Uncontrolled discharges of significant volumes of non-aqueous phase liquids such as petroleum fuels and chlorinated solvents have occurred at many sites. Understanding the fate and transport of NAPLs in the subsurface is necessary for assessing the extent and environmental impacts of the contamination, and its remediation. Temperature changes that cause freeze and thawing of soil moisture can result in the alteration of the soil pore structure, which can induce changes in the distribution and morphology of liquid phases present in soil. This study focuses on the effect of freeze-thaw cycles on the volume distribution, morphology and specific surface area of the NAPLs, gasoline and perchloroethylene (PCE) present at residual saturation in porous media. The volume distribution of NAPL blobs in packed sand columns were characterized using a medical X-ray CT scanner. The results show that gasoline blobs were mobilized to a significantly greater extent than PCE blobs. The morphology of the gasoline blobs such as volume, surface area and fractal dimension were also altered more than PCE blobs as a result of freeze and thaw. The extent of mobilization and morphological changes were a function of the freezing rate.

As global water resources decline, reuse of domestic greywater for the irrigation of home gardens is quickly becoming widespread in many parts of the world. However, the sanitary implications of reusing greywater to water edible crops remain uncertain. This study examined the benefits and risks associated with domestic greywater reuse for the purposes of vegetable garden irrigation. Untreated (settled only) and treated (settling and slow sand filtration) greywater collected from a family home was analyzed for basic water quality parameters, over a period of eight weeks. During that time, both greywaters were used to irrigate individually potted plots of lettuce, carrots and peppers in a greenhouse. Tap water was used as control. Upon maturity, plants were harvested and the edible portions tested for fecal coliforms and fecal streptococci, common indicators for the presence of pathogenic microorganisms. Heavy metals were not detected in the greywater, but both fecal coliforms and fecal streptococci were present in high levels, averaging 4 x 105/100mL and 2 x 103/100mL of greywater, respectively. Despite these high counts, no significant difference in contamination levels was observed between crops irrigated with tap water, untreated and treated greywaters. Fecal coliform levels were highest in carrots and fecal streptococcus levels highest on lettuce leaves. However, contamination levels for all crops were low and do not represent a significant health risk. Plant growth and productivity were unaffected by the water quality, owing to the low N, P and K levels of the greywater. These results reinforce the potential of domestic greywater as an alternative irrigation source / Dans le contexte d'un déclin et d'une perte de fiabilité des ressources hydriques du globe, la réutilisation des eaux grises (eaux le lavage) domestiques pour les fins d'irrigation devient une option populaire pour les ménages un peu partout dans le monde. Pourtant, les implications sanitaires d'une telle pratique pour l'irrigation des plantes comestibles ne sont pas encore bien comprises. Cette étude vise à examiner les bénéfices et risques associés à la réutilisation des eaux grises pour arroser les jardins potagers domestiques. Il met son focus sur la possibilité de contamination des légumes par des organismes pathogéniques et les métaux lourdes qui peuvent être présents dans les refuts domestiques. Les eaux grises d'une famille montréalaise ont été collectionnés et analysés pour des paramètres de base, y inclut les pathogènes et les métaux lourds, sur une période de 8 semaines. Pendant ce temps, ces eaux grises ont été utilisés à irriguer des plantations individuels de laitues, carottes, et poivrons rouges dans une serre de recherche. L'eau du robinet a servi comme contrôle. À la maturité, les plantes ont étés cueillis et les portions comestibles testés pour la présence des coliformes et des streptocoques fécaux, deux bactéries normalement utilisés pour indiquer la présence d'organismes pathogéniques. Puisque les métaux lourds n'étaient pas présents dans les eaux grises, ils n'ont pas étés testés dans les légumes. Les résultats ont indiqué un niveau élevé de bactéries indicateurs dans les eaux grises, mais la différence de contamination entre les légumes irrigués avec les eaux de robinet et ceux irrigués ave

Polycyclic aromatic hydrocarbons and many of their derivatives are considered to be ubiquitous environmental pollutants, which often exhibit mutagenic and/or carcinogenic activity. In the atmosphere, photolysis is generally considered to be the dominant degradation pathway for these pollutants. The photochemical behaviours of benzo(a)pyrene, benzo(b)fluoranthene and benzo(k)fluoranthene have been examined in the laboratory. This study was complemented by an analysis of ambient air samples collected in the vicinity of a Horizontal Stud Soderberg aluminum smelter in Beauharnois, Quebec. Benzo(a)pyrene is much more reactive in the presence of light when compared to the fluoranthene compounds. The products were identified as the 1,6-, 3,6- and 6,12-benzo(a)pyrenediones. An analysis of the ambient air samples revealed the prevalence of benzo(b)fluoranthene in the emissions from the aluminum smelter. Its relatively high abundance and resistance to degradation indicates that it will be a suitable indicator to represent total polycyclic aromatic hydrocarbon levels at the smelter. The photochemical behaviour of a series of nitropolycyclic aromatic hydrocarbons has also been investigated. The photoreactivity of these compounds in solution and adsorbed onto a surface has previously been associated with the torsion angle of the nitro group with respect to the aromatic moiety. Initially, through a combination of spectroscopic techniques and semi-empirical calculations, the orientation of the nitro group in each compound was determined. Solution studies were inconclusive in determining the role of the torsion angle of the nitro group in influencing the photochemical degradation. However, when the compounds were adsorbed onto a surface, no relationship could be established between photoreactivity and the orientation. The stability of these compounds was also examined during the sampling process. In an effort to further examine the relationship between th

