Nitrifying microbial community analysis of nitrite accumulating biofilm reactor by fluorescence in situ hybridization

Biological nitrogen removal via nitrite pathway in wastewater treatment is very important especially in the cost of aeration and as an electron donor for denitrification. Wastewater nitrification and nitrite accumulations were carried out in a biofilm reactor. The biofilm reactor showed almost complete nitrification and most of the oxidized ammonium was present as nitrite at the ammonium load of 1.2 kg N/m3/d. Nitrite accumulation was achieved by the selective inhibition of nitrite oxidizers by free ammonia and oxygen limitation. Nitrite oxidation activity was recovered as soon as the inhibition factor was removed. Fluorescence in situ hybridization studies of the nitrite accumulating biofilm system have shown that genus Nitrosomonas which is specifically hybridized with probe NSM 156 was the dominant nitrifying bacteria while Nitrospira was less abundant than those of normal nitrification systems. Further FISH analysis showed that the combinations of Nitrosomonas and Nitrospira cells were identified as important populations of nitrifying bacteria in an autotrophic nitrifying biofilm system.

Dryout phenomena in a three-phase fixed-bed reactor

Understanding the mechanism of liquid-phase evaporation in a three-phase fixed-bed reactor is of practical importance, because the reaction heat is usually 7-10 times the vaporization heat of the liquid components. Evaporation, especially the liquid dryout, can largely influence the reactor performance and even safety. To predict the vanishing condition of the liquid phase, Raoult's law was applied as a preliminary approach, with the liquid vanishing temperature defined based on a liquid flow rate of zero. While providing correct trends, Raoult's law exhibits some limitation in explaining the temperature profile in the reactor. To comprehensively understand the whole process of liquid evaporation, a set of experiments on inlet temperature, catalyst activity, liquid flow rate, gas flow rate, and operation pressure were carried out. A liquid-region length-predicting equation is suggested based on these experiments and the principle of heat balance.

Reducing fuel consumption through modular vehicle architectures

By identifying energy waste streams in vehicles fuel consumption and introducing the concept of lean driving systems, a technological gap for reducing fuel consumption was identified. This paper proposes a solution to overcome this gap, through a modular vehicle architecture aligned with driving patterns. It does not address detailed technological solutions; instead it models the potential effects in fuel consumption through a modular concept of a vehicle and quantifies their dependence on vehicle design parameters (manifesting as the vehicle mass) and user behavior parameters (driving patterns manifesting as the use of a modular car in lighter and heavier mode, in urban and highway cycles). Modularity has been functionally applied in automotive industry as manufacture and assembly management strategies; here it is thought as a product development strategy for flexibility in use, driven by environmental concerns and enabled by social behaviors. The authors argue this concept is a step forward in combining technological solutions and social behavior, of which eco-driving is a vivid example, and potentially evolutionary to a lean, more sustainable, driving culture.

Viabilidade económica da implementação de um reactor nuclear para a produção de energia eléctrica em Portugal

O presente trabalho tem como objectivo avaliar economicamente e determinar a viabilidade da implementação de um reactor nuclear para produção de energia eléctrica. Faz-se uma abordagem a aspectos da energia nuclear no mundo e em particular a energia nuclear na união europeia, faz-se uma análise sobre a estrutura do sector nuclear em Espanha e o futuro da energia no mundo. É realizada uma análise sobre a energia nuclear em Portugal, são abordados aspectos como o planeamento energético, a localização da central nuclear, os recursos nacionais e internacionais, a inspecção e regulação nuclear e o impacto industrial. Por fim, faz-se uma análise sobre o mix energético português. Faz-se uma descrição do ciclo de combustível, isto é, um estudo a todas as fases pela qual o combustível nuclear passa desde a sua extracção, passando pela produção de energia e processamento dos resíduos. São descritos os principais componentes de uma central nuclear e o seu princípio de funcionamento. São analisados em detalhe os principais componentes de um reactor PWR (Objecto de estudo deste trabalho) e faz-se uma breve descrição de alguns modelos de reactores nucleares. É feita uma breve abordagem aos principais acidentes nucleares que ocorreram, e descrita a escala de ocorrências nucleares e as várias fases de desmantelamento de uma central. São apresentados os principais custos da central nuclear. Também é apresentado um estudo de viabilidade económica analisando três cenários diferentes e é apresentada uma análise de sensibilidade do VAL em função de algumas variáveis que têm grande influência na avaliação económica. São apresentadas as principais conclusões.

