Bioremediation demands a better understanding of the factors controlling bacterial adhesion to crude oil. In this study, we investigate the effects of asphaltenes and resins on bacterial adhesion to model crude oils using the Microbial Adhesion to Hydrocarbons (MATH) assay. The model crude oils were prepared by adding toluene, asphaltenes or resins to n-hexadecane. After the mixing and phase separation step in the MATH assay, stabilized oil droplets were observed within the aqueous phase, causing an underestimation of the fraction of bacteria partitioned to the hydrocarbons. An improvement to the MATH assay protocol was developed to determine bacterial concentration using counting chambers instead of absorbance measurements. With the new MATH assay, asphaltenes and resins were shown to generally decrease microbial adhesion. This is contrary to what was expected from the extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (XDLVO) interaction energy profiles that were calculated based on physicochemical characterization of the microorganisms and hydrocarbon droplets. The possible role of steric interactions in the observed adhesion behaviour in the presence of asphaltenes and resins is discussed. / Le domaine de la biorestauration exige une compréhension plus complète des facteurs qui influencent l'adhésion des bactéries au pétrole brut. La présente étude évalue l'effet des asphaltènes et résines sur l'adhésion des bactéries aux hydrocarbures. Le protocole « Microbial Adhesion to Hydrocarbons » (MATH) a été utilisé pour déterminer l'adhésion des bactéries aux hydrocarbures composées de cétane, toluène, d'asphaltènes et de résines. Après l'étape de mélange et de séparation des phases dans le protocole MATH, des gouttelettes d'hydrocarbure ont été découvertes dans la suspension bactérienne à l'aide d'un microscope. La présence des gouttelettes avait pour effet de surestimer la concentration bactérienne durant les mesures d'absorption. Une amélioration de la méthode MATH a été développée, où l'analyse des concentrations se fait en comptant les cellules individuelles. Avec la nouvelle méthode nous avons trouvé que les asphaltènes et résines diminuent l'adhésion des bactéries. Ce résultat va à l'encontre de nos prédictions des énergies d'interactions entre les bactéries et les hydrocarbures. Les prédictions ont étés basés sur la théorie des colloïdes « extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek » (XDLVO), et calculés à partir de propriétés physico-chimiques que nous avons déterminées pour les bactéries et les gouttelettes d'hydrocarbure. Nous traitons de la possibilité que la diminution de l'adhésion bactérienne aux hydrocarbures contenant des asphaltènes et résines soit due aux interactions stériques.

The main focus of the study was on three ionophoric antibiotics, monensin salinomycin and narasin. These three pharmaceuticals were evaluated both in vivo and in vitro setups to understand their fate and behavior in a constructed wetland (CW) environment. The laboratory studies determined the sorption, degradation and photodegradation potential in context of a wetland setup and, the field-scale CW experiments appraised the pharmaceutical removal potential under three flow configurations: free water surface (FWS), horizontal subsurface flow (HSSF) and vertical flow (VF) systems. FWS and HSSF systems were evaluated with two texturally different soils while the vertical system employed sphagnum peat moss. The laboratory sorption study was conducted on both soils at three pH levels, namely 4.5, 6.8, and 8.5. At pH 6.8, it was found that the sandy clay loam soil had higher Kd values for all three antibiotics as compared to the sandy soil. Narasin showed the highest Kd and Koc, whereas the lowest were observed for monensin. The sorption of all compounds had an inverse relationship with pH. In the biodegradation study on both soils, three concentrations of each compound, 100, 500, and 1000 μg kg-1, were used. First order degradation was observed for all three pharmaceuticals, with half-lives ranging from 6 to 8 days in both soils. The photodegradation study was carried out at three concentrations of each pharmaceutical on sterilized milli-Q water, sterilized milli-Q water with nitrate-N, and sterilized wetland water. Photodegradation was observed only for the wetland water; it also followed first-order decay with a half-life of 55, 40, and 37 days for monensin, salinomycin, and narasin, respectively. The first CW study determined the removal efficiency of two FWS wetland systems, one with sandy clay loam soil and the other with sandy soil, and a VF system with sphagnum peat moss for monensin, salinomycin and narasin. The results showed a significantly higher removal (P< 0.01) of all three antibiotics in FWS system using the sandy soil as compared to the CW on the sandy clay loam soil substrate. The ability to infiltrate to greater depths of the soil profile is likely to provide