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dc.contributor.advisorVicente Álvarez De Manzaneda, María Inmaculada De 
dc.contributor.authorÁlvarez-Manzaneda Salcedo, María Inmaculada
dc.contributor.otherUniversidad de Granada. Programa de Doctorado en Dinámica de los Flujos Biogeoquímicos y sus Aplicacioneses_ES
dc.identifier.citationÁlvarez-Manzaneda Salcedo, María Inmaculada. New insights on the use of magnetic particles for lake restoration: toxicity assessment and evaluation of the viability of recovered phosphorus as a fertilizer. Granada: Universidad de Granada, 2019. []es_ES
dc.description.abstractFirstly, our results from single-species acute and chronic toxicity tests using phytoplankton (Chlorella sp. and Raphidocelis subcapitata), zooplankton (Daphnia magna and Brachionus calyciflorus) and benthic organisms (Chironomus sp.) have shown that using MPs for reducing P concentration in lake water and lake sediment is a risk-less (no toxic effect) and efficient (high P adsorption capacity) tool for lake restoration. This statement is based on the higher values measured in this PhD for the concentration of MPs that caused an effect (EC50) or the death (LC50) in 50% of organims compared to the required MPs concentration. At this point, it is worth to note x that MPs concentration to be added in a real lake restoriation project, can be estimated considering the 53 mg MPs: mg P mass ratio as the adsorption efficiency ratio (de Vicente et al., 2010) and the typical concentration of lake water P concentration in eutrophicated ecosystems. To get a comparison of the toxicity of MPs with other novel P adsorbents (magnetite, Phoslock® and CFH-12®), several toxicity tests were also run. In particular, the acute effects on both the green algae R. subcapitata (growth rate inhibition test) and on D. magna (immobilization) were assessed. To discriminate between chemical and physical effects of adsorbents on D. magna, the immobilization test was run both in direct and in indirect contact (by using a double beaker) with the different P adsorbents. Results evidenced that when organisms were exposed to a direct contact in the D. magna immobilization test, no statistically significant differences were found in the EC50 values among the four studied adsorbents. Additionally, the huge difference between direct and indirect contact experiments suggests that toxicity is mainly physically mediated. Finally, an uptake-depuration test was carried out for assessing the response of D. magna after being in direct contact with adsorbents for 24 h. Fe and La body burdens contents, monitored during 24 h-uptake and 24 h-depuration tests, showed that neither accumulation nor longer term effects of P adsorbents is expected. As a result, the risk for toxicity may, on a case-to-case basis, be acceptable. In order to get a more realistic effect of MPs addition on the whole zooplankton community, microcosm experiments containing lake water and lake sediment from an hypertrophic ecosystem (Honda lake, Almería) were carried out. Results confirmed that MPs adition did not significantly affect zooplankton total abundance, species richness and species diversity. The absence of any effect of MPs on zooplankton was explained because MPs did not significantly alter any of its physico-chemical (e.g. temperature, pH, O2) or biological (e.g. food quantity and quality) drivers. Secondly, we have proved the suitability of using MPs for removing P in treated wastewaters. Therefore, high values of both equilibrium adsorption capacity (q) and P removal efficiency of MPs have been measured when adding MPs to treated wastewaters with lastly discharge in the Fuente de Piedra Ramsar site. Accordingly, MPs addition can be proposed as a reliable countermeasure to reduce the impact of wastewater effluents in this Ramsar site. Even more, and considering both advantages (P removal efficiency, %) and disadvantages (economic price, € L-1) of using MPs, we xi have identified an optimum ratio ≥ 0.16 g MPs mg-1 P when adding MPs to treated wastewaters. In the last Chapter, and based on both nutrient concentrations used in previous studies and the cost-effectiveness of the method in a long-term, we select 0.1 M NH4OH (neutralized with H3PO4) as the best option for desorbing P from P loaded MPs. Actually, P concentration in the selected conditions was so high that it was necessary to dilute the supernatants, making profitable to use recovered P as a fertilizer. Fertirrigation experiments showed marked differences in the germination patterns among the three plants species. The first species in germinating was O. bassilicum but it later experienced a slower tendency and at the end of the experiment the highest percentage of germination was 80%, which corresponded to the control. The germination of the other two species, C. sativus and C. melo, started later (from day 4) and it generally reached values up to 100% at the end of the experiment. Even more, germination in the different treatments experienced notable differences among plants species. While in O. bassilicum, the germination in the Control was also higher than in the other treatments for any time of the experiment; for C. sativus and C. melo, the percentage of germination in all treatments was higher than in Control, evidencing the key role of adding nutrients for the germination of these species. In general, height and growth rate for the three plants species was significantly lower in control than in treatments. Additionally, it is worth to note that no significant differences were found when using commercial fertilizer or recovered P from the P loaded MPs. Similarly, shoot and root biomass as well as P concentration in shoot was significantly lower in control than in treatments while no significant differences when using a commercial fertilizer and recovered P were found. These results suggest that P desorbed from P loaded MPs can be used as a liquid fertilizer. As a result, our results are promising in order to counteract the widespread and coupled problems of the exhaustion of the P reserves and the eutrophication of aquatic ecosystems.es_ES