Concepção de um reactor batch multifunções

Mestrado em Engenharia Química

Recuperação do calor de um efluente primário para aquecimento de lamas de um reactor anaeróbio

O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo da possibilidade de recuperação de calor de um efluente proveniente do tratamento primário da fábrica do grupo Portucel Soporcel (fábrica produtora de pasta de papel), para o aquecimento da corrente de lamas do digestor anaeróbio da SimRia S.A. – ETAR Norte, (ambas localizadas em Cacia, distrito de Aveiro). A solução consiste na implementação de um sistema de permuta térmica entre estas duas correntes, constituído fundamentalmente por dois permutadores de placas em espiral, montados em paralelo que operam em contra-corrente. Segundo este novo sistema de aquecimento, as lamas abandonam o digestor anaeróbio da mesma ETAR a um caudal de 110 m3/h, que se dividirá em duas linhas, sendo admitidas em cada permutador a 55 m3/h e a uma temperatura de 32 ºC regressando ao digestor a uma temperatura de 37 ºC (temperatura óptima a que ocorre a digestão anaeróbia das lamas). O efluente disponível, abandona o tratamento primário da Portucel, a 45 ºC e é encaminhado até aos permutadores da SimRia S.A., onde vai trocar calor com as lamas e regressa à Portucel a 40ºC, sendo admitido nas torres de arrefecimento da fábrica de papel. A nova instalação proposta pretende substituir a actual existente na ETAR em causa, em que a corrente de água que aquece as lamas, circula num circuito fechado entre um único permutador e uma caldeira, alimentada com o biogás que se produz no digestor anaeróbio, e que é responsável pelo controlo da temperatura da corrente de água. Pretende-se que a implementação deste novo método de aquecimento de lamas seja uma alternativa económica relativamente ao actual sistema, uma vez que vai substituir a corrente de biogás alimentada à caldeira podendo este recurso ser transformado em energia eléctrica e posteriormente comercializada. A análise financeira realizada ao projecto demonstrou que o projecto é rentável, uma vez que, a diferença entre todos ganhos e custos ao fim dos 10 anos de vida útil estimados é de cerca de 150 000,0 €. O período de retorno do investimento é alcançado no final dos primeiros 6 anos e a taxa interna de rentabilidade obtida foi de 36 %. Posteriormente incluiu-se neste estudo a possibilidade de tratamento das lamas geradas na fábrica da Portucel na ETAR da SimRia recorrendo a um terceiro digestor. Conclui-se que se trata duma opção vantajosa, uma vez que permite obter um caudal de biogás 44 m3/h, que convertido em potência permite obter 150 kW que poderá ser aproveitado para produção de energia ou comercializado gerando uma receita adicional de 130 000,0 €/ano para as entidades envolvidas.

Estudo de optimização energética da unidade 1400

O estudo de optimização energética da Unidade 1400 da Fábrica de Combustíveis da Refinaria de Matosinhos da Galp Energia foi realizado com base no projecto de revamping elaborado pela AXENS, devido à existência de dúvidas (Galp Energia) de que aquele projecto não estivesse, do ponto de vista energético, totalmente rentabilizado. Para a consecução deste estudo, foi aplicado o conceito Pinch (Ponto de Estrangulamento), recorrendo-se quer a software dedicado disponível (ASPEN Energy Analyser), quer ao cálculo da Cascata de Calor. Os resultados obtidos em definitivo foram-no através deste último, tendo servido o primeiro apenas como indicador, devido à existência de incoerências (pelo menos aparentes). Foram considerados três cenários, tendo apenas como elemento diferenciador o valor de ΔTmin: 10, 15 e 20 oC. Foi detectado, somente para este último (20 oC), um ponto de estrangulamento. Os três cenários concordam na necessidade de inclusão de um novo permutador de calor entre a corrente de gasóleo após sofrer reacção de hidrogenação (fundo do reactor) e após dois estágios de arrefecimento e a corrente de gasóleo à entrada da Unidade e após recepção do reciclo de hidrogénio, constituindo assim a sua fonte inicial de aquecimento. Como consequência, também são reduzidas as necessidades de serviço da fornalha pré-reactor e das utilidades de arrefecimento. Para o cálculo do novo permutador de calor, seguiram-se duas vias: carcaça e tubos convencional e carcaça e tubos com disposição helicoidal das chicanas (Helixchanger®). Para o primeiro tipo, recorreu-se ao software ASPEN Exchanger Design & Rating, sendo, para o segundo, a empresa detentora da tecnologia (Lummus Technology) a fornecer a solução pretendida. Procedeu-se a um breve estudo de rentabilidade económica do investimento em causa, considerando o seu maior valor (Helixchanger®), sendo o resultado favorável à sua aplicação.