greater opportunity for soil-to-solute interactions, resulting in higher attenuation mainly through sorption in the sandy soil. However compared to the FWS systems, significantly enhanced removal (P < 0.0001) was observed in VF system using peat. Monensin and narasin were found to be the most and the least mobile in all three systems. The second field study assessed the removal potential of the sandy soil in a field scale horizontal subsurface flow (HSSF) treatment wetland for the three antibiotics. Compared to the FWS treatment, the HSSF treatment significantly (P < 0.001) removed greater monensin (40% vs 32%), salinomycin (49% vs 34%) and narasin (49% vs 38%). Based on temperature, oxidation-reduction potential and dissolved oxygen measurements, significant contribution of microbial degradation could not be confirmed.In another study, N-removing bacterial strains were isolated from an antibiotic exposed wetland. The strains were identified using nucleotide sequence analysis of the 16S rRNA gene; the isolates were assessed for their ability to withstand these pharmaceuticals. A Bacillus subtilis strain BRAZ2B was found to thrive in the drug-exposed wetland environment. / Des méthodes à la fois in vivo et in vitro servirent à élucider le devenir et le comportement de trois antibiotiques ionophores (monensin, salinomycine and narasine) dans l'environnement d'un marais artificiel (MA). Des études in vitro en laboratoire établirent le potentiel de sorption et de décomposition de ces composés dans un loam sablo-argileux et un sol sableux, ainsi que celui de photodégradation dans l'eau de marécage. Des études avec MA à l'échelle préindustrielle déterminèrent le potential d'élimination de ces trois produits pharmaceutiques sous trois types d'écoulement: en surface libre (FWS), souterrain horizontal (HSSF) et en circulation verticale (VF). Le système FWS fut évalué avec les deux types de sols, tandis que le système HSSF ne fut évalué que pour le sol sablonneux. Le système de circulation en vertical utilisa de la tourbe mousseuse de sphaignes. In vitro le niveau de sorption des composés présenta une relation inverse au pH pour des valeurs de 4.5, 6.8, and 8.5. À un pH de 6.8, les valeurs de Kd pour tous les composés furent plus élevés pour le loam sablo-argileux que pour le sol sableux. La narasine montra les valeurs les plus élevées de Kd and Koc, tandis que le monensin montra les moins élevées. Trois concentrations (100, 500, et 1000 μg kg-1) de chaque composé, appliqués sur chacun des deux sols, présentèrent tous une cinétique de dégradation de premier ordre, avec des demi-vie d'élimination de 6 à 8 jours. Le potential de photodégradation des trois composés fut évalué dans de l'eau de marécage pré-stérilisé, de l'eau distillé (milli-Q) et de l'eau distillé dopé de nitrates. La photodégradation n'eut lieu que dans l'eau de marécage, où elle suivit une cinétique de dégradation de premier ordre, avec des demi-vies d'élimination de 55, 40, et 37 jours, respectivement, pour le monensin, la salinomycine, and la narasine. Dans une première étude, on évalua l'éfficacité d'élimination de ces composés par les deux systèmes FWS — un avec loam sablo-argileux et un avec sol sableux — et un système VF avec tourbe mousseuse de sphaignes. Le système FWS avec sol sableux comme substrat élimina significativement plus les trois antibiotiques (P< 0.01) que celui avec un loam sablo-argileux. La capacité des composés dissouts de pénétrer le profil sableux permit probablement des conditions plus favorables aux interactions sol-soluté. Ceci aurait ensuite permis une plus ample atténuation, principalement par sorption au sol sablonneux. Le rôle de la biodégradation, particulièrement dans le loam sablo-argileux, fut aussi noté. Cependant, comparé aux systèmes FWS, le système VF avec tourbe permit une élimination significativement plus élevée (P < 0.0001). Dans les trois systèmes, le monensin et la narasine s'avérèrent les composés le plus et le moins mobile, respectivement. Dans une seconde étude on évalua le potentiel d'élimination des trois antibiotiques grâce à un système HSSF pleine échelle avec sol sablonneux. Comparé au système FWS comportant le même substrat, le système HSSF élimina significativement (P < 0.01) plus de monensin (40% vs. 32%), salinomycine (49% vs. 34%) et narasine (49% vs. 38%). Un suivi de la température, du potentiel d'oxydo-réduction et de l'oxygène dissout, ne permirent pas de confirmer une contribution significative de la dégradation microbienne.En une dernière étude, des souches bactériennes compétentes à l'élimination de l'azote furent isolées d'un marécage exposé à des antibiotiques. Ces souches furent identifiées par détermination de la séquence nucléotidique d'ARNr 16s, et leur capacité de résister à ces composés pharmaceutiques fut évaluée. Une souche de Bacillus subtilis (BRAZ2B) s'avéra capable de se développer vigoureusement dans l'environnement du marécage exposé à ces composés.

