Master dissertation proposals

On this page you can find a short overview of the master dissertation topics our lab offers to students for the academic year 2019-2020. More information on the master dissertation is available at the Ghent University master thesis website.


Master dissertation topics:

 

Ecotoxicologisch en fysicochemisch verantwoord lozen en hergebruiken van afvalwater binnen de groenten- en aardappelverwerkende industrie

Beschrijving: 

Onderwerp 1:

De steeds grotere waterstress, en bijhorende stijgende waterprijzen, benadrukken de nood aan verhoogd hergebruik van proces- of afvalwater tijdens de verwerking van groenten en aardappelen. Dit is niet geheel zonder risico. Bij hergebruik kunnen bestrijdingsmiddelen, de zogenaamde gewasbeschermingsmiddelen (GBM), namelijk accumuleren in het proceswater waardoor kruiscontaminatie naar bv. andere of hetzelfde type gewassen kan optreden. Het gebruik van een ozon gebaseerde behandeling, al dan niet gecombineerd met actieve kool, heeft reeds aangetoond gelijkaardige componenten (bv. farmaceutische restproducten en/of pesticiden) efficiënt te verwijderen uit bv. conventioneel gezuiverd huishoudelijk afvalwater. Echter zijn er nog heel wat onbekenden vooraleer een succesvolle toepassing gegarandeerd kan worden. Finaal dient een oplossing te resulteren in (i) een gezuiverd afvalwater dat minder milieubelastend is, ook vanuit ecotoxicologisch perspectief, en (ii) een fysicochemisch (GBM onder de drinkwaternorm) en microbieel veilig (herbruikbaar) proceswater.

Specifiek binnen dit thesisonderwerp zullen waterstalen bij deelnemende ondernemingen worden genomen met het oog op een doelgerichte fysicochemische karakterisering van de waterstromen van belang (cfr. effluent en mogelijkse hergebruik stromen). Specifieke parameters van de ganse watermatrix zullen i.f.v. de toegepaste waterbehandeling (bv. ozonvraag, verhouding snel/traag reagerende componenten, etc.) worden bepaald. Daarnaast zal ook het ecotoxiciteitsniveau in het huidige ongezuiverde en het gezuiverde afvalwater worden bepaald.

Deze informatie kan daarna verder gebruikt worden om de combinatie van ozon met eventuele voor en/of na geschakelde technieken te vergelijken met het gebruik van een actieve kool filter. Dit voor een optimale GBM verwijdering alsook om het ecotoxiciteitsniveau te verbeteren.

Onderwerp 2:

In de aardappelverwerkende industrie wordt er tijdens het blancheren (koken) van onze (Belgische) frietjes heel veel water verbruikt. Dit water is vaak nog vrij schoon, bevat nog energie (warmte) maar ook bepaalde waardevolle componenten (zoals zetmeel). Dit maakt het interessant om dat water te hergebruiken in de blancheerstap en om die waardevolle componenten hieruit te kunnen opzuiveren.

Dit deel van het onderzoek zal voor een beperkt stuk bestaan uit het verder karakteriseren van het blancheerwater op enkele basisparameters (COD, BOD, pH, zetmeelgehalte…). Anderzijds zal er actief gezocht worden naar verschillende technologieën die kunnen geschikt zijn om het blancheerwater te zuiveren. Vanuit deze technologiestudie zullen verschillende cases worden uitgewerkt en getest in de nieuwe piloothallen van het VEG-i-TEC onderzoeksgebouw.

Meer concreet zal het onderzoek eruit bestaan om:

-          Staalnames uit te voeren bij de deelnemende bedrijven en deze te gaan analyseren op een set van reeds gedefinieerde parameters (o.a. COD, pH, suiker- en zetmeelgehalte)

-          Via opzoekwerk (literatuurstudie) een oplijsting te maken van mogelijk toepasbare waterzuiveringstechnologieën , alsook via experimentele wijze een selectie van deze technieken te gaan evalueren in samenspraak met de begeleider. Hierbij wordt o.a. gedacht aan coagulatie-flocculatie en membraanfiltratie.

-          Alle bekomen data (en mogelijks reeds beschikbare data) zal op een statisch verantwoorde manier verwerkt worden, ter vergelijking van de uitgevoerde analyses/experimenten, en neergeschreven worden.

Trefwoorden: proceswater, hergebruik, water, waterzuivering, voeding, ecotoxicologie, voedingsprocessen

Promotor(s):
prof. Imca Sampers (LA23); prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)

Tutor(s):
Michael Chys (LA24)

Back to top

 

Fish population modelling for ecological risk assessment of chemicals  

Beschrijving:

Ecological Risk Assessment (ERA) aims to potect ecosystems, including fish populations, to toxic effects of chemical pollution. Yet, ecotoxicity studies with fish populations are rare, expensive and controversial for ethical reasons. Model-based predictions of chemical effects on fish populations are therefore a solution.  In this thesis, the student will investigate the effects of chemicals on fish populations using a mechanistic modelling approach (individual based modeling, IBM). Different avenues of research within this topic are possible, such as: effects of hormone disruptors, behavioral effects of human and veterinary pharmaceuticals , long-term adaptation to chemical stress, or the impact of ecological factors on chemical stress, such as river morphology, climate and temperature. This subject is especially suited for students interested in (ecological) modelling and/or water quality. The students should have some skills in scientific programming (for example R, Matlab, or NetLogo).

Trefwoorden: Ecological risk assessment, Fish, Population modelling, Hormone disruptors, Pharmaceuticals, Water Quality

Promotor(s):
dr. Karel Viaene (Arche Consulting ); prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)

Tutor(s): Sharon Janssen (LA22)

Back to top

 

Je bent wat je eet: microplastics op ons bord, microplastics in ons lichaam?

Beschrijving:

In ons laboratorium (GhEnToxLab) wordt al meer dan 10 jaar onderzoek verricht naar de aanwezigheid en mogelijke effecten van (micro)plastics in de Noordzee en op het strand. De aanwezigheid van marien zwerfvuil is een mondiaal probleem dat blijft toenemen; jaarlijks wordt er zo’n 4.7 à 12.7 miljoen ton plastic in zee gedumpt. Op de zeebodem van het Belgisch deel van de Noordzee bijvoorbeeld kunnen tot 20 000 items zwerfvuil per km² aangetroffen worden; 90 tot 96% daarvan is plastic afval. Het microscopisch plastic afval (microplastics) is eveneens abundant aanwezig. Ook op het strand bestaat 95,5% van het afval uit plastic.

Microplastics worden opgenomen door een zeer brede waaier aan organismen en kunnen ook bij deze dieren leiden tot ongewenste negatieve effecten. De aanwezigheid van microplastics in zeevoedsel kan een bedreiging vormen voor onze voedselveiligheid. De aanwezigheid en de effecten van microplastics in het (Belgisch) marine milieu zijn de laatste 10 jaar goed bestudeerd door ons laboratorium.

Met deze Masterproef willen we nu – op basis van de hierboven beschreven fundamenteel kennis – onderzoeken of deze microplastics ook in ons lichaam terecht komen en of zij effectief een effect hebben op de menselijke gezondheid. We zullen hiervoor gebruik maken van in vitro methodes met humane cellijnen of weefsels om via cellulaire en moleculaire assays te bepalen of er een effect is van microplastics op onze gezondheid.

Trefwoorden: microplastics, menselijke gezondheid

Promotor(s):
prof. dr. Colin Janssen (LA22); prof. dr. Jana Asselman (LA22)

Tutor(s): Prof. dr. Jana Asselman (LA22)

Back to top

 

Biodiscovery in noordzee: onze nieuwe bron van bio-moleculen?

Beschrijving:

Onze oceanen en zeeën zijn een bron van biodiversiteit en daarom vaak ook een bron van biodiscovery. Heel wat organismen waaronder kwallen, algen en bacteriën, produceren immers een scala van bio-moleculen met mogelijks nut voor de mens. Momenteel zijn er reeds meer dan 18000 moleculen uit de zee gekend die een toepassing hebben voor de mens. Deze toepassingen zijn zeer breed, gaande van nieuwe medicijnen, tot biobrandstof of pesticide.

In dit onderzoek zullen we bio-moleculen uit zeelucht opsporen en trachten te identificeren via geavanceerde massaspectrometrische technieken. Er zullen enerzijds veldstalen genomen worden aan zee en anderzijds zal er in het laboratorium gewerkt worden met algen en andere organismen die mogelijke bio-moleculen produceren. Dit zal gebeuren in een zogenaamde marine aerosol referentie tank (MART) waarbij via de proefopstelling aerosolen van zeewater in het labo gecreëerd kunnen worden.

Deze masterproef maakt deel uit van de nieuwe onderzoeksdiscipline “Linking Oceans and Human Health” - zal zowel veld- als labowerk omvatten. Dit thesisonderwerp is een samenwerking tussen de BlueGrowth onderzoeksgroep en de ENVOC onderzoeksgroep.

Trefwoorden: Biogene hypothese, Zee-spray aerosolen, Noordzee, Menselijke gezondheid

Promotor(s):
Prof. dr. Jana Asselman (LA22); Prof. dr. ir. Christophe Walgraeve (LA24)

Tutor(s): Prof. dr. Jana Asselman (LA22)

Back to top

 

Anti-fouling en selectieve fouling in the mariene milieu. Innovatief onderzoek waar chemie en ecologie elkaar ontmoeten

Beschrijving:

De term fouling is de verzamelnaam van het vormen van een film micro-organismen, gevolgd door het vasthechten van grotere organismen zoals zeepokken, mosselen en wieren, op harde onderwatersubstraten , onderwaterinstallaties en nieuwe havenstructuren. Omdat deze aangroei enorme economische  gevolgen kan hebben is het voorkomen van dergelijke fouling een belangrijk in de mariene/maritieme sector.

Conventionele antifoulingtechnieken, zoals het gebruik van verven en coatings op basis van toxische stoffen, hebben een ongewenste impact op het milieu en hun gebruikt wordt dan ook steeds meer verboden. Onderzoek naar alternatieve, niet-toxische, coatingtechnieken is dan ook dringend nodig. Momenteel wordt onderzoek gedaan naar nieuwe polymeercoatings die, door hun samenstelling of structuur, de fouling-organismen verhinderd om zich vast te hechten of deze doet afsterven. Fouling is echter een tweesnijdend zwaard. Het bevorderen van selectieve fouling van bepaalde mariene soorten kan ook voordelen opleveren (toename van de biodiversiteit) bij (rif)restoratie, de bouw van nieuwe mariene structuren, en aquacultuurtoepassingen. Kennis over welke substraten en vooral welk type substraatoppervlak welke soorten aantrekt is momenteel onbestaand.

In deze masterproef zal onderzoek verricht worden naar hoe nieuwe te ontwikkelen en bestaande (bio)polymeercoatings, door hun samenstelling of structuur, de groei van verschillende fouling-organismen (bacteriën, mollusken, zeepokken en zeewieren) verhinderen (anti-fouling) of bevorderen (selectieve fouling). Dit zal gebeuren via labo-experimenten en in een aantal veldstudies op zee. In deze masterproef zullen diverse biologische en chemische technieken toegepast worden. Dit onderzoek is in samenwerking met (bio)polymeer- en biofilmexperten van verschillende UGent faculteiten.

Deze masterproef - die deel uitmaakt van de onderzoeksdiscipline in ons lab “Blue growth: Building with Nature” - zal zowel veld- als labowerk omvatten.

Trefwoorden: fouling, building with nature, biopolymeren

Promotor(s):
prof. dr. Colin Janssen (LA22); prof. dr. Peter Dubruel (WE07)

Tutor(s): prof. dr. Colin Janssen (LA22)

Back to top

 

Kobalt en vanadium in processtromen en industriële afvalwaters: impact van speciatie op recuperatie en milieu-impact na lozing

Beschrijving:

Kobalt en vanadium zijn metalen die o.a. gebruikt worden als katalysator bij verwerking en raffinage van petroleumproducten, batterijtechnologie en staalproductie. Ze kunnen echter ook schadelijke effecten hebben op het aquatische milieu en daarom dienen industrieën aan steeds strengere normen te voldoen voor lozing in oppervlaktewater. Deze normen zijn gebaseerd op de aanwezigheid van een specifieke toxische vorm, waar deze elementen echer in verschillende vormen aanwezig kunnen zijn. Technologieën voor verwijdering en recuperatie van kobalt en vanadium uit het industrieel afvalwater (bijvoorbeeld sorptie / ionenuitwisseling) kunnen tevens een aantal fysico-chemische eigenschappen van het ontvangende water (bv. pH, verschillende types organische stof) beïnvloeden. Wijzigingen in de lokale chemie (complexatie) van de metalen geloosd in het aquatische milieu beïnvloeden de uiteindelijke biobeschikbaarheid en toxiciteit van deze elementen. In dit eindwerk zal dan ook gebruikt gemaakt worden van computermodellering en voltammetrische technieken om de chemische vorm en beschikbaarheid van kobalt en vanadium in industriële processtromen, afvalwaters, waterzuiveringssystemen, en het ontvangende oppervlaktewater, alsook de factoren die de transformaties van kobalt en vanadium in het verwijderings- en lozingstraject beïnvloeden, te onderzoeken.

Trefwoorden:
metalen, toxiciteit, milieu, oppervlaktewater, lozing, afvalwater, speciatie, herwinning, hergebruik, recyclage

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22); prof. ir. Gijs Du Laing (LA24)

Tutor(s):

Bernd Mees (LA24)

Back to top

 

Mixing it up: what is the real environmental risk of chemical mixtures? 

Beschrijving:

Currently, risk assessment is still mostly based on the effects of single substances on individual animals. In contrast, in reality organisms are exposed to mixtures of chemical pollutants, that can vary over time in both concentration and composition. To better protect the environment from harmful substances, it is in our interest to know how populations react to exposure of chemical substances and their mixtures. We have already demonstrated that models (DEB-IBMs) are capable of predicting effects of individual chemicals on populations, but this is not sufficient.

In this thesis we will use the potential of DEB-IBMs to predict effects of chemical pollutant mixtures in real life. Focus will be on the so-called priority pollutants, substances registered by the European Commission that are considered a threat for aquatic life in European waters. With a population experiment with Daphnia magna, toxicity effects of time-variable mixtures will be determined.

The student can choose to either perform lab-work only, or to combine lab work with mechanistic modelling (DEB-IBM models). Eventually, the results of the population experiments will be used to evaluate accuracy and predictive capacity of DEB-IBMs for realistic mixtures. The ultimate goal of this thesis is to advance the implementation of mixture toxicity in chemical safety policies and frameworks.

Trefwoorden: Ecological risk assessment, Priority pollutants, Population effects, Mechanistic modelling

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22); Dr. Karel Viaene (Arche consulting)

Tutor(s): Karel Vlaeminck (LA22)

Back to top

 

Human and eco-toxicological impact of pharmaceuticals and their metabolites in the environment: towards novel LCA methodologies

Beschrijving:

Fate, exposure and effect are key factors in characterising the environmental impact of chemical substances. Studies have been performed towards the human and eco-toxicological impact of so-called Active Pharmaceutical Ingredients (API) in their end of life phase upon excretion. Pharmaceutical companies struggle however to identify the full picture of the potential toxicological impact caused by administrating medicines. A multidisciplinary study is necessary to account for bioavailability of APIs in the human body, and thereby the excretion of APIs and their metabolites. Effect or fate factors can be simulated using amongst others physicochemical characteristics through Quantitative Structure–Activity Relationship models (QSAR models), allowing to calculate complete characterisation factors. The latter will enable human and eco-toxicological impact assessment of medicines using Life Cycle Assessment (LCA), which is of ultimate relevance for pharmaceutical companies. This thesis will be conducted in close collaboration with Janssen Pharmaceutica, Johnson and Johnson. It is highly recommended to contact the promotor/tutor to ultimately meet your expectations and the needs of the company due to the wide scope of the subject.

Trefwoorden: Pharmaceuticals in the Environment (PIE), Life Cycle Assessment, QSAR, human and eco-tox, metabolites

Promotor(s):
prof. dr. Colin Janssen (LA22); prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22); prof. dr. ir. Jo Dewulf (LA24)

Tutor(s): prof. dr. ir. Jo Dewulf (LA24)

Back to top

 

Modelling spatial components of toxicant exposure and effects in aquatic systems

Beschrijving:

Currently, toxicity estimates used in ecological risk assessment (ERA) of chemicals are usually based on laboratory experiments on individual animals. This approach creates a disconnect between toxicity estimates and the larger scale populations and ecosystems we are interested in protecting. Mechanistic population models, such as dynamic energy budget invidual based models (DEB-IBM's), address these concerns by providing a mathematical framework that connects individual exposure effects with population dynamics.

In this thesis, we will investigate the influence of spatial heterogeneity on population-level toxicant exposure and effects dynamics, as opposed to the common assumption of spatially homogenous environments, which is not realistic. The goal of this thesis will be to use a model to increase our understanding of interactions between organisms and their environments under toxicant stress. 

Trefwoorden: Ecotoxicology, Chemical pollution, Toxicants, Mechanistic Modelling, Spatial Heterogeneity

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22); dr. Karel Viaene (Arche Consulting )

Tutor(s): Kristi Weighman (LA22)

Back to top

 

Bioavailability and risk assessment of human and veterinary antibiotics to aquatic microorganisms

Beschrijving:

Antibiotics are being detected in freshwater ecosystems across the globe. They present potential risks to microorganisms that are of important functional value, such as algae and cyanobacteria. Ecotoxicity effects of antibiotics, however, might strongly depend on the dynamics of aquatic environments, including factors like pH, organic matter, salinity, and metal ions (e.g., Zinc, Copper). These factors regulate the fate of antibiotics in the environment and thus affect their uptake, availability and toxicity for organisms. In this thesis we will gain insight in the role of environmental conditions in regulating antibiotics bioavailability through ecotoxicity experiments and/or models. Laboratory toxicity tests will be performed with cyanobacteria, which are extremely sensitive to antibiotics. Focus will be put on antibiotics of emerging concern according to current European legislative frameworks.

Students will: 

1)      identify environmental factors that potentially affect antibiotics bioavailability based on scientific literature

2)      design and carry out ecotoxicity experiments at realistic trace concentrations to test the influence of these environmental factors on antibiotics toxicity. Experiments will take place at GhEnToxLab, in collaboration with the EnVOC research group (both at Campus Coupure, Ghent, Belgium).

3)      Analyze and report test results and interpret their data in the context of environmental risk assessment.

Trefwoorden: Antibiotics, Water quality, Bioavailability, Ecological risk assessment, Cyanobacteria, Ecotoxicology

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22); prof. dr. ir. Kristof Demeestere (LA24)

Tutor(s): Qiyun Zhang (LA22)

Back to top

 

Antimicrobiële resistentie in het milieu: reden tot bezorgdheid?

Beschrijving:

Er is toenemende bezorgdheid dat de toenemende emissie en verspreiding van humane en dierlijke antibiotica in het milieu kan bijdragen aan de problematiek van antibiotica resistentie in de gezondheidszorg, wanneer resitente pathogenen via het milieu bij de mens terechtkomen. 

Daarom worden momenteel b.v. waterkwaliteitscriteria afgeleid voor antibiotica die antimicrobiële resistentie zouden moeten voorkomen of de verspreiding ervan verminderen. Deze normen worden echter afgeleid op basis van klinische in vitro experimenten met pathogenen in omstandigheden (b.v. samenstelling medium, temperatuur, pH) die niet representatief zijn voor het milieu.

In deze thesis zullen we onderzoeken hoe we de resultaten van zo'n standaard klinishe resistentie experimenten op een wetenschappelijk verantwoorden en realistische manier kunnen vertalen naar het werkelijke milieu (b.v. oppervlaktewater in Vlaanderen, België, Europa).

Op die manier zullen we een betere inschatting kunnen maken of de bezorgdheid rond antibiotica resistentie in het milieu terecht is, overschat wordt of, erger, nog onderschat wordt.

Trefwoorden: antibiotica resistentie, water kwaliteit, gezondheid

Promotor(s):
prof. dr. Karel De Schamphelaere (LA22)

Tutor(s): Qiyun Zhang (LA22)

Back to top