Wastewater treatment plants discharge effluents containing a number of constituents whose concentrations may negatively affect the receiving waters. Current research in mixing and transport between a point source discharge and the ambient environment attempts to reduce these effects through a better understanding of the physical processes involved and development of numerical models to better predict the fate of the effluents under different conditions. This thesis examined the mixing and transport of ammonia discharged from a multiport diffuser of a municipal wastewater treatment plant into the Ottawa River. The river reach was surveyed using an M9 acoustic Doppler current profiler to obtain spatially distributed measurements of depth and velocity. Water samples were collected at and downstream of the diffuser at multiple depths. The samples were analyzed for ammonia concentration and kinetics. The river reach was also simulated in the FLOW-3D model using available turbulence closure schemes. Comparisons were made between measured and modelled results, as well as some empirical and semi-empirical approximations. A combination of measured and modelled results helped describe (quantitatively and qualitatively) the mixing and transport between the discharged effluent and receiving river. Unionized ammonia was tested for regulatory compliance. Both measured and modelled results showed that although the regulatory end-of-pipe discharge concentrations were met, downstream regulations were not met.

Fondement de leur identité marginale, les jeunes itinérants développent fréquemment une relation forte avec l’espace de la rue en tant que lieu de socialisation et de survie. Si de nombreuses recherches s’intéressent à cette appropriation alternative de la géographie urbaine, le cadre unique d’Ottawa-Gatineau pose une question innovante : qu’advient-il lorsque l’espace investi par les jeunes de la rue est divisé par la présence d’une frontière provinciale riche de significations sociales et culturelles? La rivière des Outaouais sépare effectivement les centres-villes d’Ottawa et de Gatineau (lieux de concentration de l’itinérance dans la région) créant ainsi une géographie inégalitaire. Bien qu’elle n’implique pas de restrictions formelles de déplacements, cette limite reste tout à fait significative, car elle sépare deux systèmes de services sociaux, deux économies, mais aussi des populations aux identités, aux langues et aux normes sociales très différentes. Quotidiennement confrontés à la présence de cette frontière entre le Québec et l’Ontario, les jeunes de la rue adaptent leurs vies en fonction des opportunités, des limitations et des paradoxes qu’elle créée. À travers une série d’entrevues avec des jeunes des deux côtés de la rivière, cette recherche a pour objectif d’analyser l’impact de la frontière sur la vie quotidienne de cette population vulnérable. Une attention particulière sera accordée à la perspective des participants dont la vie est directement affectée par la frontière afin de comparer les différentes tactiques d’adaptation à cette géographie unique.

A Portuguese clay (BRN) from the North East city of Bragança was collected and characterized in terms of health treatment and applied towards the preparation of nanocomposites with Polylactide (PLA). The silt-clay fraction of BRN is mainly composed of smectite with less illite, kaolinite and other minerals. The physicochemical properties are applicable for the topical applications and are mainly influenced by smectite. With the hazardous elements present, further bioavailability tests should be conducted. PLA nanocomposites with BRN and Wyoming montmorillonite SWy-2 (MMT) were respectively prepared through the solution casting method with ultrasonic stirring and using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) as the surfactant. The X-ray diffraction patterns show the exfoliated structures in most samples. Thermal gravimetric analysis reveals the increased thermal stability of the nanocomposites. The complexes were also characterized by nitrogen adsorption, infrared analysis and nuclear magnetic resonance for comparing the differences between BRN and MMT.

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La modélisation intégrée du système d’assainissement urbain offre la flexibilité nécessaire pour développer des solutions qui bénéficient le plus au système global, en mettant l'accent sur la quantité et la qualité de l'eau, Les modèles intégrés offrent des avantages par rapport aux modèles traditionnels des sous-systèmes individuels en facilitant l’analyse efficace des interactions entre ces différents systèmes individuels (c.-à-d. les bassins versants, les égouts, les stations d’épuration et les eaux réceptrices) dans une seule plateforme de modélisation. La complexité réduite de ce type de modèle diminue le fardeau de calcul par rapport à leurs homologues détaillés, ce qui permet une plus large gamme d'évaluations telles que l'analyse de scénarios, l'optimisation par contrôle en temps réel et l’analyse d'incertitude par approche Monte Carlo. Le potentiel de créer ces types de modèles intégrés représentatifs a été démontré dans de multiples études, mais les méthodes existantes pour développer ces modèles ne sont pas bien établies ni bien documentées et nécessitent donc un grand effort pour chaque nouveau cas d’étude. De plus, l'absence d'une méthode standardisée pour représenter la partie du modèle qui simule la quantité d'eau limite l'application de ces modèles pour des études de qualité de l'eau. Bien que la recherche soit nécessaire pour développer et optimiser toutes les méthodologies impliquées dans le développement de modèles intégrés de systèmes d'eaux usées urbaines, ce projet se concentre sur les modèles conceptuels simplifiés des bassins versants et des égouts pour la quantité d'eau. L'objectif de cette étude était de développer une procédure structurée pour traduire des modèles hydrologiques et hydrauliques détaillés en modèles conceptuels simplifiés utilisés dans la modélisation du système intégré des eaux usées urbaines. L'objectif était d'améliorer la répétabilité, la flexibilité et l'efficacité de l'approche générale, indépendamment de la plateforme de modélisation choisie. Cette tâche a été réalisée en extrayant les principales étapes et considérations tout en construisant deux modèles conceptuels simplifiés d'une étude de cas au centre d'Ottawa, au Canada. La partie urbaine centrale (6 400 ha) d'un modèle détaillé PCSWMM de la Ville d'Ottawa, contenant une combinaison d'égouts séparés, partiellement séparés et combinés, a été utilisée comme modèle de référence dans cette étude de cas. La tâche principale consistait à déterminer comment traduire ce modèle détaillé en modèle conceptuel simplifié de manière structurée, systématique et répétable en utilisant WEST comme plateforme. La procédure développée suit une séquence similaire à celle des protocoles examinés dans la revue de la littérature, tout en tenant compte des spécificités liées à l'agrégation des bassins versants et des égouts. Les quatre phases principales sont la définition du projet, le développement du modèle, la calibration et la validation. Deux versions du modèle conceptuel ont été créées : le premier a d'abord été créé avec un certain niveau d'agrégation, tandis que le deuxième était plus agrégé que le premier modèle, avec environ la moitié du nombre de bloques et de réservoirs. Les deux modèles ont été calibrés et comparés au modèle détaillé. Les résultats des simulations ont montré que le volume total et la dynamique des débits calculés par les modèles conceptuels ont bien émulé ceux du modèle détaillé (< < 10% de différence), tout en fournissant une réduction significative du temps de calcul (10 à 80 fois). La réduction du temps de simulation pour le modèle le plus agrégé n'était pas équivalente au niveau d'agrégation augmentée, principalement parce qu’il y a une quantité de code qui est présente dans les deux codes et prend donc le même temps de calcul. Comme généralement anticipé, des différences plus grandes, mais acceptables, ont été observées en validation. Ces différences ont été attribuées à plusieurs facteurs, tels que le manque de calibration avec des données sur une période longue, les représentations simplifiées des structures spéciales, les différences entre les mécanismes utilisés dans les modèles détaillés et conceptuels pour représenter le durée de pluie, et la configuration du code de modèle. Dans l'ensemble, la validation a été une réussite étant donné que la calibration a été effectuée à l'aide d'événements de courte durée alors que la validation a utilisé une longue série de données. En général, la procédure conçue a permis de réduire le travail manuel associé à la construction d'un modèle et à bien structurer la façon de construire des modèles conceptuels. Des connaissances pour chacune des différentes phases de modélisation ont également été acquises tout au long du processus du développement des deux modèles. Dans la phase ‹‹ Définition du projet ››, les objectifs du modèle conceptuel ont guidé la méthode de développement et de calibration du modèle. Les bassins versants et les égouts ont été délimités simultanément dans la phase de ‹‹ Développement du modèle ››, tout en tenant compte des emplacements des structures hydrauliques clés, des pluviomètres et des structures de débordement. La phase de ‹‹ Calibration ›› a permis l'avancement le plus systématique étant donné qu'un bon ordre de calibration a été défini et un ensemble limité de paramètres a été ciblé pour chacune des étapes de calibration. La phase de ‹‹ Validation ›› s'est révélée essentielle pour repérer des lacunes dans les hypothèses de base et les valeurs calibrées, afin de déterminer si le modèle est prêt à être utilisé ou doit être modifié. Une procédure efficace et structurée qui traduit les représentations des bassins versants urbains et des égouts de modèles détaillés en modèles intégrés conceptuels a été développée et appliquée avec succès à une étude de cas. Comme démontré dans ce projet, l'application de la procédure structurée mènera au développement efficace de modèles intégrés représentatifs, ce qui augmentera leur utilisation potentielle pour tester des scénarios réalistes. Pour raffiner et améliorer la procédure formulée, il est recommandé de l'appliquer à d’autres études de cas. / Modelling urban wastewater networks within integrated systems, focusing on both water quantity and quality, introduces flexibility to develop solutions with greatest benefit to the overall system. Integrated models provide benefits over traditional single sub-system models by facilitating efficient analysis of interactions between the individual components of urban water systems (i.e. catchments, sewers, treatment plants, and receiving waters) within a single modelling platform. The reduced complexity of this type of model decreases the computational burden compared to their detailed counterparts. This allows for a wider range of assessments such as scenario-testing, RTC optimization, and Monte Carlo uncertainty analyses. The potential to create these types of representative integrated models was proven in multiple studies, however, the current methods to develop these models are not well-established nor well documented, and therefore require significant work for each case study. Furthermore, the lack of a standardized method to represent the water quantity portion limits the wide-scale application of such models for water quality studies. Although research is required to further develop and optimize all methodologies involved with building Integrated Urban Wastewater System (IUWS) models, this project focuses on the simplified catchment and sewer conceptual models for water quantity. The objective of this study was to develop a structured procedure to translate detailed hydrologic and hydraulic models into the simplified conceptual models used in IUWS modelling. The aim was to improve repeatability, flexibility and efficiency of the general approach, regardless of chosen modelling platforms. This task was achieved by extracting the key steps and considerations while building two simplified conceptual models of a case study in central Ottawa, Canada. The central urban portion (6,400 ha) of a calibrated detailed PCSWMM model of the City of Ottawa, containing a mix of separated, partially-separated and combined sewer areas, was used as the reference model in this case study. The main task involved determining how to translate this detailed model into simplified conceptual models, using WEST as the platform, in a structured, systematic and repeatable way. The resultant developed procedure follows a similar sequence as the protocols reviewed in the literature review, while taking into consideration specifics related to aggregating catchments and sewers. The four main phases of this thesis are Project Definition, Model Development, Calibration and Validation. Two versions of the lumped model were created; the first was created with a certain level of aggregation, while the second was a further aggregation of the first model, resulting in about half the number of blocks and reservoirs. Both models were calibrated and compared to the detailed model as well as to each other. The simulation results showed that the volume and dynamics (ie. the shape of the hydrographs) of the conceptual models emulated those of the detailed model well (< < 10% differences), while providing a significant reduction in simulation-time speed-up (10 to 80 times faster than the detailed model). The simulation time reduction in the more aggregated model was not equivalent to the increased level of aggregation, mostly due to the fixed amount of basic calculation required in each model. As generally expected, larger but acceptable differences were found during the validation period compared to the calibration period. These differences were attributed to several factors, such as the lack of a long-time series calibration, oversimplified representations of special structures, the different mechanisms in the detailed and conceptual models used to represent wet weather flow, and the configuration of the model code. Overall, the validation was successful given the fact that the calibration was performed using events whereas the validation used an extended time series of 45 days. In general, the devised procedure helped reduce the manual labour associated with building a model and structured the approach to build the conceptual models. General findings from the various identified phases were also documented throughout the model building process. In the Project Definition phase, the conceptual model’s objectives guided the method of model development and calibration. The catchments and sewers were delineated concurrently in the Model Development phase, while taking into consideration the locations of the key hydraulic structures, raingauges and overflows. The Calibration phase allowed for the most systematic advancement of the model build, given that a good calibration order was defined and a limited set of parameters was targeted in each successive run. The Validation phase proved critical in pinpointing deficiencies in the initial assumptions and calibrated values, thus determining whether the model is ready for use or needs to be modified through one of the preceding phases. An efficient and structured procedure that translates catchment and sewer representations from detailed to conceptual models in IUWS was developed and successfully applied to a case study. As demonstrated in this project, applying the proposed structured procedure will lead to the efficient development of representative IUWS models, thus increasing their potential use to test real-life scenarios. To challenge and improve the formulated procedure, applying it to multiple case studies is recommended.