Novel experimental systems and approaches were applied to study and analyze the conversion of selected organics in supercritical water (SCW). High-pressure methanol-air flames were generated in a new and original Visual Flame Cell (VFC) designed and constructed using common commercially-available components. Original SCW flame images, collected using a near-Infrared (NIR) camera, were used to analyze flame ignition, flame characteristics, and flame extinction. New data were also obtained on soot formation and generation of nitrogen oxides (NOx) during the combustion of naphthalene in SCW. The micro-scale hydrothermal diamond anvil cell (DAC) and Raman microscopy were combined in a novel approach for the in-situ monitoring and analysis of SCW processes involving naphthalene and decachlorobiphenyl (10-CB). A NIR (785nm) Raman excitation source (laser) provided the needed middle ground between a strong fluorescence background from organic species irradiated by lasers in the visible range and the water peak interference experienced with infrared (IR) sources. Data collected with the DAC-Raman system were used to identify phase and chemical changes in the SCW-organic system. Original results indicating the degradation of 10-CB in the presence of methanol were obtained. Tubular batch reactors (TBRs) were used to reproduce the DAC-Raman experiments with 10-CB under practical pressures and precise concentrations for obtaining larger reaction product volumes for quantitative analyses. New results showed that the presence of 25% methanol by volume leads to over 56% reduction in oxygen demand for total conversion of 10-CB in faster, cleaner, less corrosive, and lower temperature conditions. This work is an integration of information from three separate experimental systems for practical understanding of SCW as a potential tool for environmental remediation. / Des nouveaux approches et systèmes expérimentaux ont été appliqués pour étudier et analyser la conversion de certains produits organiques choisis dans l'eau supercritique (SCW). Des flammes à haute pression d'air-méthanol ont été produites dans une cellule originale à flamme visible (VFC) construite pour la première fois par des composants disponibles sur le marché. Des images originales de flamme dans l'eau supercritique SCW, prises par un appareil-photo (NIR) à proche-Infrarouge, ont été utilisées pour analyser l'allumage, les caractéristiques, et l'extinction de la flamme. Des nouvelles données ont été également rapportées sur la formation de suie à partir de la combustion du naphtalène et la génération des oxydes d'azote (NOx) dans l'eau SCW. La cellule hydrothermique d'enclume de diamant à micro-échelle (DAC) et la microscopie Raman ont été combinées dans une nouvelle approche pour l'observation in-situ et l'analyse des processus de SCW du naphtalène et du decachlorobiphenyl (10-CB). Une source d'excitation Raman (laser) de NIR (785nm) a fourni une position de compromis adéquate dans les spectres Raman obtenus entre la forte fluorescence des matières organiques lorsqu'elles sont irradiées par rayonnements laser visible et l'interférence de la bande large d'eau avec les rayonnements infrarouge. La donnée obtenue à partir du système DAC-Raman a été utilisée pour identifier la phase et les changements chimiques dans le système organique-SCW. Des résultats originaux indiquant la dégradation de 10-CB en présence de méthanol ont été obtenus. Des réacteurs tubulaires en lots (TBRs) ont été utilisés pour reproduire des expériences DAC-Raman sur la 10-CB sous des pressions pratiques et avec des concentrations précises pour obtenir des quantités suffisantes aux analyses quantitatives. Des nouveaux résultats ont montrés que la présence de 25% en méthanol par volume permet la réduction de plus de 56% en oxyg

An annular photo-reactor was designed to investigate precursors and mechanisms thought to promote the fouling of ultra-violet lamps in wastewater disinfection systems. Parameters investigated included temperature of the fouling surface (quartz sleeve) and average fluence applied to the wastewater under irradiation. The reactor was designed to independently control and monitor variations of these parameters. For experimentation, these parameters were manipulated individually and in various combinations to be able to separate those factor(s) that could affect the fouling potential of the system. / The compact and mobile unit utilized a standard low-pressure mercury UV lamp surrounded by two concentric sleeves. The annulus immediately surrounding the lamp was used to control temperature (10--50°C) and fluence (10--100 mJ/cm2 using a chemical transmission filter) emitted by the lamp. The outer annulus was used for the passage and irradiation of wastewater flowing at 10--12 L/min (Re ≅ 1,000). A quartz sleeve separated these annuli. / Hydraulic and heat transfer properties of the unit were fully characterized, and the stability of system operations was confirmed. Optimal lamp UV output approached 3 mW/cm2 and maximum skin temperatures were 45°C. A cupric sulfate solution (0--2 g/L) in distilled water was determined to be the most stable transmission filter. Application of temperature and fluence control revealed that both parameters influenced the disinfection potential of the unit (achieving 1--4 log reduction of fecal coliforms). Collimated beam tests and Point Source Summation computations were used to model fluence distributions within the reactor.