Dimensionamento de um reactor de leito fluidizado para gasificação de biomassa

Na actualidade, quando se procura a diversificação energética, em especial de fontes renováveis, a gasificação surge como uma forma promissora de aproveitamento da biomassa, nomeadamente dos resíduos florestais, para a geração de energia eléctrica. Neste contexto, passou-se em revista as diversas formas de gasificação, a sua evolução histórica e os diversos tipos de reactores com as suas vantagens e desvantagens. De igual forma, foram analisadas as disponibilidades e características da biomassa no mundo e em Portugal, destacando-se as suas potencialidades e as dificuldades no seu aproveitamento. Fez-se o dimensionamento de um reactor-gasificador de leito fluidizado borbulhante à escala piloto, bem como dos equipamentos complementares, sistema de alimentação, ventilador, ciclone, filtro para o gás produzido e gerador eléctrico. As dimensões dum reactor para trabalhos laboratoriais foram determinadas por cálculo das condições hidrodinâmicas, que, também, permitiram calcular o caudal de ar a utilizar. Por balanços materiais, considerando-se uma composição experimental do gás de síntese citada na literatura, determinou-se uma possível composição da alimentação e um caudal de alimentação.

Biofiltration of Air/Styrene and Air/Styrene/Acetone mixtures in a bubble column reactor

The goal of this work was the treatment of polluted waste gases in a bubble column reactor (BCR), in order to determinate the maximum value of reactor’s efficiency (RE), varying the inlet concentration (C in) of the pollutants. The gaseous mixtures studied were: (i) air with styrene and (ii) air with styrene and acetone. The liquid phase used to contain the biomass in the reactor was a basal salt medium (BSM), fundamental for the microorganisms’ development. The reactor used in this project consists of a glass column of 620mm height and inside diameter 75mm. In all essays there were continually measured: pH, dissolved oxygen and liquid’s temperature. Temperature and pH were controlled (T=24ºC, 7.0 ≤ pH ≤ 7.7). In all experiments the liquid volume (including the biomass) used in the reactor was kept constant (1.5L) as well as the total gas flowrate (1 L/min). Concerning the goal of the work, some parameters were calculated: the organic load (OL), removal efficiency (RE), elimination capacity (EC), biomass concentration (xf) and dry biomass concentration (Xdw). In a first series of experiments, the gas mixture used was air with styrene, varying its concentration from 191 mg.m-3 to 6500 mg.m-3.It was concluded that the RE maximum value (97%) was obtained for C in Sty = 4200 mg.m-3. For the maximum tested value of C in Sty, RE obtained was 20%. In a second step, the gaseous mixture included acetone, varying C in Sty between 225 mg.m-3 and 2659 mg.m-3 and C in Ac between 153mg.m-3 and 1389 mg.m-3. The aim of these tests was the determination of C in Ac for which RE was maximum, obtaining C in Ac = 750 mg.m-3. A third series of experiments was performed, in which C in Ac was maintained equal to that value and C in Sty was varied until higher values (5422 mg.m-3). RE maximum values obtained in this last series were 100% for styrene and 40% for acetone. One important conclusion is the fact that the microorganisms available degrade better styrene than acetone. On the ambit of this study, it was possible to identify the species available in biomass: Xanthobacter antotrophicus py2, Enterobacter aerogenes, Nocardia, Corynebacterium Spp., Rhodococcus rhodochrous e Pseudomonas Sp.