Earlier work with pure cultures has shown that the interaction of microbes with plasticizers leads to the formation ofmetabolites including 2-ethylhexanol and 2ethylhexanoic acid that resist further degradation. The same studies have shown that these compounds exhibit acute toxicity. This work has shown that the ability of soil micro-organisms to produce these metabolites from the degradation ofplasticizers is a general phenomenon. It was also found that the ability of soil organisms to degrade 2ethylhexanoic acid does not seem to be as common. Taken together, it would be expected that partial de gradation products of plasticizers should be observed in the environment. This was confirmed in a variety of environmental samples including sediments, surface waters, tap water, and fresh precipitation. Thus, even in a complex ecosystem, when plasticizers were degraded, the breakdown is not complete and significant amounts of2-ethylhexanoic acid and 2-ethylhexanol were observed. Since it is already weIl established that plasticizers are ubiquitous in the environment, it is expected that their recalcitrant metabolites will also be ubiquitous. This is a concem because, while the plasticizers do not exhibit acute toxicity, their metabolites do. / Il a été démontré, lors d'études précédentes faites avec des cultures pures, que l'intéraction de microbes avec des plastifiants mène à la formation de certains métabolites résistant à une dégradation ultérieure, incluant le 2-éthylhexanol ainsi que l'acide 2éthylhexanoïque. Ces mêmes études ont aussi démontré que ces composés ont une toxicité aigue. Le présent ouvrage a démontré que l'habileté à produire ces métabolites à partir de la dégradation de plastifiants est un phénomène généralisé chez les microorganismes provenants des sols. Il a aussi été démontré que l 'habileté de ces microorganismes à dégrader l'acide 2-éthylhexanoïque ne semble pas être aussi répandue. À partir de ces observations, il semble que les produits de la dégradation partielle des plastifiants devraient être observables dans l'environnement. Ceci a été confirmé dans un éventail d'échantillons environnementaux incluant des sédiments, des eaux de surface, des eaux potables municipales et des précipitations. Donc même dans un écosystème complexe, lorsque les plastifiants sont dégradés, la décomposition n'est pas complète et des quantités notables d'acide 2-éthylhexanoïque et de 2-éthylhexanol sont observées. Puisqu'il a déjà été établi que les plastifiants sont omniprésents dans l'environnement, il est prévu que leurs métabolites récalcitrants y seront aussi omniprésents. Ceci présente un intérêt majeur puisque ces métabolites, contrairement aux plastifiants, possèdent une toxicité aigue fr

The potential development of antibacterial resistance and endocrine disruption has led to increased research investigating the removal of antibiotics like sulfamethoxazole (SMX) and estrogens like 17alpha-ethinylestradiol (EE2) during biological wastewater treatment (activated sludge). Lab-scale studies have been carried out by researchers using activated sludge samples and bacterial isolates to investigate the biodegradability of these pharmaceutical compounds with varying and sometimes contradictory results. Both SMX and EE2 can react quickly with ozone (O₃) thus the implementation of O₃ as a final disinfection step during wastewater (WW) treatment may also result in the removal and transformation of these pharmaceutical compounds. However, the identification and characteristics of the ozonation by-products formed as a result of this treatment has yet to be fully explored. Ozone has also been predicted to increase WW biodegradability, suggesting its potential as a pre-treatment to activated sludge. The work presented in this thesis proposes an innovative way to evaluate changes in biodegradability and investigate the potential impact of transformation products. The use of controlled mixtures of pure bacterial cultures to model the biodegradation of SMX and EE2 at lab-scale was studied. This approach ensures a consistent microbial population that can be precisely repeated throughout a set of experiments, allowing the direct comparison of results, which is not possible using activated sludge samples due to their variable composition. The results showed that specific individual bacteria (R. equi and R. rhodocrous) were capable of successfully degrading SMX and EE2, however when they were combined with other bacteria to form mixtures there were no additive or synergistic effects observed. Using the controlled bacterial mixtures to model the biodegradation of SMX and EE2 separately, we were able to investigate the effects of the addition of an excess carbon source as well as ozone pre-treatment on the biodegradability of these compounds. The results demonstrated that there were no overall trends of co-metabolism of either compound with the excess carbon source and that slight differences in the bacterial composition of the mixture used (±1 to 2 bacterial strains) can alter the degradation trends observed (i.e. rate of compound removal). In general, ozonation increased the biodegradation of SMX by the bacterial mixtures; however the removal of EE2 was decreased. This was explained by the formation of an ozonation by-product that was preferentially biodegraded over EE2. We also investigated the ozone by-products formed after the complete disappearance of EE2. Two of these by-products were identified as open phenolic ring structures, suggesting a decrease in estrogenic activity. Using the YES assay these by-products were determined to be significantly less estrogenic than EE2, however they were observed to be more toxic to male fetal rats (15.5. days post-conception) demonstrating a greater negative impact on testosterone secretion. This emphasizes that a better understanding of emerging treatments such as ozonation is necessary before applying them in water treatment since the by-products may exhibit a greater toxic effect than the untreated parent compound. / Les risques associés au développement de bactéries résistantes aux antibiotiques et aux effets des perturbateurs endocriniens suscitent un intérêt grandissant envers l'étude de l'élimination des antibiotiques, tel que le sulfaméthoxazole (SMX), et les œstrogènes, tel que le 17alpha-éthinylestradiol (EE2), lors de traitement biologique des eaux usées (boues activées). Des chercheurs ayant utilisés des échantillons de boues activées et des isolats bactériens pour évaluer en laboratoire la biodégradabilité de ces composés pharmaceutiques ont obtenus des résultats variables, voire même contradictoires. Considérant que le SMX et le EE2 réagissent rapidement avec l'ozone (O₃), l'utilisation de l'O₃ comme étape de désinfection des eaux usées de traitement peut également entrainer l'élimination ou la transformation de ces composés pharmaceutiques. Toutefois, l'identification et la caractérisation des sous-produits d'ozonation reste à faire. L'ozone a également le potentiel d'augmenter la biodégradabilité des eaux usées, ce qui suggère son potentiel en tant que pré-traitement aux systèmes à boues activées. Le travail présenté dans cette thèse étudie l'impact potentiel des produits de transformation et propose une approche innovatrice permettant d'évaluer les changements de biodégradabilité du SMX et du EE2 basée sur l'utilisation de mélanges contrôlés de cultures bactériennes pures. Cette approche permet l'utilisation d'une population microbienne qui peut être précisément répétée tout au long d'un ensemble d'expériences, ce qui permet la comparaison directe des résultats. Cette reproductibilité n'est pas possible en utilisant des échantillons de boues activées en raison de leur composition microbiologique variable. Les résultats démontrent que certaines bactéries (R. equi et R. rhodocrous), utilisées individuellement, étaient capables de dégrader le SMX et le EE2. Parcontre, lorsque combinées avec d'autres bactéries, aucun effet additif ou synergique fut observé. En utilisant les cultures mixtes pour évaluer les changements de biodégradabilité du SMX et EE2, étudié séparément, nous avons pu étudier les effets de l'ajout d'une source de carbone en excès ainsi que l'effet d'une pré-ozonation. Les résultats n'ont démontré aucune tendance générale liée au co-métabolisme et indiquent que de légères différences dans la composition bactérienne (± 1 à 2 souches bactériennes) peuvent influencer la dégradation (comme le taux d'élimination des composés). En général, la pré-ozonation a augmenté la biodégradation du SMX mais a diminué celle du EE2. Cette diminution est expliquée par la formation d'un produit de transformation préférentiellement dégradé par les bactéries. Nous avons également étudié la nature et l'impact des produits d'ozonation du EE2. Deux de ces sous-produits ne possédent pas d'anneau phénolique, ce qui suggère une diminution de l'activité estrogénique. En utilisant le test YES ces sous-produits ont démontré une estrogénicité plus faible que celle du EE2. Toutefois, ceux-ci ont démontré une plus haute toxicité sur les testicules de fétus de rats (15.5 jours post-conception) mesurée par une diminution de la sécrétion de testostérone. Ces résultats soulignent l'importance de mieux comprendre le devenir des produits pharmaceutiques au cours de traitement des eaux puisque les produits de transformation peuvent présenter un plus grand effet toxique que les composés parents non traités.

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.

Recent developments in environmental management (EM) in Trinidad and Tobago have produced several umbrella legislation and institutional reforms. Since their enactment in 1995, there are still questions about their efficacy and key issues of these are examined. A multi-variant, cross-comparison approach relates the new and existing EM strategies to recommended guidelines found in the literature and collected from local opinion. Environmental Impact Assessment (EIA) is used in tandem with EM, as it is the main tool of EM in Trinidad and Tobago. A case study of EIA application is used to assess the effectiveness of EIA and EM in Trinidad and Tobago. Recommendations for reform are made based on the analysis and the case study.

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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.

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