Biosolids being recycled to the land for agriculture is not only cost-effective for municipalities but it is also beneficial to the environment. To protect public and environmental health, however, land application of biosolids is regulated for concentrations of pathogens and chemical contaminants, and for production of odours. Electro-dewatering (ED) of residual biosolids from wastewater treatment is a newly commercialized technology which can produce a drier biosolids cake compared to other advanced dewatering technologies. Additionally, it has been demonstrated that ED inactivates pathogen indicators below the detection limit and reduces the regrowth potential. In the current study, using olfactometry and headspace gas chromatography - mass spectrometry (GC/MS), reduced production of odours during storage of dewatered biosolids was documented, and possible mechanisms leading to this reduction were examined.The study compared centrifuged secondary biosolids as the untreated sample control with the same biosolids that had been either electro-dewatered for 10 min or simply heat-treated for 10 min as a secondary control. These samples were incubated at room temperature under anaerobic conditions. Qualitative analysis of the head space by a trained olfactometric panel showed that ED biosolids possessed lower perceived odour concentrations when characterized by detection threshold and recognition threshold compared to the untreated and the heat-treated biosolids (detection thresholds were 13,000 for ED biosolids, 25,000 for untreated biosolids, and 18,000 for heat-treated biosolids). Quantitative analysis by GC/MS of reduced sulphur compounds (methanethiol, dimethyl sulphide and dimethyl disulphide) showed relatively high concentrations for the untreated and heat treated samples, but these compounds remained below the detection limit (78 ppmv for methanethiol, 59 ppmv for dimethyl sulphide and 8 ppmv for dimethyl disulphide) for the ED samples during 14 days of anaerobic incubation. To investigate the reason for the lower odour production by ED biosolids, several factors were examined: (1) the lower pH of the electro-dewatered biosolids (pH 4.5-4.8 vs. pH 6.8-7.5 for the untreated and heat-treated biosolids), (2) the removal of odour precursors by ED, (3) the production of inhibitory compounds during ED. The low pH hypothesis was tested by increasing the pH of the ED biosolids to the level found in the untreated biosolids before anaerobic incubation. Increasing the pH of ED biosolids led to an increase in methanethiol generation. This suggests that lowering the pH of biosolids is one of the main factors causing the abatement of odour production by ED. The removal of odour precursor hypothesis was tested by adding back the filtrate extracted by ED. As the filtrate had a very high pH of 12.8, which also changed the pH of the ED biosolids, the filtrate pH was manipulated such that the pH of the resulting biosolids would be either ~4.5 or ~7. As in the pH-specific experiments, methanethiol emissions were not detected for all samples with a low pH, whereas methanethiol emissions from the high pH samples were increased in the ED biosolids with added filtrate. These methanethiol emissions were above those of the untreated, ED biosolids without filtrate and the heat-treated biosolids. These final results indicate that the dominant factor responsible for reduced odours in ED biosolids is the low pH, but that the removal of precursors may also contribute to lowering odour production. Once these factors were taken into account, there was no clear evidence that ED produced inhibitory compounds. Finally, these experiments confirmed that bacterial pathogen indicators did not regrow under the conditions tested. Therefore, it can be concluded that, under the conditions tested, ED achieved irreversible inactivation of pathogen indicator organisms and reduced odour production by lowering the pH. / L'électro-déshydratation (ED) des biosolides résiduels découlant du traitement des eaux usées est une technologie nouvellement commercialisée qui peut produire des biosolides plus secs que d'autres technologies de déshydratation avancées. Dans l'étude présentée dans ce mémoire, la réduction de la production d'odeurs durant l'entreposage des biosolides déshydratés a été documentée et les mécanismes possibles conduisant à cette réduction ont été examinés en utilisant l'olfactométrie et la spectrométrie de masse (GC/MS) en phase gazeuse de l'espace de tête. L'étude a comparé des biosolides secondaires centrifugés en tant que contrôle (échantillons non traité) avec les mêmes biosolides qui avaient été soit électro-déshydratées pendant 10 min, soit simplement traité à la chaleur pendant 10 min comme un contrôle secondaire. L'analyse qualitative de l'espace gazeux au-dessus des échantillons par un panel olfactométrique a montré que les biosolides électro-déshydratés produisaient des concentrations perçus d'odeurs inférieure selon les seuils de détection et de reconnaissance des odeurs par rapport aux échantillons non traités ou traités à la chaleur (seuils de