numérique est développé, il se compose de trois EDPs pour l’écoulement (gazeuse, aqueuse et PLNA) et quatre EDPs pour le transport/transfert de masse pour chaque composé. La validation du modèle MPE est réalisée par la vérification de différentes parties qui le constituent séparément. La partie de l’écoulement diphasique est vérifiée à travers les résultats d’expérience de drainage sur colonne 1D et sur des résultats issus de la littérature d’une cellule type Hele-show 2D. L’importance du choix des conditions aux limites est mise en évidence. La partie de l’écoulement triphasique est vérifiée à travers les résultats d’expériences d’infiltration sur cellule 2D, l’une réalisée au laboratoire et l’autre issue de la littérature. L’étude porte sur l’effet du choix des dimensions d’expériences de laboratoire sur l’extrapolation des résultats à l’échelle du terrain. La partie transport/transfert de polluant est vérifiée à travers des expériences d’extraction sous vide/Venting. Le coefficient de transfert est déterminé avec une meilleure précision que celle des modèles issus de la littérature. Enfin une simulation à l’échelle de terrain est effectuée avec le modèle MPE pour simuler la dépollution d’un site pollué selon un scénario supposé et développé par la MPE. Les limites de la méthode pour la dépollution de la frange capillaire sont mises en évidence. / Today, over 65% of polluted sites in France are by VOCs (BASOL), considered to be very dangerous and toxic to humans and the environment. This requires using treatment techniques to restore the sites and limit the risk of spread to groundwater. The multiphase extraction MPE is a physical method of soil VOCs treatment. It has several advantages: essentially economic, being able to be used in site and permitting the simultaneous remediation of both saturated and unsaturated zones. The objective of this thesis is to study this technique by developing a mathematical model to describe the multiphase flow of different phases, transport and mass transfer between these phases. Two sandy soils and a pollutant models are selected and characterized. Experimental devices are used to study the two-phase, multiphase flow and mass transfer. A numerical model is developed; it consists of three PDEs for the flow (gas, water and NAPL) and four PDEs to pollution transport/mass transfer for each compound. MPE Model validation is performed by the verification of different constituent parts separately. The two-phase flow is confirmed by the drainage experiment results of 1D column and of the results of the literature of a 2D Hele-show tank. The importance of the choice of boundary conditions is highlighted. The part of the three-phase flow is verified through the results of infiltration experiments on 2D tank, one conducted in the laboratory and the other of the literature. The study focuses on the effect of the choice of laboratory experiments dimensions on the extrapolation of results across the field. The transport/mass transfer part is verified by SVE/Venting experiments. The transfer coefficient is determined with a precision better than models from the literature. Finally a simulation at the field scale is carried out with the MPE model to simulate the remediation of polluted sites by MPE for a supposed scenario. The limitations of the method for remedying the capillary fringe are highlighted.