dc.description.abstractEn primer lugar, los resultados de los tests de toxicidad aguda y crónica con una única especie de fitoplancton (Chlorella sp. y Raphidocelis subcapitata), zooplancton (Daphnia magna y Brachionus calyciflorus) y organismos bénticos (Chironomus sp.) han demostrado que la utilización de MPs para la reducción de la concentración de P presenta una toxicidad reducida sobre los organismos acuáticos. Esta afirmación se basa xiii en que los valores de la concentración de MPs que causa un efecto (EC50) o la muerte (LC50) en el 50% de los organismos es superior a la concentración de MPs estimada para proyectos de restauración. En este punto, es importante tener presente que la concentración de MPs a adicionar se puede estimar considerando la relación 53 mg MP: mg P (de Vicente et al., 2010) así como la concentración típica en ecosistemas eutrofizados. Para obtener una comparación de la toxicidad de las MPs con otros novedosos adsorbentes de P (magnetita, Phoslock® y CFH-12®), también se realizaron varias pruebas de toxicidad. En particular, se evaluaron los efectos agudos tanto sobre R. subcapitata (prueba de inhibición de la tasa de crecimiento) como en D. magna (inmovilización). Para discriminar entre los efectos químicos y físicos de los adsorbentes en D. magna, la prueba de inmovilización se realizó en contacto directo e indirecto (utilizando un doble vaso de precipitados) con los diferentes adsorbentes de P. Los resultados han mostrado claramente el predominio de un efecto físico de los adsorbentes sobre los organismos. Finalmente, se llevó a cabo una prueba de asimilación-depuración para evaluar la respuesta de D. magna después de estar en contacto directo con los adsorbentes durante 24 h. La concentración de Fe y de La en los organismos reflejó la ausencia de acumulación así como de efectos a largo plazo de los adsorbentes de P. Por tanto, podemos concluir que el riesgo de toxicidad puede, según el caso, ser aceptable. Para obtener un efecto más realista de la adición de MPs en toda la comunidad de zooplancton, se llevaron a cabo experimentos de microcosmos que contenían agua y sedimento superficial de un lago hipereutrófico (laguna Honda, Almería). Los resultados confirmaron que la adición de MPs no causa efectos significativos ni en la abundancia total, ni en la riqueza de especies ni en la diversidad de especies del zooplancton. La ausencia de efectos de la adición de MPs sobre la comunidad zooplanctónica puede explicarse por la no alteración ni de los condicionantes físico-químicos (por ejemplo, temperatura, pH, O2) ni biológicos (por ejemplo, cantidad y calidad de alimento). En relación al segundo objetivo de esta Tesis, las MPs han mostrado una elevada eficiencia para retirar P en aguas residuales tratadas. Esta afirmación se basa tanto en la elevada capacidad de adsorción de P en equilibrio (q) así como en la eficiencia de retirada de P por las MPs. Teniendo en cuenta tanto las ventajas (eficiencia de retirada xiv de P) como las desventajas (coste económico) de usar MPs, hemos identificado que la dosis óptima a utilizar es ≥ 0.16 g MPs mg-1 P. En el último Capítulo, y tras la comparación de la concentración de P medida en los extractos al utilizar tres diferentes soluciones básicas (NaOH; KOH y NH4OH), podemos concluir que la mejor opción para desorber P es la utilización de 0.1 M NH4OH (neutralizado con H3PO4). De hecho, la concentración de P en las condiciones seleccionadas fue tan alta que fue necesario diluir los sobrenadantes, lo que optimiza el uso del P recuperado como fertilizante. Finalmente, en los experimentos de fertirrigación con O. bassilicum, C. sativus y C. melo, se observó que la altura y la tasa de crecimiento para las tres especies de plantas fue significativamente menor en el control (sin adición de nutrientes) que en los tratamientos. Más aún, es importante destacar la ausencia de diferencias significativas entre los tratamientos con fertilizante comercial y con P recuperado. De manera similar, la biomasa de las partes aéreas y de las raíces, así como la concentración de P en las partes aéreas fue significativamente más baja en los controles que en los tratamientos, mientras que no se encontraron diferencias significativas entre los tratamientos (fertilizante comercial vs P recuperado). Estos resultados sugieren que el P desorbido desde las MPs puede usarse como fertilizante líquido. Por tanto, las MPs podrían ser porpuestas para contrarrestar la alteración antrópica del ciclo biogeoquímico del P.es_ES
dc.description.sponsorshipTesis Univ. Granada.es_ES
dc.description.sponsorshipProyectos de Excelencia de la Junta de Andalucía P10-RNM-6630.es_ES
dc.description.sponsorshipProyectos nacionales del Ministerio de Economía y Competitividad MINECO CTM 2013-46951-R.es_ES
dc.description.sponsorshipFondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).es_ES
dc.publisherUniversidad de Granadaes_ES
dc.rightsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España*
dc.subjectAgua es_ES
dc.subjectContaminación es_ES
dc.subjectFósforo es_ES
dc.subjectPurificación del aguaes_ES
dc.subjectTratamiento biológico es_ES
dc.titleNew insights on the use of magnetic particles for lake restoration: toxicity assessment and evaluation of the viability of recovered phosphorus as a fertilizeres_ES
europeana.dataProviderUniversidad de Granada. España.es_ES

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