détection étaient 13 000 pour les biosolides électro-déshydratés, 25 000 pour les biosolides non traités, et 18 000 pour les biosolides traités à la chaleur). L'analyse de GC/MS des composés soufrés réduits (méthanethiol, sulfure de diméthyle et le disulfure de diméthyle) a montré des concentrations relativement élevées pour les échantillons non traités et traités à la chaleur, mais ces composés sont restés sous la limite de détection pour les échantillons électro-déshydratés et incubés en anaérobie pendant 14 jours.Pour determiner la cause de la réduction de la production d'odeur par les biosolides électro-déshydratés, plusieurs hypothèses ont été émises: (1) le pH inférieur des biosolides électro-déshydratée (pH 4,5-4,8 vs pH 6.8 à 7.5 pour les biosolides non-traités et traités thermiquement), (2) l'élimination des précurseurs d'odeur par le processus d'électro-déshydratation, (3) la production de composés inhibiteurs au cours de l'électro-déshydratation. L'hypothèse d'un pH faible a été testée en augmentant le pH des biosolides électro-déshydratées au niveau des biosolides non traitées avant l'incubation anaérobie. L'augmentation du pH des boues électro-déshydratées a conduit à une augmentation de la production méthanethiol. Ceci suggère que l'abaissement du pH des boues est l'un des principaux facteurs responsables de la réduction de la production d'odeur par électro- déshydratation. L'hypothèse de la suppression du précurseur d'odeur a été testée en rajoutant le filtrat extrait par l'électro-déshydratation. Comme le filtrat présente un pH très élevé (12.8), le filtrat pH a été manipulé de telle sorte que le pH des biosolides résultant serait soit de ~ 4.5 ou de ~ 7. Comme dans les expériences spécifiques au pH, les émissions de méthanethiol n'ont pas été détectées pour les échantillons dont le pH était bas, alors que les émissions méthanethiol à partir des échantillons à pH élevé ont augmentés dans les biosolides électro-déshydratées avec filtrat ajoutée. Ces émissions de méthanethiol étaient supérieures à ceux des biosolides électro-déshydratées sans filtrat, des biosolids non traités et des biosolides traités à la chaleur. Ces derniers résultats indiquent que le facteur dominant responsable de la réduction des odeurs dans les biosolides électro-déshydratées est le faible pH, mais que l'élimination des précurseurs peut également contribuer à réduire la production d'odeurs. Une fois que ces facteurs eurent été pris en compte, il n'y avait pas de preuve claire que l'électro-déshydratation produit des composés inhibiteurs. Par conséquent, on peut conclure que, dans les conditions testées, l'électro-déshydratation atteint une inactivation irréversible d'organisme indicateur d'agent pathogène et a réduit la production d'odeur par abaissement du pH.

The treatment and disposal of waste biosolids from activated sludge wastewater treatment plants can contribute a large portion of the total operation costs. Many technologies are being explored to address this issue, and ozonation of return activated sludge (RAS) has been shown to economically reduce waste biosolids production in Europe. However, as European winter temperatures rarely fall below 12 °C, little research has been done on biosolids reduction by ozonation at cold temperatures like during Canadian winters. A previously performed global sensitivity of a model describing ozone transformations suggested that, below 12 °C, the nitrification and other processes in a treatment plant could be less stable in the plant with RAS ozonation than without. Thus, the objective of this research was to experimentally determine the behaviour at cold temperatures of RAS ozonation for the reduction of biosolids production, and the effects of the process on treatment performances. Four 2-L sequencing batch reactors (SBRs) were designed and built, and the operation was optimized. The SBRs were fed a synthetic municipal wastewater, and operated at 0.5-day hydraulic retention times (HRTs) and 15-day solids retention times (SRTs). One SBR pair was maintained at 8 °C while the other pair was kept at room temperature (~20 °C). Within each pair, one reactor was operated as a non-ozonated control, while a portion of the suspended solids of the other was periodically ozonated such as to reach a biosolids reduction target of 40%. Analyses of chemical oxygen demand (COD), suspended solids, and ammonium concentrations were performed and tracked over a 6-month period. It was found that after an initial adaptation phase, biosolids inventory in the ozonated reactor remained similar to the control and maintained an acceptable COD conversion at both temperatures. The ammonium removal in the cold ozonated reactor did not recover once ozonation began, as it did in the warm reactor, and full nitrification was lost in both cold reactors when the nitrogen concentration was increased. A preliminary computer model of the cold SBRs was developed. The calibrated model satisfactorily predicted the solids inventory and effluent soluble COD. Therefore, while biosolids and COD conversion with ozonation can be maintained at a temperature of 8 °C, reactor nitrification performance was found to be unstable so far at that temperature, but further research is needed to fully understand this unexpected result. / Le traitement et l'élimination des biosolides produits aux usines d'épuration par boues activées peuvent contribuer à une grande partie des frais de fonctionnement. À travers le monde, de nombreuses technologies sont examinées pour résoudre ce problème. En Europe, l'ozonation des boues activées recirculées (return activated sludge [RAS] en anglais) peut réduire économiquement la production de biosolides. Cependant, les températures hivernales d'Europe tombent rarement en dessous de 12 °C, donc peu de recherches ont exploré la réduction des biosolides par ozonation à des températures froides, comme celles des hivers canadiens. Une analyse de sensibilité globale réalisée précédemment sur un modèle décrivant les transformations de l'ozone a suggéré qu'en dessous de 12 °C la nitrification et d'autres processus d'une usine d'épuration pourraient être moins stable si un système d'ozonation des RAS est installé. Ainsi, l'objectif de cette recherche était de déterminer expérimentalement le comportement à des températures froides de l'ozonation des RAS sur la réduction de production de biosolides, ainsi que l'effet de ce processus sur les performances du traitement biologique. Quatre réacteurs biologiques séquentiels (RBS) de 2 L ont été conçus et construits, et l'opération a été optimisée. Les RBS ont été alimenté par de l'eau usée municipale synthétique. Ils étaient opérés avec un temps de rétention hydraulique de 0,5 jour et un temps de rétention des solides de 15 jours. Une des paires de RBS fut maintenue à 8 °C tandis que l'autre paire fut opérée à température ambiante (~20 °C). Dans chaque paire, un des réacteurs était le réacteur contrôle (c'est-à-dire non traité à l'ozone), tandis qu'une partie des matières en suspension (MES) de l'autre réacteur était périodiquement exposée à l'ozone pour atteindre un objectif de réduction de la production de biosolides de 40%. Les analyses de la demande chimique en oxygène (DCO), des matières en suspension et des concentrations d'ammonium ont été effectuées et suivies sur une période de 6 mois. Après la phase initiale d'adaptation, l'inventaire des biosolides dans le réacteur ozoné était comparable à celui du réacteur contrôle. De plus, l'enlèvement de la DCO fut maintenue à des niveaux acceptables aux deux températures d'opération pour tous les réacteurs. Une fois que l'ozonation a commencé, l'enlèvement de l'ammonium dans le réacteur ozoné à température froide ne s'est pas rétabli à un niveau similaire à celui avant l'ozonation malgré que le réacteur à température ambiante ait bien réussi le rétablissement. Cependant, la nitrification complète a été perdue dans les deux réacteurs à température froide lorsque la concentration d'azote a augmenté. Un modèle informatique préliminaire des RBS à température froide a été calibré. Le modèle calibré a pu prédire la quantité de matières solides et la concentration de DCO soluble dans l'effluent, avec une marge d'erreur acceptable. Par conséquent, tandis que l'inventaire des biosolides et la conversion de DCO avec l'ozonation peuvent être maintenus à une température de 8 °C, les performances de nitrification du réacteur étaient instables à cette température. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement ce résultat inattendu.

The presence of metal ions, especially heavy metals, in various waters at elevated levels can pose a high risk to the environment and human health. Drinking water is one of the major sources that contributes to the daily intake of heavy metals by humans, and thus a rapid, low-cost and sensitive method for detection of heavy metal content in water is desirable. The goals of this study are to develop a chemical method for rapid testing of lead (PbII) ion in water solutions and to incorporate the method into a portable device for potential onsite applications. First, a rapid and sensitive colorimetric method for lead detection has been developed in this study by utilizing the unique optical properties and surface chemistry of gold nanoparticles (GNPs) and glutathione (GSH), which is a peptide used for lead recognition. In the reaction, GSH molecules serve as linkers to coordinate with both PbII and GNPs so as to aggregate the GNPs and thereby change the colour of the assay solution. The colour changes as measured by absorbance at selected wavelengths using UV-Vis spectrometry are proportional to the levels of PbII in aqueous samples, and thus quantification of PbII can be realized. As the reaction is based on label-free GNPs, no pre-modification is required. The limit of detection (LOD) of 6.0 ppb achieved by the method is lower than the maximum acceptable PbII concentrations (10 -15 ppb) in drinking water, indicating its high sensitivity and potential applicability in drinking water testing. The high selectivity for PbII against 10 metal ions has been demonstrated, and several masking agents were evaluated for their effectiveness in reducing potential inferences for an additional four metals. Second, a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic chip was fabricated and coupled with a portable optical reader specifically designed for GNP probes. This device was first tested for detection of aluminum (AlIII) as a model compound by GNP probes to examine the compatibility of the microfluidic chip with the GNP probes and the sensitivity to the corresponding colour changes of the GNPs. It showed an LOD (1.2 ppm) comparable with that of UV-Vis Spectrometry (1.3 ppm) and operations were simple since only pipetting was required. The prominent feature of the device is that PDMS microfluidic chips are disposable and can be redesigned for other assays as well, such that the label-free GNP probes developed in this study for PbII detection can be possibly integrated in those microfluidic chips in the near future. The use of LED array light sources with controllable wavelengths is another feature to enable multi-analyte capability, which could be examined in the near future. / La présence d'ions métalliques en particulier les métaux lourds dans différents types d'eau à des niveaux élevés peut présenter un risque important pour l'environnement et la santé humaine. L'eau potable est l'une des principales sources qui contribuent à l'apport quotidien en métaux lourds chez l'humain, et donc une méthode rapide, peu coûteuse et sensible à la détection des métaux lourds dans l'eau est en grande demande. Les objectifs de cette étude est de développer une méthode chimique pour un dépistage rapide d'ion de plomb (PbII) en phase aqueuse et d'intégrer la méthode dans un dispositif portable à des fins d'applications potentielles sur place. Premièrement, une méthode colorimétrique rapide et sensible à la détection de plomb a été développée dans cette étude en utilisant les propriétés optiques uniques et la chimie de surface des nanoparticules d'or (GNPs) et le glutathion (GSH), qui est un peptide utilisé pour la reconnaissance de plomb. En réaction, les molécules de GSH servent de relieurs à fin de coordonner avec le PbII ainsi que le GNPs de manière à regrouper les sondes GNPs et ainsi changer la couleur du dosage. Les changements de couleur mesurée par absorption à des longueurs d'onde sélectionnées en utilisant la spectrométrie d'UV-Vis sont proportionnels au niveau du PbII dans des échantillons aqueux, permettant ainsi la quantification de PbII. Comme la réaction est basée sur l'utilisation des GNPs non-libellés, pas de pré-modification est requise. La limite de détection (LOD) de 6,0 ppb réalisée par la méthode est inférieure aux concentrations maximales de PbII acceptable (10 à 15 ppb) dans l'eau potable, ce qui indique sa haute sensibilité et applicabilité potentielle en analyse d'eau potable. Une haute sélectivité pour le PbII contre 10 ions métalliques a été démontrée, et plusieurs agents masquant ont été évalués pour leur efficacité dans la réduction des interférences potentielles pour quatre autres métaux. Deuxièmement, une puce microfluidique en polydiméthylsiloxane (PDMS) a été fabriqué et couplé à un lecteur optique portable spécialement conçu pour les sondes de GNPs. Cet appareil a été d'abord testé pour la détection de l'aluminium (AlIII) comme composé modèle, par des sondes de GNPs à fin d'examiner la compatibilité de la puce microfluidique avec les sondes de GNPs et la sensibilité aux changements de couleur correspondante du GNPs. Elle a démontré une LOD comparable (1,2 ppm) à celui de la spectrométrie UV-Vis (1,3 ppm) et les opérations étaient simples puisque seulement le pipetage était nécessaire. L'aspect remarquable du dispositif est que les puces microfluidiques de PDMS sont jetables et peuvent être reformulées pour d'autres dosages ainsi, de sorte que les sondes de GNPs non-libellées développées dans cette étude pour la détection de PbII peuvent être éventuellement intégrés dans des études futures. L'utilisation des sources de lumière à faisceau LED aux longueurs d'onde contrôlables est une autre caractéristique permettant une capacité multi-analyte, qui pourrait être examinée dans un proche avenir.

An extensive literature survey concerning C$ sb1$ and C$ sb2$ chlorinated aliphatic hydrocarbon (CAH) biodegradation is presented and membrane bioreactor (MBR) technology is exercised towards PCE bioremediation. A 108-day run was conducted utilizing a pilot-scale 20 L MBR comprising a methanol-fed mixed-methanogenic culture operating at a constant 1-day HRT and 36-day SRT. The MBR exhibited long-term (four months) PCE degradation activity at biomass concentrations of 0.61 to 1.45 g protein/L and contaminant loadings of 100 to 400 $ mu$mol PCE/L. The bacteria showed quick acclimation and improved PCE degradation with long-term PCE exposure. The maximum specific TCE formation rates were 50 to 80 $ mu$mol TCE produced/g protein day. In spite of a rapid permeate flux decline at the beginning of the run, the flux stabilized at a satisfactory level. A number suggestions to further enhance CAH biodegradation and issues concerning membrane fouling are described.