Human risk assessment of benzene after a gasoline station fuel leak

OBJECTIVE: To assess the health risk of exposure to benzene for a community affected by a fuel leak. METHODS: Data regarding the fuel leak accident with, which occurred in the Brasilia, Federal District, were obtained from the Fuel Distributor reports provided to the environmental authority. Information about the affected population (22 individuals) was obtained from focal groups of eight individuals. Length of exposure and water benzene concentration were estimated through a groundwater flow model associated with a benzene propagation model. The risk assessment was conducted according to the Agency for Toxic Substances and Disease Registry methodology. RESULTS: A high risk perception related to the health consequences of the accident was evident in the affected community (22 individuals), probably due to the lack of assistance and a poor risk communication from government authorities and the polluting agent. The community had been exposed to unsafe levels of benzene (> 5 µg/L) since December 2001, five months before they reported the leak. The mean benzene level in drinking water (72.2 µg/L) was higher than that obtained by the Fuel Distributer using the Risk Based Corrective Action methodology (17.2 µg/L).The estimated benzene intake from the consumption of water and food reached a maximum of 0.0091 µg/kg bw/day (5 x 10-7 cancer risk per 106 individuals). The level of benzene in water vapor while showering reached 7.5 µg/m3 for children (1 per 104 cancer risk). Total cancer risk ranged from 110 to 200 per 106 individuals. CONCLUSIONS: The population affected by the fuel leak was exposed to benzene levels that might have represented a health risk. Local government authorities need to develop better strategies to respond rapidly to these types of accidents to protect the health of the affected population and the environment.

Contribuição para o estudo da influência do dióxido de carbono no processo de biodegradação (reactor fed-batch proporcional)

O reactor “Fed-batch” Proporcional utiliza o aumento de pressão que se verifica no interior do reactor, provocado pela acumulação do dióxido de carbono produzido no decurso da degradação aeróbia de um composto orgânico, para adicionar substrato ao reactor, sendo a alimentação proporcional à velocidade ou taxa de degradação de substrato. Nestas circunstâncias, e pretendendo-se avaliar da fiabilidade daquele tipo de reactor, era necessário verificar se a reacção biológica era perturbada pela acumulação de dióxido de carbono. Assim, o presente trabalho teve por objectivo estudar a influência do dióxido de carbono, dissolvido na solução de fermentação, no crescimento microbiano e no consumo de substrato, através da comparação do funcionamento, em paralelo, de dois reactores “fed-batch”, sendo um proporcional e outro aberto. Constatou-se que os valores das constantes cinéticas, taxa específica de consumo de substrato (qobs) e coeficiente de rendimento celular (Y(X/S)), determinados no reactor “Fed-batch” Proporcional e num reactor “Fed-batch” Aberto, operados em condições equivalentes, eram semelhantes. Os valores da taxa de crescimento específica (μobs) apresentam diferenças mais significativas, no entanto a maioria dos testes estatísticos não-paramétricos aplicados demonstraram que o conjunto de valores de cada reactor pertencem à mesma distribuição. A taxa de consumo de oxigénio (OUR), que reflecte a viabilidade da biomassa, é normalmente superior no reactor “Fed-batch” Aberto. Os resultados obtidos no presente estudo não evidenciaram efeitos inibidores, para a reacção biológica, provocados pelo dióxido de carbono dissolvido, ou pelos iões bicarbonato que se acumulam no reactor “Fed-batch” Proporcional.

The impact of driving styles on fuel consumption: a data-warehouse-and-data-mining-based discovery process

This paper discusses the results of applied research on the eco-driving domain based on a huge data set produced from a fleet of Lisbon's public transportation buses for a three-year period. This data set is based on events automatically extracted from the control area network bus and enriched with GPS coordinates, weather conditions, and road information. We apply online analytical processing (OLAP) and knowledge discovery (KD) techniques to deal with the high volume of this data set and to determine the major factors that influence the average fuel consumption, and then classify the drivers involved according to their driving efficiency. Consequently, we identify the most appropriate driving practices and styles. Our findings show that introducing simple practices, such as optimal clutch, engine rotation, and engine running in idle, can reduce fuel consumption on average from 3 to 5l/100 km, meaning a saving of 30 l per bus on one day. These findings have been strongly considered in the drivers' training sessions.

Optimal brake specific fuel consumption trajectory for stand-alone variable speed Diesel Gen-Set

Energy efficiency plays an important role to the CO2 emissions reduction, combating climate change and improving the competitiveness of the economy. The problem presented here is related to the use of stand-alone diesel gen-sets and its high specific fuel consumptions when operates at low loads. The variable speed gen-set concept is explained as an energy-saving solution to improve this system efficiency. This paper details how an optimum fuel consumption trajectory based on experimentally Diesel engine power map is obtained.

Reactores a tório: o futuro da energia nuclear de fissão

Dissertação para a obtenção do grau de mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia