Flocculation in Natural and Engineered Environmental Systems 1st Edition Steven N. Liss

Flocculation in Natural and Engineered Environmental Systems 1st Edition Steven N. Liss
Flocculation in Natural and Engineered Environmental Systems 1st Edition Steven N. Liss
Flocculation in Natural and Engineered Environmental Systems 1st Edition Steven N. Liss

1. Visit https://ebookultra.com to download the full version and
explore more ebooks or textbooks
Flocculation in Natural and Engineered
Environmental Systems 1st Edition Steven N. Liss
_____ Click the link below to download _____
https://ebookultra.com/download/flocculation-in-natural-and-
engineered-environmental-systems-1st-edition-steven-n-liss/
Explore and download more ebooks or textbooks at ebookultra.com

2. Here are some recommended products that we believe you will be
interested in. You can click the link to download.
Genetically Engineered Organisms Assessing Environmental
and Human Health Effects 1st Edition Deborah K. Letourneau
https://ebookultra.com/download/genetically-engineered-organisms-
assessing-environmental-and-human-health-effects-1st-edition-deborah-
k-letourneau/
Natural Language Generation in Interactive Systems 1st
Edition Amanda Stent
https://ebookultra.com/download/natural-language-generation-in-
interactive-systems-1st-edition-amanda-stent/
Environmental Change In India 2007th Edition N. D. Tailor
https://ebookultra.com/download/environmental-change-in-india-2007th-
edition-n-d-tailor/
Natural Language Processing with Python 1st Edition Steven
Bird
https://ebookultra.com/download/natural-language-processing-with-
python-1st-edition-steven-bird/

3. N Heterocyclic Carbenes in Synthesis 1st Edition Nolan
Steven P. (Ed.)
https://ebookultra.com/download/n-heterocyclic-carbenes-in-
synthesis-1st-edition-nolan-steven-p-ed/
Natural Products in Plant Pest Management First Edition N.
K. Dubey
https://ebookultra.com/download/natural-products-in-plant-pest-
management-first-edition-n-k-dubey/
Weed Ecology in Natural and Agricultural Systems First
Edition B D Booth
https://ebookultra.com/download/weed-ecology-in-natural-and-
agricultural-systems-first-edition-b-d-booth/
Environmental economics and natural resource management
4th Edition David A. Anderson
https://ebookultra.com/download/environmental-economics-and-natural-
resource-management-4th-edition-david-a-anderson/
Systems Biology in Toxicology and Environmental Health 1st
Edition Rebecca Fry Ms Phd
https://ebookultra.com/download/systems-biology-in-toxicology-and-
environmental-health-1st-edition-rebecca-fry-ms-phd/

5. Flocculation in Natural and Engineered Environmental
Systems 1st Edition Steven N. Liss Digital Instant
Download
Author(s): Steven N. Liss, Ian G. Droppo, Gary G. Leppard, Timothy G.
Milligan
ISBN(s): 9781566706155, 1566706157
Edition: 1
File Details: PDF, 7.38 MB
Year: 2004
Language: english

6. FLOCCULATION in
NATURAL and ENGINEERED
ENVIRONMENTAL SYSTEMSCopyright 2005 by CRC Press

7. CRC PRESS
Boca Raton London New York Washington, D.C.
FLOCCULATION in
NATURAL and ENGINEERED
ENVIRONMENTAL SYSTEMS
Edited by
Ian G. Droppo • Gary G. Leppard
Steven N. Liss • Timothy G. MilliganCopyright 2005 by CRC Press

8. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page iv — #4
Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Flocculation in natural and engineered
environmental systems/edited by Ian G. Droppo...[et al.].
p. cm.
Includes bibliographical references and index.
ISBN 1-56670-615-7 (alk. paper)
1. Flocculation. 2. Water—Purification. I. Droppo, Ian G.
QD547.F584 2004
628.1’622—dc22
2004056933
This book contains information obtained from authentic and highly regarded sources. Reprinted material is quoted with permission, and sources are indicated. A wide variety of references are listed. Reasonable efforts have been made to publish reliable data and information, but the author and the publisher cannot assume responsibility for the validity of all materials or for the consequences of their use.
Neither this book nor any part may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic
or mechanical, including photocopying, microfilming, and recording, or by any information storage or
retrieval system, without prior permission in writing from the publisher.
All rights reserved. Authorization to photocopy items for internal or personal use, or the personal or internal
use of specific clients, may be granted by CRC Press, provided that $1.50 per page photocopied is paid
directly to Copyright Clearance Center, 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923 USA. The fee code for
users of the Transactional Reporting Service is ISBN 1-56670-615-7/05/$0.00+$1.50. The fee is subject
to change without notice. For organizations that have been granted a photocopy license by the CCC, a
separate system of payment has been arranged.
The consent of CRC Press does not extend to copying for general distribution, for promotion, for creating
new works, or for resale. Specific permission must be obtained in writing from CRC Press for such copying.
Direct all inquiries to CRC Press, 2000 N.W. Corporate Blvd., Boca Raton, Florida 33431.
Trademark Notice:Product or corporate names may be trademarks or registered trademarks, and are used
only for identification and explanation, without intent to infringe.
Visit the CRC Press Web site at
© 2005 by CRC Press
No claim to original U.S. Government works
International Standard Book Number 1-56670-615-7
Library of Congress Card Number 2004056933
Printed in the United States of America1234567890
Printed on acid-free paperCopyright 2005 by CRC Press

9. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — pagev—#5
Preface
In the history of environmental science, there has probably been no greater struggle
than the attempt to control the impact of the sediment and solids generated by nature
and human influence (including industrial processing) on the terrestrial and aquatic
environment and on socioeconomics in general. Untold billions of dollars are spent
each year on dredging to maintain navigation channels and harbors. Further costs are
added by the need to treat these sediments prior to disposal because of high levels of
contamination resulting from anthropogenic impacts on the environment. Significant
financial burdens arise as a result of the need to remove solids during drinking water
and wastewater treatment processes, a necessity for sustainable development, and the
protection of human and aquatic health. It is now well established that the majority
of particles within natural (freshwater and saltwater) systems are present in a floc-
culated form (i.e., flocs), and that the formation of flocs is essential for the effective
performance of engineering processes such as biological wastewater treatment.
Flocculation is the process of aggregating smaller particles together to form lar-
ger composite particles via various physical, chemical, and biological interactions.
These larger composite particles behave differently in terms of their physical (e.g.,
transport, settling), chemical (e.g., contaminant uptake and transformation), and bio-
logical (e.g., community structure activities and metabolism) behavior relative to
their constituent individual particles due to differences in size, shape, porosity, dens-
ity, and compositional characteristics. Given these significant behavioral differences
between flocs per se and their individual component parts, flocculation influences a
wide array of environmental phenomena related to sediment–water and sediment–
sediment interactions. A few of these include sediment and contaminant transport in
various aquatic ecosystems, remediation of contaminated bed sediments, contamin-
ated bed sediment stability, and habitat destruction resulting from sedimentation (e.g.,
coral reef, salmon spawning grounds, mollusk habitat degradation). These concerns,
coupled with the ubiquitous nature of flocs within natural and engineered systems
and the potential to influence floc properties to control better the environmental and
engineering processes, have generated an increased emphasis on floc research.
The traditional disciplines within saltwater, freshwater, and engineering research
have, however, remained somewhat mutually exclusive in their approach to the study
of flocculation processes. This reality is facilitated by differences in external vari-
ables (e.g., environmental conditions), focus driven research, and discipline bias.
Regardless of differences in discipline or approach, there is great scope and utility for
the sharing of information between scientists who work in these three floc environ-
ments. Often methods used in one environment can, and should, be used in another
to further our understanding of flocculation processes. While new developments in
vCopyright 2005 by CRC Press

10. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page vi — #6
vi Preface
genomics, nanotechnology, sampling, and modeling permit increasingly revealing
investigations into floc structure, processes, and impact, there is still a fundamental
lack of knowledge related to many aspects of the flocculation process.
In light of the importance of flocculation within natural and engineered systems,
an international workshop was held on September 4 and 5, 2003, at the Canada
Centre for Inland Waters, Burlington, Ontario, Canada. The workshop brought
together academics and government scientists from around the globe to address the
critical issue of sediment flocculation within freshwater, saltwater, and engineered
systems. During the workshop, participants representing these three environments
presented their research findings. Three focus areas were used to structure the
workshop: (a) modeling, (b) physicochemical, and (c) biological aspects of floc-
culation. Following individual presentations, the participants were divided up into
three working groups to address assigned topics in the focus areas. Each focus group
contained researchers from the freshwater, saltwater, and engineered systems to
ensure a cross-communication of ideas between environments and to facilitate an
understanding of the unifying principles of flocculation. Participants ranged from
geographers/geomorphologists who investigate flocculation as it relates to sediment
source, transport, and fate within river systems, sedimentologists interested in floc-
culation’s influence within depositional environments, biologists focusing on the
biopolymeric matrices and microbial consortia of flocs, oceanographers investig-
ating sediment transport and delivery within estuaries and open ocean environments,
and wastewater engineers/biologists interested in floc behavior within engineered
systems.
The peer-reviewed 20 chapters that comprise this text are organized by their envir-
onment of investigation. The final chapter identifies the unifying principles that were
discussed within the workshop focus groups and from the preceding chapters. The
text provides a unique perspective in that it integrates the natural sciences and engin-
eering fields as they relate to the central phenomenon of flocculation. We hope that
the array of information provided in this book will be valuable to all those interested
in flocculation issues within any environment.
Ian G. Droppo
Gary G. Leppard
Steven N. Liss
Timothy G. MilliganCopyright 2005 by CRC Press

11. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page vii — #7
Acknowledgments
The workshop and this resultant text would not have been made possible without
the generous support of our sponsors. We would like to thank the National Water
Research Institute of Environment Canada, the Department of Fisheries and Oceans,
the Wastewater Technology Centre of Environment Canada, the Brockhouse Institute
for Materials Research of McMaster University, Ryerson University, and the Inter-
national Association for Sediment Water Science for their support. The editors are
particularly grateful to the Natural Sciences and Engineering Research Council of
Canada for their funding support related to research on flocculation.
Each chapter has been peer reviewed by two or three reviewers consistent with
the standards set for international scientific journals. We would like to thank these
reviewers for their efforts in this regard.
Finally, we would like to thank the National Water Research Institute of Envir-
onment Canada for hosting the workshop and John Lawrence, Michel Beland, and
John Preston for their support. The efforts of Elizabeth Wendel, Meenu Pall, Dianne
Crabtree, Allana Manto, Quintin Rochfort, Christina Jaskot, and Brian Trapp of
Environment Canada leading up to, during, and following the workshop are gratefully
acknowledged.Copyright 2005 by CRC Press

12. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page ix — #9
AbouttheEditors
Ian G. Droppois a research scientist with the
National Water Research Institute of Environment
Canada and is the current elected vice president of
the International Association for Sediment Water
Science. Dr. Droppo holds adjunct professorships
at McMaster University, School of Geography and
Earth Sciences and at the State University of New
York, College at Buffalo, Department of Geography
and Planning. He holds undergraduate and M.Sc.
degrees in physical geography from McMaster Uni-
versity, Canada and a Ph.D. in physical geography
from the University of Exeter, United Kingdom. He
was a recent recipient of Leverhulme International
Visiting Fellowship held at the University of Exeter in the United Kingdom. Dr.
Droppo’s research interests center around sediment dynamics within natural and
engineered systems with particular emphasis on flocculation processes. He has applied
this knowledge in multiple environments including urban stormwater management,
remediation of contaminated bed sediments, contaminated bed sediment stability,
and in the source, fate, and effect of sediments and associated contaminants within
numerous aquatic environments. His research is supported by awards from Environ-
ment Canada, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada,
and a range of industrial partners. He has given many invited lectures and seminars at
international conferences, workshops, and universities and has taught many sediment
chemistry monitoring courses in developing countries. Dr. Droppo has carried out
collaborative research in Canada, United States of America, United Kingdom, Japan,
Mexico, Australia and Thailand leading to over 85 peer-reviewed journal publications,
book chapters, and technical reports.Copyright 2005 by CRC Press

13. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — pagex—#10
x About the Editors
Gary G. Leppardis an environmental biochemist and microbiologist who studies
the roles of natural and engineered aquatic aggregates (flocs, biofilms) in the transport
and fate of contaminants. In concert with these activities, he develops electron-optical
means to analyze the colloidal structure of natural dispersing agents and the flocs of
water treatment tanks. He joined the staff of the National Water Research Institute of
Environment Canada at Burlington (ON) in 1975, as a research scientist. While also
holding a professorship at McMaster University and membership in the Brockhouse
Institute for Materials Research (Hamilton, ON), he is a Fellow of the International
Union of Pure and Applied Chemistry and a Consulting Fellow of the World Innov-
ation Foundation. In sequence, he was an invited scientist at the University of Paris
(France), the University of Milan (Italy), Laval Uni- versity (Quebec City), the National Research Coun- cil of Canada (Ottawa), the University of Geneva (Switzerland), the University of Vienna (Austria), and the Rudjer Boskovic Institute (Croatia).
Dr. Leppard received degrees in several fields
of biology and biological chemistry from the Uni- versity of Saskatchewan (Saskatoon, SK) and from Yale University (New Haven, CT, United States). A Ph.D. in cell biology, with a specialization in electron-optical methods, was received from Yale in 1968. Research interests then extended into biogeo- chemistry, wastewater treatment, materials science, and the activities of natural microbial consortia. His interdisciplinary research has led to awards from the North Atlantic Treaty Organization, the Commis- sion of the European Communities, and the RITE
innovative technology organization in Japan, as well as a role on the editorial board of the Encyclopedia of Analytical Science. Current scientific interests focus on the control, by nanoscale phenomena, of macroscale effects in aquatic environments. These interests are coupled to the development of technology for commercial use, and include environmental projects for synchrotron laboratories.Copyright 2005 by CRC Press

14. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page xi — #11
About the Editors xi
Steven N. Lissis a professor of applied microbio-
logy in the Department of Chemistry and Biology
at Ryerson University and is the Associate Dean
(Research, Development and Science Programs)
for the Faculty of Engineering and Applied Sci-
ence. Dr. Liss holds adjunct professorships at the
University of Toronto in the Departments of Chem-
ical Engineering and Applied Chemistry and Civil
Engineering. Dr. Liss holds an undergraduate degree
in microbiology and immunology from the Uni-
versity of Western Ontario (1980) and graduate
degrees in applied microbiology from the Univer-
sity of Saskatchewan (M.Sc, 1983; Ph.D., 1987).
Dr. Liss currently leads research projects on the
microbiology of wastewater treatment, water wells,
and environmental biotechnology. His research is
supported by awards from the Natural Sciences and Engineering Research Council of
Canada, the National Centres of Excellence, Ontario Centres of Excellence, Environ-
ment Canada, Canada Foundation for Innovation (CFI), and a wide range of industry
partners. Specific research activities include microbial floc architecture in engineered
and natural systems, microbial ecology, water quality, filamentous microorganisms
and bulking problems, biofouling and microbial-based tools for studying, and mon-
itoring biological treatment systems including DNA microarrays. His laboratory has
developed expertise related to the physicochemical properties of microbial structures,
their composition and structure, and the application of advanced optical microscopy
in studying microbial structures and physiology. His research in wastewater micro-
biology led to the Ryerson Distinguished Research Award in 1998. Dr. Liss has
supervised 32 graduate students at the masters and Ph.D. levels. He is the author and
co-author of over 100 peer-reviewed journal publications, book chapters, conference
presentations, and technical reports.Copyright 2005 by CRC Press

15. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page xii — #12
xii About the Editors
Timothy G. Milliganis a researcher with the Mar-
ine Environmental Sciences Division, Fisheries and
Oceans Canada. As head of the Particle Dynamics
Laboratory at the Bedford Institute of Oceanography
he leads the group’s research into the behavior of
fine particulate material in aquatic environments. He
received his B.Sc in geology and M.Sc in ocean-
ography from Dalhousie University and has been
involved with flocs for over 30 years. While his ini-
tial contact was in pulp mill effluent, it was the time
spent with the late Dr. Kate Kranck, a pioneer in
flocculation studies in the marine environment, that
gave him his love of mud. Areas of interest include
the mechanisms governing the loss of sediment from
river plumes, the effect of flocculation on the trans-
port and fate of contaminants, and environmental
impacts of offshore oil and gas and aquaculture. Mr.
Milligan has led research projects in a wide range of geographical areas, from the
Amazon to the Canadian Arctic. While his work concentrates mainly on the marine
environment, the fate of terrestrially derived sediments and associated contaminants
has led him into the study of fluvial transport as well. Mr. Milligan has been involved
in many international ventures, several of which have received funding from the U.S.
Office of Naval Research. His work combinesin situtechniques with process-based
parameterization of the size distributions of the component grains in suspended and
bottom sediment to better understand the fate of mud in both marine and freshwater
systems. Over 80 peer-reviewed primary publications, book chapters, and technical
reports have been produced from this work.Copyright 2005 by CRC Press

16. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page xiii — #13
Contributors
D. Grant Allen
Department of Chemical Engineering
and Applied Chemistry
Pulp & Paper Centre
University of Toronto
Toronto, Ontario, Canada
Joseph F. Atkinson
Department of Civil, Structural and
Environmental Engineering
State University at Buffalo
Buffalo, New York, U.S.A.
Adrian B. Burd
Department of Marine Sciences
University of Georgia
Athens, Georgia, U.S.A.
Rajat K. Chakraborti
Department of Civil, Structural and
Environmental Engineering
State University at Buffalo
Buffalo, New York, U.S.A.
Holger Daims
Department of Microbial Ecology
Institute for Ecology and Conservation
Biology
University of Vienna
Vienna, Austria
Patrick J. Dickhudt
University of Maryland Center for
Environmental Science
Horn Point Laboratory
Cambridge, Maryland, U.S.A.
Ian G. Droppo
National Water Research Institute
Environment Canada
Burlington, Ontario, Canada
Ramin Farnood
Department of Chemical Engineering
and Applied Chemistry
University of Toronto
Toronto, Ontario, Canada
Carl T. Friedrichs
Virginia Institute of Marine Science
College of William and Mary
Gloucester Point, Virginia, U.S.A.
David D. Fugate
Virginia Institute of Marine Science
College of William and Mary
Gloucester Point, Virginia, U.S.A.
Jean-Francois Gaillard
Department of Civil and Environmental
Engineering
Northwestern University
Evanston, Illinois, U.S.A.
Gill G. Geesey
Department of Microbiology
Montana State University
Bozeman, Montana, U.S.A.
Adam P. Hitchcock
Brockhouse Institute for Materials
Research
McMaster University
Hamilton, Ontario, CanadaCopyright 2005 by CRC Press

17. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page xiv — #14
xiv Contributors
George A. Jackson
Department of Oceanography
Texas A&M University
College Station, Texas, U.S.A.
Bommanna G. Krishnappan
National Water Research Institute
Environment Canada
Burlington, Ontario, Canada
John R. Lawrence
National Water Research Institute
Environment Canada
Saskatoon, Saskatchewan, Canada
Anne A. Lazarides
MEMS Department
Pratt School of Engineering
Duke University
Durham, North Carolina, U.S.A.
Gary G. Leppard
National Water Research Institute
Environment Canada
Burlington, Ontario, Canada
B.Q. Liao
Department of Chemical Engineering
Lakehead University
Thunder Bay, Ontario, Canada
Steven N. Liss
Department of Chemistry and Biology
Faculty of Engineering and Applied
Science
Ryerson University
Toronto, Ontario, Canada
Bruce E. Logan
Department of Civil and Environmental
Engineering
COE Environmental Institute
The Pennsylvania State University
University Park, Pennsylvania
U.S.A.
Jiri Marsalek
National Water Research Institute
Environment Canada
Burlington, Ontario, Canada
Timothy G. Milligan
Habitat Ecology Section
Bedford Institute of Oceanography
Dartmouth, Nova Scotia, Canada
Fernando Morgan-Sagastume
Department of Chemical Engineering
and Applied Chemistry,
Pulp & Paper Centre
University of Toronto
Toronto, Ontario, Canada
Thomas R. Neu
Department of River Ecology
Magdeburg
UFZ Centre for Environmental Research
Leipzig-Halle, Germany
Ellen L. Petticrew
Department of Geography
University of Northern British Columbia
Prince George, British Columbia
Canada
John M. Phillips
Environment Agency
Blandford Forum
Dorset, U.K.
Alain Reinhardt
Analytical and Biophysical
Environmental Chemistry
University of Geneva
Geneva, Switzerland
Heidi Romine
Virginia Institute of Marine Science
College of William and Mary
Gloucester Point, Virginia, U.S.A.
Laura Rubiano-Gomez
University of Maryland Center for
Environmental Science
Horn Point Laboratory
Cambridge, Maryland, U.S.A.
Lawrence P. Sanford
University of Maryland Center for
Environmental Science
Horn Point Laboratory
Cambridge, Maryland, U.S.A.Copyright 2005 by CRC Press

18. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page xv — #15
Contributors xv
Peter H. Santschi
Laboratory for Oceanographic and
Environmental Research
Department of Oceanography
Texas A&M University
Galveston, Texas, U.S.A.
Steven E. Suttles
University of Maryland Center for
Environmental Science
Horn Point Laboratory
Cambridge, Maryland, U.S.A.
Laurenz Thomsen
School of Engineering and Science
International University Bremen
Bremen, Germany
John E. VanBenschoten
Department of Civil, Structural and
Environmental Engineering
State University of New York at Buffalo
Buffalo, New York, U.S.A.
Fintan Van Ommen Kloeke
Department of Microbiology
Montana State University
Bozeman, Montana, U.S.A.
Desmond E. Walling
Department of Geography
University of Exeter
Exeter, Devon, U.K.
Kevin J. Wilkinson
Analytical and Biophysical
Environmental Chemistry
University of Geneva
Geneva, Switzerland
Johan C. Winterwerp
W.L. Delft Hydraulics
Delft, The Netherlands
Marissa Yates
University of Maryland Center for
Environmental Science
Horn Point Laboratory
Cambridge, Maryland, U.S.A.Copyright 2005 by CRC Press

19. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page xvii — #17
Contents
Chapter 1 Methods for Analyzing Floc Properties 1
Steven N. Liss, Timothy G. Milligan, Ian G. Droppo, and
Gary G. Leppard
I Freshwater Environments 23
Chapter 2 Overview of Flocculation Processes in Freshwater Ecosystems 25
Gary G. Leppard and Ian G. Droppo
Chapter 3 Intra-Storm and Seasonal Variations in the Effective Particle
Size Characteristics and Effective Particle Density of Fluvial
Suspended Sediment in the Exe Basin, Devon, United Kingdom 47
John M. Phillips and Desmond E. Walling
Chapter 4 The Composite Nature of Suspended and Gravel Stored Fine
Sediment in Streams: A Case Study of O’Ne-eil Creek,
British Columbia, Canada 71
Ellen L. Petticrew
Chapter 5 Effects of Floc Size and Shape in Particle Aggregation 95
Joseph F. Atkinson, Rajat K. Chakraborti, and
John E. VanBenschoten
Chapter 6 Mapping Biopolymer Distributions in Microbial Communities 121
John R. Lawrence, Adam P. Hitchcock, Gary G. Leppard, and
Thomas R. Neu
Chapter 7 Contrasting Roles of Natural Organic Matter on Colloidal
Stabilization and Flocculation in Freshwaters 143
Kevin J. Wilkinson and Alain Reinhardt
Chapter 8 An Example of Modeling Flocculation in a Freshwater
Aquatic System 171
Bommanna G. Krishnappan and Jiri MarsalekCopyright 2005 by CRC Press

20. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page xviii — #18
xviii Contents
II Saltwater Environments 189
Chapter 9 Transport of Materials and Chemicals by Nanoscale Colloids
and Micro- to Macro-Scale Flocs in Marine, Freshwater, and
Engineered Systems 191
Peter H. Santschi, Adrian B. Burd,
Jean-Francois Gaillard, and Anne A. Lazarides
Chapter 10 Variability of Suspended Particle Concentrations, Sizes, and
Settling Velocities in the Chesapeake Bay Turbidity Maximum 211
Lawrence P. Sanford, Patrick J. Dickhudt, Laura
Rubiano-Gomez, Marissa Yates, Steven E. Suttles,
Carl T. Friedrichs, David D. Fugate, and Heidi Romine
Chapter 11 Organic Rich Aggregates in the Ocean: Formation, Transport
Behavior, and Biochemical Composition 237
Laurenz Thomsen
Chapter 12 Equilibrium and Nonequilibrium Floc Sizes 249
Johan C. Winterwerp
Chapter 13 Coagulation Theory and Models of Oceanic Plankton
Aggregation 271
George A. Jackson
III Engineered Systems 293
Chapter 14 Extracellular Enzymes Associated with Microbial Flocs
from Activated Sludge of Wastewater Treatment Systems 295
Gill G. Geesey and Fintan Van Ommen Kloeke
Chapter 15 Molecular Analyses of Microbial Community Structure and
Function of Flocs 317
Holger Daims
Chapter 16 Using Atomic Force Microscopy to Study Factors
Affecting Bioadhesion at Molecular to Nanoscale Levels 339
Bruce E. Logan
Chapter 17 Impact of Stresses or Transient Conditions on Deflocculation
in Engineered Microbial Systems 351
Fernando Morgan-Sagastume and D. Grant Allen
Chapter 18 Flocs and Ultraviolet Disinfection 385
Ramin FarnoodCopyright 2005 by CRC Press

21. “L1615_C000” — 2004/11/20 — 20:56 — page xix — #19
Contents xix
Chapter 19 Surface Thermodynamics and Hydrophobic Properties
of Microbial Flocs 397
B.Q. Liao, Gary G. Leppard, D. Grant Allen, Ian G. Droppo,
and Steven N. Liss
IV Summary 405
Chapter 20 Opportunities, Needs, and Strategic Direction for
Research on Flocculation in Natural and
Engineered Systems 407
Ian G. Droppo, Gary G. Leppard, Steven N. Liss, and
Timothy G. MilliganCopyright 2005 by CRC Press

22. “L1615_C001” — 2004/11/19 — 02:46 — page1—#1
1
MethodsforAnalyzing
FlocProperties
Steven N. Liss, Timothy G. Milligan,
Ian G. Droppo, and Gary G. Leppard
CONTENTS
1.1 Introduction................................................................... 1
1.1.1 Floc Size.............................................................. 2
1.1.2 Sample Handling and Stabilization.................................. 4
1.2 Floc Settling Velocity......................................................... 5
1.3 Floc Density and Porosity.................................................... 7
1.3.1 Floc Structure: Correlative Microscopy............................. 9
1.3.2 Extracellular Polymeric Substances................................. 10
1.4 Surface Charge and Hydrophobicity......................................... 11
1.5 Microbial Ecology............................................................ 13
1.6 Conclusion.................................................................... 14
References........................................................................... 14
1.1 INTRODUCTION
The function–structure relationships of flocs are important to environmental scientists,
microbiologists, and engineers. Ultimately, their goals include being able to solve
practical problems more effectively, and to provide better information for modeling
ecological processes and contaminant transport in aquatic environments and in the
operation of engineered systems (e.g., wastewater and drinking water). Methods and
analytical tools play a critical role in floc research and in achieving these goals.
These are intended to do one of two things: (i) to provide descriptive and quantitative
information that may lead to a fuller understanding of flocculation and (ii) to have
tools that may be applied to the management of floc processes in engineered and
environmental systems.
At present, few standard methods with good reproducibility are available,
although several physical, chemical, and microbiological measurement and analyt-
ical techniques have been developed. Earlier reviews give a comprehensive review
of the methods and techniques for the measurement of physical characteristics for
activated sludge
1
and an overview of the principles, methods, and applications of
particle size analysis in primarily saltwater systems.
2
Eisma et al.
3
and Dyer et al.
4
1-56670-615-7/05/$0.00+$1.50
© 2005 by CRC Press
1Copyright 2005 by CRC Press

23. “L1615_C001” — 2004/11/19 — 02:46 — page2—#2
2 Flocculation in Natural and Engineered Environmental Systems
conducted a comparative study in the Elbe estuary to evaluate several differentin situ
methods for determining floc size and settling velocity. More recently, several entries
in theEncyclopaedia of Environmental Microbiology
5
provide overviews of methods,
particularly advanced optical microscopy and molecular tools applied to the study of
microbial structures including flocs.
6
Common to all these reviews is the wide range
of methods employed to determine some of the most basic of parameters that describe
flocs in the environment.
In engineered systems, advances have been achieved primarily in studying floc
properties (ecology, structure, and physicochemical characteristics) of individual flocs
from full-scale systems and from laboratory-scale reactors that were run under well-
controlled conditions. In contrast, studies in the marine and freshwater environments
have concentrated on bulk properties such as gross morphology, size, and settling
velocity in samples collected with an emphasis onin situmeasurements. One reason
for the difference between measurements in the natural environment and engineered
systems is the availability of flocs and the ease with which they can be sampled
intact. Those involved with studying natural systems have tended to focus on the gross
properties and behavior of floc. Engineered systems are suited to detailed examination
of surface properties and molecular determinants in floc behavior.
In this chapter, we present an overview of the principal methods presently being
used in engineered, freshwater, and marine systems. Some aspects of the methods
presented can be applied to both natural and engineered systems. Our goal is to provide
an insight into the work being carried out in the different aquatic environments so that
researchers can consider adapting the techniques presented to their respective fields.
1.1.1 FLOCSIZE
Floc size is a widely measured floc characteristic. Floc size influences properties
such as mass transfer (transport and settling),
7
biomass separation, and sludge
dewatering.
8–10
Flocs are generally observed as two-dimensional (2D) projections,
and there is no simple means of specifying size or shape.
11
However, flocs are
highly irregular in shape, porous, and three-dimensional. Equivalent spherical dia-
meter (ESD), frequently calculated from the two-dimensional area, is often used to
characterize floc size due to its simplicity and its application in Stokes’ law.
11–13
Bache et al.
11
defined the effective diameter as the geometric mean
C
(dmin
∗dmax)
based on the maximum(d
max)and minimum(d min)dimensions across the 2D floc
image. Barbusinski and Koscielniak
14
and Li and Ganczarczyk
15
described floc size
based on the average floc diameter defined as one half of the sum of the longest and shortest dimensions of the flocs measured.
Flocs in suspension are found over a range of sizes that describe a continuous
distribution. Several standard parameters are available to describe floc size distribu- tions. Median (d
50), upper quartile (d 25), and mode have all been used to describe
the size distribution of flocs in suspension.
13,16,17
Due to the open architecture and
poorly defined association of particles within a floc, researchers use fractal geometry to describe floc structure.
18−23
Depending on the nature and the sizing technique
employed, there is no evidence to show which definition is the best representation of floc size. However, researchers should be clear in their definition of floc size when reporting results.Copyright 2005 by CRC Press

24. “L1615_C001” — 2004/11/19 — 02:46 — page3—#3
Methods for Analyzing Floc Properties 3
In general flocs range in size from a few microns to a few millimeters when
measured by ESD. One exception is large assemblages of diatoms or other biologically
derived material. Sometimes referred to as marine snow to differentiate it from more
inorganic rich flocs, these patches of aggregated organic material can reach ESDs
many orders of magnitude larger than what could be considered normal flocs. When
marine snow becomes buoyant during decomposition, as was observed in the Adriatic
Sea during the mucilage phenomenon, “floc size” can exceed 1 m.
24−27
Many methods and instruments have been developed in the past to measure floc
size distributions in natural and engineered systems. One of the earliest methods was
the Coulter Counter, which determined the size distribution of particles in suspension.
This method was popular in the marine environment as the electrolyte concentration
in seawater permitted samples to be analyzed without alteration. However, stresses
applied during the counting process can disrupt flocs which raises the issue that this
method may be of little value for estimating floc size.
28,29
The determination of floc size has relied primarily on imaging of flocs followed by
image analysis to ascertain the parameters describing the size distribution.
12,30,31
Both
microscopic observations and photographic techniques
13,32–35
have been used.In situ
photography of flocs, although relatively easy to employ, does not allow measurement
of very small flocs due to resolution limits. Often these systems can only image down
from 50 to 100µm, although a 10 : 1 camera system with a resolution of 10µm
has been developed.
36,37
Recent advances in digital photography should improve the
resolution ofin situcamera systems. The main advantage of these instruments is their
ability to measure floc size with minimal disturbance to the natural stress environment
of the flocs. However, they were developed for the natural environment, and may be
difficult to apply in an engineered system as they are limited by the concentration of
particles in suspension.
Microscopic methods usually incorporate a camera and computerized digitizer
to provide images for analysis. The increased resolution of microscopic systems
allows for accurate, reproducible, and relatively fast estimates of floc morpholo-
gical parameters. Specialized techniques such as confocal microscopy and electron
microscopy (discussed in detail later in the chapter) allow the internal structure of
flocs to be examined. The obvious drawback for microscopic analysis is the require-
ment to remove flocs from their natural environment and the associated instrument
costs.
Common to both photographic and microscopic methods is the requirement to
conduct image processing and analysis on the captured image to determine floc size
and other descriptive parameters. Image processing and analysis comprises several
steps.
38
Different algorithms are applied to the digital image to improve the quality
of the image and to separate a floc from its background. Each area of coherent pixels
with values within a selected range of threshold values is then used to calculate the
different parameters used to describe floc size. There are differing views on the number
of pixels required to define a particle with values ranging from 3 to 35 pixels.
39,40
Several different image analysis systems are available on the market but all are based
on the same principles for manipulating a matrix of pixel values. Clear explanations
of the methods employed in the analysis are critical for understanding how descriptive
parameters such as ESD are generated.Copyright 2005 by CRC Press

25. “L1615_C001” — 2004/11/19 — 02:46 — page4—#4
4 Flocculation in Natural and Engineered Environmental Systems
Laser based sizing instruments are now being widely used to determine floc size
in situ.
41,42
Two different laser techniques have been used, focused beam reflectance
measurement (FBRM) and laser diffraction. FBRM instruments (modified ParTec)
employ a rotating laser beam to determine the size of particles in the sensing zone.
41
When the laser encounters a particle, the beam is reflected for the period of time it
takes to traverse the particle. Using the angular velocity of the beam and the duration
of the reflected laser pulse, the length of the intersecting particle chord is determ-
ined. A chord correction algorithm is then used to determine the size distribution
of the particles in suspension. FBRM instruments were designed for process control
and are not easily adapted to studies in natural systems. However, they do have the
advantage of working at higher concentrations than instruments that rely on light
transmission.
41
Laser diffraction instruments were first used by Bale and Morris,
43
who modified a
Malvern particle size analyzer (Malvern Instruments, U.K.) for underwater use. Since
then purpose-designed laser diffraction systems have become available, notably the
LISST (Sequoia Scientific Inc., WA, United States) and the CILAS (CILAS, France).
Laser diffraction instruments are based on the scattering of laser light by particles as
the beam transits a known sample zone. The scattering angle is determined by the
size of the particle with the scattering angle being small for large particles and large
for small particles.
42
A series of concentric ring detectors sense the amount of light
they are receiving. Using the Mie or Fraunhofer theory of scattering for spheres, these
values can then be inverted to yield the particle size distribution.
42
Floc size has also been inferred from the settling behavior of flocculated
suspensions.
4,44
Settling column methods in general measure the equivalent hydraulic
diameter of particles in suspension rather than the actual physical size of the suspen-
ded particles. Floc size is expressed in terms of the diameter of a sphere with the
density of quartz, settling at the same speed as the particle in question.
45
1.1.2 SAMPLEHANDLING ANDSTABILIZATION
In situmeasurement of floc size is clearly preferable due to the fragile nature of
flocs. Sample handling may break up existing flocs or promote formation of larger
flocs during storage.
46
Gibbs and Konwar
47
showed that common sampling methods
disrupt flocs. Critical to any work with flocs outside their natural environment is
sample handling and preparation. The need for microscopic examination of flocs
and for laboratory experiments with natural flocs has led to the development of new
techniques for removing flocs from their ambient conditions with minimal change in
floc size or structure. Considerable efforts have been given to overcome perturbation
that may be associated with sampling and specimen preparation.
For floc size measurements not performedin situ, samples are collected in
bulk suspension and transported to the laboratory for sizing. Essential to this first
step is minimizing the stress applied to the flocs during sampling. Droppo and
Ongley
12
employed traditional laboratory-used plankton chambers within fluvial sys-
tems. By using the plankton chamber as both the sampling and analytical chamber
for image analysis, potential perturbations are minimized. Depending on the sizing
methods, further floc sampling might be required. Some size measurements usingCopyright 2005 by CRC Press

26. Other documents randomly have
different content

27. jäänyt äsken laukaistu piilukkopyssy; suuri poncho [= hihaton
päällysvaippa] oli kokassa.
Tenanga latasi piilukon ja asetti sen omien aseittensa viereen.
Tuuli voimistui hiukan ja liikutteli vilkkaammin vettä.
"Oi, katso, tuolla ne tulevat!"
Niemekkeen takaa ilmestyi vene, joka kuuden miehen soutamana
nopeasti kiiti heitä kohti. Kaksi miestä, pyssyt kädessä, istui kokassa,
ja yksi oli ohjaajana perässä.
"Soutakaamme, henkemme tähden!"
"Ei", sanoi Pablo käskevästi, "he saavuttavat meidät puolessa
tunnissa. Miksi uuvuttaisimme itsemme ja sitten ampuisimme
epävarmasti? Meillä on surmanviesti joka pyssynpiipussa; tulkoot,
me tahdomme taistella."
Ihaillen katsoi Tenanga kuningasten jälkeläisen kauniisiin,
päättäväisiin kasvoihin.
"Olet oikeassa, Jungunan poika, me tahdomme taistella."
Aallonkäynti oli kiihtynyt, sillä tuuli puhalsi kovemmin.
Uhkamielin nuorukaiset odottivat vihollista.
Tyynellä päättäväisyydellään näyttivät takaa ajetut, jotka
vast'ikään olivat antaneet todisteita ampumataidostaan, herättävän
pelkoa tavoittajissaan, sillä veneen vauhti hidastui, ja se pysähtyi
ulkopuolelle pyssyn kantaman.
Tuuli yhä koveni, ja aallot heittelivät kevyttä kanoottia sinne tänne.

28. "Me saamme koht'siltään vettä veneeseen", sanoi Tenanga.
"Tällaisessa aallokossa me olemme hukassa, herra; emme voi ampua
tarkkaan keikkuvasta veneestä, ja muutamassa minuutissa nuo
saavuttavat meidät, jos mielimme paeta näin kovassa aallokossa."
Vene heittelehti niinikään edestakaisin, mutta ei läheskään niin
kovasti kuin nuorukaisten kanootti.
"Ojenna minulle tuo poncho kokasta, Tenanga."
"Mitä aiot tehdä?"
"Me käymme purjehtimaan."
Pablo kiinnitti ison, nelikulmaisen päällysvaipan kulman aironsa
kärkeen ja pystytti airon kanootissa olevaa istuinlautaa vasten. Siten
oli saatu aikaan hätävarainen masto ja purje.
"Istu kokkaan, Tenanga, anna minulle airosi ja ota pyssy."
Tenanga teki niin ja istui kokkaan valmiina ampumaan.
Pablo veti vasemmalla kädellään ponchon tiukalle pitäen perää
oikealla.
Tuuli, joka puhalsi juuri heidän matkansa suuntaan, paisutti
ponchon ja ajoi, niin pieni kuin purjepinta olikin, kanoottia kovaa
vauhtia yhä edemmäksi yli veden.
Nyt rupesivat veneessä olijatkin liikehtimään. Tenanga oli tuntenut
erään kokassa istujista zapoteki Huntohiksi; kun hän arveli olevansa
pyssyn kantamalla, hän kohotti pyssynsä ja laukaisi tätä kohti; mutta
kanootin liikahtaessa hän osuikin peränpitäjään, joka hypähti

29. korkealle ja syöksyi suin päin veteen. Tämä sai veneen
pysähtymään.
"Ota pyssysi, Tenanga, sido tämä ponchon kulma sen ympärille ja
pidä sitä korkealla; silloin me kiidämme veden yli kuin nuoli."
Tenanga, jolla kuten kaikilla metsästäjillä aina oli mukanaan ohuita
hihnoja, teki niinkuin Pablo käski, ja tuskin oli kevyt pursi ehtinyt
tuntea siten lisääntyneen tuulen painon, kun se jo viilsi yli aaltojen
niin nopeasti, että takaa ajo paljon raskaammalla veneellä näytti
aivan turhalta. Kuljettiminaan ainoastaan airot, joita kovassa
aallokossa oli vaikea käy teliä, se pian jäi kauas jälkeen siivitetystä
kanootista.
Sen näki hämmästyen metsäisten vuorten poika ja sanoi: "Sinua
tottelevat kaikki, kuningasten jälkeläinen, tuuli ja vesikin."
Mutta vene ei luopunut kilpailusta; koko soutuvoimallaan se
ponnisti kanootin jälkeen.
Pakolaiset olivat juuri saavuttaneet tuntuvan etumatkan, kun tuuli
äkkiä vaimeni ja sitten kokonaan tyyntyi.
Ja vielä oli heillä pitkä matka järven laskukohtaan, johon he
pyrkivät! Levosta voimistuneina he tarttuivat airoihin ja kiidättivät
tasaisin vedoin alustaan eteenpäin. Mutta veneessä olijat huomasivat
olevansa voiton puolella ja seurasivat kokka valkeana vaahdoten.
Yhä lähemmäksi rantaa pääsivät takaa ajetut, mutta yhä
lähemmäksi ehti myöskin vene.
"Nyt on henki kysymyksessä, Jungunan poika!"

30. Tämä ei vastannut, mutta hänen voimakkaan ruumiinsa jokainen
lihas oli jännittynyt äärimmäiseen voimanponnistukseen. Samoin
Tenangan; kanootti lensi lentämällä eteenpäin heidän vedoistaan.
Raskaasti huohottivat nuorukaiset, ja hiki helmeili heidän
otsallaan.
Silloin pamahti laukaus, ja luoti putosi veneen taakse veteen.
Viholliset olivat pyssyn kantamalla.
Mutta jo lähestyivät pakolaiset rantaa, järven tuskin huomattavaa
laskusuuta.
Taas pamahti kaksi laukausta, mutta veneen hurjasti kiitäessä
epävarmasti tähdätyt luodit vingahtivat heidän sivuitseen ja ylitseen.
Nyt oli jo kaislikko edessä.
"Suoraan sisälle!"
Ja he kohahtavat kaislikkoon. Sen seinä on ohut, heti he ovat
jälleen selvässä, hiljaa virtaavassa vedessä.
"Oikealle!"
Kanootti liukuu oikealle. Parhaaseen aikaan, sillä luoteja iskee
siihen kohtaan, josta he juuri ovat väistyneet.
"Eteenpäin! Minä tunnen virran." He kääntyvät oikealta puolen
avautuvaan sivuhaaraan itse päävirralta, joka vie vasemmalle.
Nyt venekin ryntää läpi kaislikon, se suuntaa pitkin virran juoksua.

31. Mutta zapoteki tuntee Tepanecan laskun ja menettelee sen
mukaan.
Kun hän ei näe kanoottia, tietää hän sen poikenneen oikealle;
maihin eivät pakolaiset ole voineet nousta, rannat ovat upottavia.
Hän kääntyy ja laskee sivuhaaraan.
Nyt pakolaiset ovat hänen käsissään, sillä he ovat menneet
kuolleeseen umpihaaraan.

32. "Eteenpäin!" läähättää Tenanga, "tai he tapaavat meidät".
Nuorukaiset ponnistavat epätoivon voimilla.
"Kaislikkoon! Kiinni!"
He tunkeutuvat kaislikkoon, heillä on matala, mutta kantava
maapohja edessään.
"Nyt maalle! Vene kannaksen poikki, sen toisella puolen on virta."
He hypähtävät kaislikkoon, yhteisin voimin he kiskovat keveän
aluksen maalle, kohottaen sitä kokasta ja perästä, kantavat sitä
huohottaen kaksi-, kolmekymmentä askelta, kaislojen lomitse vilkkuu
virta; varovasti he työntävät, yhä mitä syvimmässä hiljaisuudessa,
kanootin vesille, hypähtävät siihen, tarttuvat airoihin, ja eteenpäin
kiitää kevyt alus ihmisvoiman ja virran viemänä.
Kun he kiertävät metsäisen niemekkeen taa, nostaa Tenanga
aironsa vedestä.
"Nyt levähtäkäämme, Jungunan poika, me olemme turvassa.
Zapoteki tarvitsee paljon aikaa tullakseen jäljestämme, hänen täytyy
tehdä iso kierros. Hänen veneensä on liian raskas vetää kannaksen
poikki. Azualin poika tuntee sittenkin Jalatén paremmin kuin hän",
hän lisäsi voitonriemuisena.
Pablo herkesi soutamasta. Molemmat tarvitsivat lepoa, ponnistus
oli ollut yli-inhimillinen. Hengästyksestä selvittyään Pablo sanoi
"Jumala on meitä auttanut, Hänelle olkoon kiitos. Miten nyt ajattelet
edelleen, ystäväni?"

33. "Me menemme virtaa alas kallioille asti, jotka ovat sen äyräinä,
siellä voimme nousta maihin jälkiä jättämättä. Sitten pyrimme Rio
Negrolle ja laskemme sitä alas Yucatanin rajoille asti; siellä me
tapaamme kenraali Aranan; hänen kanssaan sinun on neuvoteltava
siitä, mikä tulevaisuudellesi on otollista."
"Hyvä, Tenanga, luotan täysin sinun johtoosi."
Kotvasen kuluttua he tarttuivat taas airoihin.
Molemmin puolin kohosivat rannoilla tummat metsät. Ne seisoivat
hiljaisina ja yksinäisinä, ihmisasuntoa ei ollut näkyvissä lähellä eikä
kaukana; ainoastaan metsästäjän keveät askelet kiertelivät siellä
silloin tällöin. Äänettöminä nuorukaiset liukuivat pitkin virtaa.
Vihdoin Pablo virkkoi: "Luuletko zapotekin ajavan meitä yhä vielä
takaa?"
"Huntoh on viisas; hän sanoo itselleen, että ajo on turhaa työtä.
Jos ennätämme kallioille, katoavat häneltä kaikki jäljet. Myöskin
astumme silloin alueille, joissa Chamulpolla ei enää ole mitään
valtaa."
Ääneti he soutivat edelleen.
Virran tehdessä mutkan Tenanga katsahti taakseen.
"Pimeyden haamut! Tuolla vene tulee."
Pablo käänsi päänsä: täyttä vauhtia iso vene tuli heitä kohti.
"Mitä nyt? Maihinko?"
"Siellä me olemme ehdottomasti hukassa, heitä on liian monta."

34. He kiitivät nopeasti edelleen, mutta pikainen vilkaisu taaksepäin
osoitti heille, että vene lähestyi peloittavaa vauhtia.
"Meidän täytyy pyrkiä mayain torniin", sanoi Tenanga hiljaa,
"puolustautuaksemme. Näkymättömät antakoot minulle anteeksi,
minä olin liian huoleton."
Uusi virran mutka saattoi heidän näkyviinsä keskellä virtaa synkän,
pensasten peittämän muurivarustuksen. Samalla alkoi kuulua
peloittava kohina.
"Mitä se on, Tenanga?"
"Kosket. Me emme voi niitä laskea, emme kiertää, emme mennä
maihin; meidän ainoa pelastuksemme on tuo torni."
Yhä lähemmäksi tuli vene.
Mutta jo oli ikivanha muuri heidän edessään.
"Ota pyssy, meidän täytyy etsiä pikaista suojaa, vain yhdet portaat
vievät torniin."
Hän ohjasi veneen keinotekoista, vielä säilynyttä
maihinnousupaikkaa kohti.
"Maihin!" Jättäen airot ja tarttuen pyssyihin molemmat hypähtivät
yht'aikaa maalle ja riensivät portaita ylös.
He olivat jo pääsemässä niiden päähän, kun laukaus pamahti ja
Pablo vaipui luodin satuttamana maahan.
Tenanga päästi sydäntä vihlovan tuskanhuudon, mutta käännähti
sitten takaisin kuin tiikeri ja näki zapoteki Huntohin ilkkuvana

35. virrassa kiitävän veneen kokassa, vielä savuava pyssy kädessään.
"Murhaaja!" karjaisi nuorukainen. "Sinä olet tappanut mayain
viimeisen kuninkaan", hän tempasi salaman nopeasti luodikon
poskelleen, laukaus leimahti, ja lävistettynä zapoteki vaipui alas.
"Mene pimeyteen, konna!" Ripeästi hän nosti Pablolta pudonneen
kaksipiippuisen luodikon. Pau! toinen veneessä olijoista kaatui, ja nyt
vene loittoni kiireesti välttääkseen tuhoisaa tulta ja pyrki rantaa
kohti.
Syvässä tuskassa Tenanga kääntyi ympäri. "Oi Hualpa, viimeinen
kuninkaista, nouse aurinkoon."

36. SEITSEMÄS LUKU
Äidin kuva.
Del Rocassa, señor d'Iralan haciendassa vallitsi suru. Don Antonio
oli tiluksiensa asekuntoisen väen kanssa mennyt sotaan
taistellakseen kenraali de Lerman johdolla kapinallisia vastaan. Häntä
suri hänen hellä puolisonsa, joka kuitenkin ajatteli kyllin avarasti
tunteakseen, että hänen miehensä täytti vain velvollisuutensa
isänmaata kohtaan astuessaan armeijaan.
Hänen lemmikkinsä Maria otti osaa rakkaan äitinsä suruun ja itki
samalla omaa Pabloaan, jonka kohtaloista del Rocassa ei tiedetty
mitään siitä illasta saakka, jona hän niin salaperäisellä tavalla oli
kadonnut.
Molemmat naiset tulivat haciendan pienestä kappelista, jossa he
olivat rukoilleet rakkaittensa puolesta, ja istuutuivat hiljaa kuistille.
Tuokion kuluttua donna Inez sanoi: "Oi, kuinka hirveä on sota ja
kuinka inhoittavaa, kun saman maan lapset nostavat aseet toisiansa
vastaan; oi auttakaa, kaikki pyhimykset, että maa saisi jälleen
rauhan."

37. "Eikö sotakin ole Jumalan säätämä, äiti?"
"Hän sallii sen, lapsi, varmaankin rangaistukseksi ihmisille."
"Pablo sanoi usein, ettei hän mitään hartaammin ikävöinyt kuin
saada taistella."
"Niin, tuo sinun Pablosi!"
"Oletko vihoissasi siitä, että häntä ajattelen? Minä rukoilen don
Antonion, rakkaan isäni, puolesta samoin kuin Pablon."
"Minä tiedän sen rakkaani, ja laupias Luoja kuulkoon
rukouksemme."
"Sinä odotat kirjettä isältä?"
"Niin, hartaasti, lapseni."
"Jos Pablo olisi hänen luonaan, hän suojelisi hänen henkeään."
Surussaankin hymyillen tuolle lapselliselle lauseelle, joka osoitti,
kuinka lakkaamatta Marian ajatukset liikkuivat hänen ystävässään ja
kuinka korkea käsitys hänellä oli nuorukaisesta, vastasi señora:
"Luuletko?"
"Oi", sanoi Maria innokkaasti, "Pablo on urhoollinen ja hyvä ja
kiitollinen, sinä et vain tunne häntä, äiti, niinkuin minä. Hänellä on
hyvä sydän."
"Sitä en epäile, Mariquita, ja kuitenkin kadun monesti, että
olemme kasvattaneet hänet meikäläiseksi; mitä hänestä on tuleva?"

38. "Oi äiti, sinulla on juuri siksi huono käsitys hänestä, että hän on
ruskea. Eikö Jumala ole luonut valkeita, ruskeita, jopa mustiakin
ihmisiä? Pablo on hyvin viisas ja enemmän caballero kuin moni
valloittajien jälkeläinen."
"Hän on synkkä ja umpimielinen."
"Niin sinä sanot, koska et tunne häntä; minä olen hänen sisarensa,
ja minulle hänen sydämensä on avoin."
"Hän on intiaani, ja väri erottaa meidät samoin kuin
sielunlahjatkin."
"Emmekö kaikki ole Luojan luomia, äiti? Hän on minulle kertonut,
mitä hän on lukenut vanhoista kirjoista kansastaan: kuinka se on
ollut suuri ja mahtava, ennenkuin valloittajat tulivat, ja hän on hyvin
ylpeä siitä. Kuitenkin hän on myös hyvin viisas ja ahkera. Isä
Bernardo, joka häntä kovin rakasti, sanoi, ettei hänellä koskaan ole
ollut lahjakkaampaa oppilasta."
"Niin, rakkaani, myönnänhän kernaasti hänen ansionsa."
"Näetkös! Ja nyt hän on niin onneton, siksi että hän polveutuu
vanhoista maya-kuninkaista, ah, äiti, jos hän on vielä elossa."
"Me olemme kaikki Jumalan kädessä, Mariquita, Herra on häntä
suojeleva, häntä ja, sitä toivon nöyrästi, myös don Antoniota."
"Niin, Hän on heitä suojeleva, äiti. Jumala suojelee hyviä ihmisiä!
Oi, että Pablo ei ratsasta don Antonion mukana, hän kyllä karkoittaisi
kapinalliset."

39. Taas señoran täytyi naurahtaa, kyynelien läpi. Kuinka Maria
ihailikaan ruskeata nuorukaista, joka noin oli kasvanut kiinni hänen
elämäänsä nuoruudesta alkaen!
Vanha intiaanipalvelija astui parvekkeelle.
"No, Pepe?"
"Señor de Mendez kysyy, voiko hän päästä señoran puheille."
Äiti ja tytär katsoivat hämmästyneinä ja kysyvästi toisiinsa, ja
Marian kasvoilla kuvastui katkera vihastus. Kumpaisenkaan naisen
suosiossa ei nuori haciendero ollut koskaan ollut, mutta sen jälkeen
kuin hän oli ollut niin raaka Pabloa kohtaan, ei Maria enää sietänyt
häntä silmissään. Kuitenkaan ei sopinut kieltää hänen tuloaan, hän
oli naapuri. Ehkäpä hän myös toi sanomia sodasta. "Meidän täytyy
ottaa hänet vastaan."
"Minä siis menen."
"Ei, tyttäreni, sinä et saa jättää minua yksin. Johda señor de
Mendez tänne."
Nuori mies, joka ilmestyi hienossa ratsastuspuvussa, kumarsi
kohteliaasti naisille.
"Olen kummastunut, kun näen teidät", kävi donna Inez
puhumaan, "luulin teidän olevan sodassa".
"Minä olin Guatemalassa, señora, tarjotakseni käteni isänmaan
puolustukseen; mutta minulla oli kova onni olla kunnianarvoisan
isosetäni suuressa epäsuosiossa, ja hän lähetti minut pois."

40. "Oh, conde de Lerma on teidän isosetänne?"
"Sen pahempi, tekisi mieli sanoa, sillä hän riisti minulta onnen
taistella maan puolesta."
"Mutta te tuotte meille varmaan sanomia sotanäyttämöltä, señor?"
"Minä toivoin päinvastoin täällä saavani kuulla jotakin sodasta.
Minä olin pohjoisessa, missä kaikki on rauhallista, ja olen vasta
muutamia päiviä sitten palannut. Ensimmäinen vierailu koski don
Antonion taloa."
"Se, mitä mieheni kirjeet ovat maininneet maan asioista, ei ole
paljon eikä anna suuria toiveita. Kapina näyttää käyvän yhä
laajemmaksi. Mieheni viimeisten rivien mukaan on ollut pakko vetää
joukot pois Guatemalasta ja jättää se vihollisille."
"Oh", ilon väre vilahti nuoren miehen kasvoilla, heti taas kadoten,
"onko kuuluisa isosetäni, monien taistelujen voittaja, antanut voittaa
itsensä?"
"Don Antonion kirjeet ovat täynnä hänen ylistystään, mutta
vihollinen rynnistää liian suurella ylivoimalla."
"Guatemala kapinallisten hallussa? Silloin Sarmiento olisi
voittanut!"
"Mieheni ei ole sitä mieltä, hän toivoo päinvastoin että maa nyt
ravistuisi hereille ja tuottaisi motineroille [= kapinoitsijoille] pikaisen
lopun."
"Niinpä toivon, ettei hän toiveissaan pety. Ellen erehdy, näyttelee
vuori-mayain punainen päällikkö Chamulpo kohtalokasta osaa

41. veljessodassa; hän näyttää asettuneen kapinallisten puolelle?" lausui
Mendez.
"Siitä ei mieheni ole maininnut mitään."
"Señorita d'Irala ei näytä iloiselta", kääntyi nuori haciendero nyt
Mariaa puhuttelemaan, "donna Maria varmaan suree kallista isäänsä,
joka on sodassa?"
"Niin, señor, häntä ja kasvinkumppaniani Pabloa."
"Ah, te tarkoitatte punaista lempipalvelijaanne?"
"Pablo ei ollut mikään palvelija", sanoi muuten niin vieno neitonen
nyt leimuavin silmin, "hän oli talon kasvatti ja minun ystäväni,
señor".
"Uskon sen mielelläni, señorita, vaikkakaan en täysin ymmärrä."
Maria ei vastannut.
Kilisevin kannuksin astui nyt muitta mutkitta kuistille vanha
vaquero, ja hänen takanaan näkyivät Pepen, palvelijan kasvot.
"No", kysyi señora, joka tunsi karjapaimenen, "mikä tuo sinut
tänne,
Benito?"
"Señora, vuorilla on taistelu käynnissä, jo aamulla varhain me
kuulimme tykkien jyskettä —"
Kaikki hypähtivät pystyyn pelästyneinä, naiset olivat kalvenneet.
"Silloin minä lähdin siitä señoralle ilmoittamaan."

42. "Jumalan tähden, Benito, mitä sinä sanot?"
"Siellä on täytynyt olla kiivas taistelu."
"Ja meikäläiset, meikäläiset? Don Antonio?"
"Sen enempää en tiedä, señora. Taistelu oli kaukana meistä, tuuli
kantoi tykin jyskeen kuuluviimme laaksosolien kautta."
"Lähenikö se tännepäin?"
"Ei, niin kauan kuin minä olin karjojen luona."
"Siellä ovat meikäläiset, Jumala heitä auttakoon."
"Amen!" sanoivat vaquero ja Maria. Myöskin señor de Mendez oli
käynyt hyvin levottomaksi.
"Minä olen tullut viemään señoran vuorille, jos señora niin
käskee."
"Tarkoitat hyvää, kelpo Benito", vastasi señora kovin
kiihdyksissään, "mutta minä odotan, kunnes saan tarkempia tietoja".
Maria painautui hellästi äitiinsä.
"Ne ovat kuitenkin niin tärkeitä uutisia", sanoi señor de Mendez,
"että minun, niin kernaasti kuin joka tapauksessa tarjoaisinkin
arvoisille naisille halpaa suojelustani, mitä kiireimmin täytyy lähteä
kotiini".
Luoden häneen katseen, joka ilmaisi kaikkea muuta kuin
kunnioitusta, donna Inez sanoi: "Sen hyvin ymmärrän ja toivotan
señor de Mendezille onnellista matkaa."

43. Hän kumarsi jäähyväisiksi päätään, ja nuori mies poistui
jokseenkin kiireisesti. Vanhan vaqueron katse seurasi häntä
ylenkatseellisena. "Mitä minä teen, señora? Jäänkö tänne
odottamaan teidän käskyjänne? vai ratsastanko vuorille tietoja
hakemaan?"
"Ellet oli liian rasittunut, niin tämä jälkimmäinen olisi minulle
mieluisinta."
"Rasittunutko? Pyh, señora, istun neljäkolmatta tuntia satulassa,
jos niikseen tulee. Minä vain syön jotakin, sitten lähden ratsaille."
"Hyvä, Benito, pyydä itsellesi ruokaa ja sitten ota hevosia, miehiä,
rahaa, mitä tarvitset, kunhan vain palaat niin nopeasti, kuin voit."
Tulisinta laukkaa kiitävän ratsun kavioniskut kaiuttivat ilmaa,
kuistikon edustalle ilmestyi lanceroupseeri.
"Antonio!"
"Isä!"
"Inez! Maria!" kuuluivat riemukkaat huudahdukset, ja seuraavassa
tuokiossa olivat puoliso ja tytär don Antonion sylissä.
"Oi, Antonio, rakkaani", sanoi ensimmäisen mielenliikutuksen
asetuttua donna Inez peloissaan, "oletko pakomatkalla?"
"En, rakas, me olemme torjuneet rosvot. Oi, Inez armaani,
tyttäreni —", ja uudelleen hän syleili molempia.
"Olette pippuroineet motineroja, señor?"
"Niin, vanha veikko, kelpo lailla; mutta kuinka sinä olet täällä?"

44. "Hän tuli ilmoittamaan, että vuorilla taisteltiin, ja ollakseen minulle
avuksi."
"Hyvä, ukkoseni, hyvä."
Hän vei vaqueron syrjään.
"Tunnetko polun kallioiden poikki, Benito?"
"Tunnen, señor."
"Sinun tulee heti johtaa joukkoja sinne, jotta vihollinen ei pääse
karkaamaan selkäämme. Eikö Tamay tuntenut myös polkua?"
"Tunsi hänkin."
"Ole valmiina. Montako miestä tarvitset?"
"Viisikymmentä tarkka-ampujaa puolustaa sitä kokonaista armeijaa
vastaan."
"Hyvä. Odota, kunnes kenraali tulee."
Sitten hän kääntyi jälleen donna Ineziin.
"Kuinka, kuinka ovat asiat, Antonio?"
"Saat tietää kaikki, rakkaani. Toistaiseksi ei ole mitään huolta.
Mutta jäljessäni ratsastaa conde aikoen majailla meidän kattomme
alla. Hänen seurassaan on useita upseereita ja esikunnan vartio;
pyydän sinua, rakkaani, järjestämään kaikki ottaaksemme heidät
vastaan."

45. "Minä riennän heti antamaan ohjeita." Ja kiireesti donna Inez lähti
talon sisähuoneisiin.
"No, pikku lemmikkini, kuinka olette viettäneet aikanne?"
"Olemme rukoilleet puolestasi, isä."
"Ja Jumala on kuullut rukouksenne!"
"Ja isä kulta, etkö ole saanut mitään tietoa Pablosta?"
"Ruskeasta maya-soturistamme? En, rakkaani."
Suruissaan Maria painoi päänsä.
"Minulla oli eskadroonassani muutamia mayoja, jotka taistelivat
erinomaisesti, ja erään, rohkeimman heistä, jolle sanoin, kuka sinun
ystäväsi oikeastaan on ja että hänellä on rinnassaan maya-
kuningasten merkki — mikä mieheen teki valtavan vaikutuksen —,
lähetin tiedustelemaan häntä kazike Chamulpon tyköä, mutta hän
palasi, saamatta mitään selkoa. No, ole nyt vain rauhallinen, Maria,
Pablollakin on suojelusenkelinsä."
"Oi, tuolla kenraali tulee."
Don Antonion astuessa upseerien ja lancero-osaston saattamana
sotapäällikköä vastaan Maria pujahti sisähuoneisiin.
* * * * *
Señor de Mendez ratsasti mielessään ylvästellen tiheään metsään
vievää tietä pitkin, joka johti hänen tiluksilleen.

46. "Suuri sotapäällikkö näkyy esittäneen osansa loppuun", hän sanoi
ivallisesti, "jos hänet on tungettu tänne asti. On aika laittautua hyviin
väleihin Sarmienton kanssa, jos vielä mieli pelastaa mitään tästä
sekasorrosta. Kun ei yksikään noista minun verikoiristani anna
mitään vihiä itsestään! Jo kauan sitten olisi jotakin pitänyt tapahtua;
sillä on jo aika, että saan haltuuni Penariscon haciendan
rappeutuneitten raha-asiaini auttamiseksi. Minun täytyy mennä
Sarmienton puolelle, muuten conden omaisuus pannaan
takavarikkoon ja on minulta mennyttä. Kunpa nyt vain ensin saisin
tietoja! Hän on vaarallinen soturi, sen kyllä tiedän, ja minun täytyisi
toki ensinnä saada varma selko asiain tilasta, ennenkuin julkisesti
liityn kapinallisiin."
Hänen verkalleen ratsastaessaan tällaisia ajatuksia mielessään
hautoen astui tiheästä pensaikosta esiin mulatti, joka tervehtien
viittoili häntä luokseen.
Keltaisen, rosvomaiselta näyttävän miehen yht'äkkiä ilmestyessä
Mendez lysähti kokoon pelästyneenä, mutta sanoi sitten ilostuen:
"Oh,
Tito poikaseni, oletko vihdoinkin tullut? Caramba! annatte minun
odottaa."
"Oli mahdotonta tulla aikaisemmin, señor", kuului miehen vastaus.
"No? Ja nyt? Kerro pian. Conde?"
"Voi hyvin."
Mendez näytti kaikkea muuta kuin ilahtuneelta vastauksesta.

47. "Mahdotonta päästä hänen lähettyvilleen, señor, aivan
mahdotonta. Te tunnette minut: ansaitsen mielelläni kourallisen
kultarahoja, mutta hän on liian hyvin vartioitu."
"Missä muut ovat?"
"Tulevat jäljestäni."
"Hampaattomia susia te olette, ette muuta."
"Malttakaa vain, kyllä vielä purraankin."
"Mikä taistelu oli tuolla vuorilla?"
"Conden kimppuun käytiin hänen peräytyessään, mutta hän
karkoitti motinerot verissä päin sekä miehitti solat."
"Niinpä hän on sittenkin päässyt virtensä päähän, sillä tuo
kapinallisten torjuminen on vain pieni ajanlykkäys. Jos nyt Sarmiento
hyökkää hänen selkäänsä, hän on hukassa."
"Niin kyllä, señor; mutta Sarmiento ei tunne vuorten poikki vievää
kalliopolkua."
"Ja eikö ole ketään, joka voi sen hänelle neuvoa?"
"Kyllä, señor, sellaisia on, jos kohta vain harvoja."
Pensaikosta astui esiin leveäharteinen neekeri ja intiaani,
molemmat yhtä rosvomaisia näöltään kuin mulattikin.
"Minä olen tyytymätön teihin, pojat!" puhutteli Mendez heitä.

48. Welcome to our website – the ideal destination for book lovers and
knowledge seekers. With a mission to inspire endlessly, we offer a
vast collection of books, ranging from classic literary works to
specialized publications, self-development books, and children's
literature. Each book is a new journey of discovery, expanding
knowledge and enriching the soul of the reade
Our website is not just a platform for buying books, but a bridge
connecting readers to the timeless values of culture and wisdom. With
an elegant, user-friendly interface and an intelligent search system,
we are committed to providing a quick and convenient shopping
experience. Additionally, our special promotions and home delivery
services ensure that you save time and fully enjoy the joy of reading.
Let us accompany you on the journey of exploring knowledge and
personal growth!
ebookultra.com