Biogeochemical carbon dynamics govern the ability of peatlands to storecarbon. The processes controlling the balance between the photosyntheticuptake of C02 and respiration of C02 and CH4 back to the atmosphere remainunclear. A process-based ecosystem biogeochemical study, encompassing tracegas flux measurements, laboratory chemical analyses and field analyses, wasundertaken in order to better understand the carbon dynamics of borealCanadian peatlands.

Nitrogen and sulfur deposition and water table level fluctuations have the potential to influence the C biogeochemistry in peatlands. Processes in peatland mesocosms were examined under steady state and dynamic conditions at different rates of N and S deposition, and water table levels. Net turnover rates were calculated from diffusive-advective mass-balances of pore water constituents. The limitations of the approach were tested with tracer experiments, which showed that diffusive-advective transport adequately described the flow of dissolved substances in peat columns. Incubation experiments quantified potential CO2, CH4, DOC, H2S and Fe 2+ production rates. / The vegetation assimilated most of the deposited nitrogen and sulfate when water table levels were high. Lowered water table levels resulted in seepage of sulfate to the water table, reduced the rates of photosynthesis, and increased the soil respiration rates. The potential for sulfate reduction was fairly large, despite small in situ sulfate concentrations, and the CO2 production could not be fully accounted for by known processes. Potential rates of sulfate reduction were large both in samples taken from the field site and from the controlled experiments. SO42- addition resulted partly in stimulation, partly in reduction of potential CH4 production rates suggesting that the relationship between sulfate reduction and methanogenesis is not exclusively competitive. / Changes of the water table level had in situ effects on CO2 and CH4 production rates not explainable by a distinction in aerobic/anaerobic conditions. Anaerobic in situ rates at greater depths were much lower when the water table was at the surface of the mesocosms than when it was at greater depths. This might have been due to in situ accumulation of CO2 and CH 4 in the deeper peat, which lowers the energy gain of anaerobic C mineralization. Flooding and draining of peat soil resulted in a delayed onset of CH 4 production, in increased anaerobic CO2 production and decreased CH4 production rates, and in the decoupling of gas exchange from production rates. These results document that fluctuations of environmental variables on short time scales have an impact on rates of C turnover in peat soils, and also limit the predictability of fluxes by statistical models.

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