The biological process of nitrification is currently the most economical and commonly employed means of removing ammonia from wastewater. Although nitrification is cost-effective and has been used in many treatment facilities in North America, the temperature sensitivity of suspended growth nitrifying bacteria is of considerable concern when designing wastewater treatment facilities in many North American cities. Notwithstanding the limited ability of suspended growth treatment systems to achieve nitrification at low temperature, there is evidence that attached growth nitrification processes have the potential to consistently achieve ammonia removal at low temperatures. The objective of this dissertation is to investigate the effect of prolonged exposure to cold temperatures on the kinetics of attached growth nitrification in wastewater treatment facilities as well as the subsequent consequences on the nitrifying bacterial community. Methodological techniques to characterize the weight, nitrogen content and volume of the biofilm along with the volume of nitrifying biomass were developed that minimize loss of mass and manipulation of the biofilm samples. Subsequently, laboratory experiments were performed on attached growth nitrifiers at 4°C. In addition, field experiments were conducted on attached growth laboratory-scale and pilot-scale treatment systems at 4°C. The laboratory experiments demonstrated significant rates of attached growth nitrification at 4°C for the approximate span of a cold climate, North American winter. Specifically, significant nitrification rates were confirmed after 115 days at 4°C. A pronounced kinetic reduction of the rate of nitrificati / À présent, le processus biologique de nitrification est le moyen le plus économique d'enlever l'ammoniaque des eaux usées. Bien que cette méthode soit utilisée dans des installations de traitement à travers l'Amérique du Nord, la sensibilité des bactéries à la température est problématique pour la conception de certaines nouvelles installations. Même si les bactéries ont une plus faible capacité de nitrification à basse température, la recherche suggère que cette méthode pourrait enlever l'ammoniaque systématiquement même à basse température. L'objectif de cette thèse était d'investiguer l'effet d'une exposition prolongée à de basses températures sur la cinétique de nitrification de bactéries fixées dans une installation de traitement, ainsi que les effets subséquents sur la communauté de bactéries. Des techniques méthodologiques pour caractériser le poids, la teneur en azote, le volume de biofilm ainsi que le volume de bactéries nitrifiantes ont été développées qui minimisent la perte de masse et la manipulation des prélèvements de biofilm. Ensuite, des expériences ont été effectuées avec une biomasse nitrifiante fixée à 4°C. De plus, des expériences de terrain ont été accomplies avec des bactéries fixées à 4°C avec des unités pilote et de laboratoire. Les expériences ont démontré des taux significatifs de croissance des bactéries fixées et de nitrification à 4°C pendant une durée correspondant à un hiver froid nord-américain. En particulier, des taux significatifs de nitrification ont été confirmés après 115 jours à 4°C. Le taux a baissé immédiatement après la période d'acclimatation et après

Clofibric acid, a pharmaceutical, and MCPP and MCPA, two herbicides, are structurally similar compounds. They are classified as chlorophenoxy acids and are found as organic contaminants in the aquatic environment. Their presence and fate in the environment has been of great concern. Microorganisms are ubiquitous in the environment and can play an important role in influencing the persistence of these contaminants because of their capacity to degrade them. Comparative biodegradation studies of the three compounds were performed using axenic cultures of bacteria. All microorganisms tested on clofibric acid were incapable of degrading it save for Rhodococcus rhodochrous which, instead of degrading it, transformed clofibric acid into its ethyl ester, ethyl clofibrate. MCPP and MCPA were degraded by Sphingomonas herbicidovorans at approximately the same rate, however, different metabolites were observed depending on the set of conditions used. More specifically, different biomass concentrations used in the experiments altered the emergence pattern of the metabolites seen during the degradation. Despite the fact that Sphingomonas herbicidovorans was capable of degrading MCPP and MCPA within a couple of days, results indicated that it was incapable of degrading clofibric acid under the same conditions. This suggests that the recalcitrance of clofibric acid is due to the additional methyl group adjacent to the ether bond. / L'acide clofibrique, un produit pharmaceutique, le MCPP et le MCPA, deux herbicides, sont des composés similaires en structure. Ils font tous partie du groupe des acides chlorophénoxiques. La présence de ces contaminants organiques et leur sort dans l'environnement aquatique sont maintenant des sujets de préoccupations. Les microorganismes sont omniprésents dans l'environnement et jouent un grand rôle dans la possible dégradation de ces contaminants. La présente étude, portant sur leur biodégradation, a été menée avec des cultures pures. Tous les microorganismes testés furent incapables de dégrader l'acide clofibrique, à l'execption de la bactérie Rhodococcus rhodochrous qui menait à sa transformation en clofibrate, son ester éthylique. Le MCPP et le MCPA furent dégradés par la bactérie Sphingomonas herbicidovorans. Malgré le fait que leur taux de dégradation était similaires, les métabolites observés étaient différents selon le composé et les conditions employés. La concentration de biomasse employée pour débuter les expériences influençait les tendances d'apparition des métabolites. Malgré le fait que Sphingomonas herbicidovorans pouvait dégrader le MCPP et le MCPA en quelques jours, les résultats indiquent que ces bactéries sont incapables de degrader l'acide clofibrique dans les mêmes conditions. Cela suggère que la récalcitrance à la biodégradation de l'acide clofibrique est liée à la présence d'un groupe méthyle supplémentaire adjacent au lien éther.