Structural ordering of coal char during heat treatment and its impact on reactivity

The effect of heat treatment on the structure of an Australian semi-anthracite char was studied in detail in the 850-1150degreesC temperature range using XRD, HRTEM, and electrical resistivity techniques. It was found that the carbon crystallite size in the char does not change significantly during heat treatment in the temperature range studied, for both the raw coal and its ash-free derivative obtained by acid treatment. However, the fraction of the organized carbon in the raw coal chars, determined by XRD, increased with increase of heat treatment time and temperature, while that for the ash-free coal chars remained almost unchanged. This suggests the occurrence of catalytic ordering during heat treatment, supported by the observation that the electrical resistivity of the raw coal chars decreased with heat treatment, while that of the ash-free coal chars did not vary significantly. Further confirmatory evidence was provided by high resolution transmission electron micrographs depicting well-organized carbon layers surrounding iron particles. It is also found that the fraction of organized carbon does not reach unity, but attains an apparent equilibrium value that increases with increase in temperature, providing an apparent heat of ordering of 71.7 kJ mol(-1) in the temperature range studied. Good temperature-independent correlation was found between the electrical resistivity and the organized carbon fraction, indicating that electrical resistivity is indeed structure sensitive. Good correlation was also found between the electrical resistivity and the reactivity of coal char. All these results strongly suggest that the thermal deactivation is the result of a crystallite-perfecting process, which is effectively catalyzed by the inorganic matter in the coal char. Based on kinetic interpretation of the data it is concluded that the process is diffusion controlled, most likely involving transport of iron in the inter-crystallite nanospaces in the temperature range studied. The activation energy of this transport process is found to be very low, at about 11.8 kJ mol(-1), which is corroborated by model-free correlation of the temporal variation of organized carbon fraction as well as electrical resistivity data using the superposition method, and is suggestive of surface transport of iron. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Kinetics of adsorption on activated carbon: application of heterogeneous vacancy solution theory

The kinetics of single component adsorption on activated carbon is investigated here using a heterogeneous vacancy solution theory (VST) of adsorption. The adsorption isotherm is developed to account for the adsorbate non-ideality due to the size difference between the adsorbate molecule and the vacant site, while incorporating adsorbent heterogeneity through a pore-width-related potential energy. The transport process in the bidisperse carbon considers coupled mass transfer in both macropore and micropore phases simultaneously. Adsorbate diffusion in the micropore network is modeled through effective medium theory, thus considering pore network connectivity in the adsorbent, with the activation energy for adsorbate diffusion related to the adsorption energy, represented by the Steele 10-4-3 potential for carbons. Experimental data of five hydrocarbons, CO2 and SO2 on Ajax carbon at multiple temperatures, as well as three hydrocarbons on Norit carbon at three temperatures are first fitted by the heterogeneous VST model to obtain the isotherm parameters, followed by application of the kinetic model to uptake data on carbon particles of different sizes and geometry at various temperatures. For the hydrocarbons studied, the model can successfully correlate the experimental data for both adsorption equilibrium and kinetics. However, there is some deviation in the fit of the desorption kinetics for polar compounds such as CO2 and SO2, due to the inadequacy of the L-J potential model in this case. The significance of viscous transport in the micropores is also considered here and found to be negligible, consistent with recent molecular simulation studies. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

A comprehensive insight into floc characteristics and their impact on compressibility and settleability of activated sludge

This paper presents a comprehensive study of sludge floc characteristics and their impact on compressibility and settleability of activated sludge in full scale wastewater treatment processes. The sludge flocs were characterised by morphological (floc size distribution, fractal dimension, filament index), physical (flocculating ability, viscosity, hydrophobicity and surface charge) and chemical (polymeric constituents and metal content) parameters. Compressibility and settleability were defined in terms of the sludge volume index (SVI) and zone settling velocity (ZSV). The floc morphological and physical properties had important influence on the sludge compressibility and settleability. Sludges containing large flocs and high quantities of filaments, corresponding to lower values of fractal dimension (D-f), demonstrated poor compressibility and settleability. Sludge flocs with high flocculating ability had lower SVI and higher ZSV, whereas high values of hydrophobicity, negative surface charge and viscosity of the sludge flocs correlated to high SVI and low ZSV. The quantity of the polymeric compounds protein. humic substances and carbohydrate in the sludge and the extracted extracellular polymeric substances (EPS) had significant positive correlations with SVI. The ZSV was quantitatively independent of the polymeric constituents. High concentrations of the extracted EPS were related to poor compressibility and settleability. The cationic ions Ca, Mg, Al and Fe in the sludge improved significantly the sludge compressibility and settleability. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Climate change and biotic invasions: a case history of a tropical woody vine

The impacts of climate change in the potential distribution and relative abundance of a C3 shrubby vine, Cryptostegia grandiflora, were investigated using the CLIMEX modelling package. Based upon its current naturalised distribution, C. grandiflora appears to occupy only a small fraction of its potential distribution in Australia under current climatic conditions; mostly in apparently sub-optimal habitat. The potential distribution of C. grandiflora is sensitive towards changes in climate and atmospheric chemistry in the expected range of this century, particularly those that result in increased temperature and water use efficiency. Climate change is likely to increase the potential distribution and abundance of the plant, further increasing the area at risk of invasion, and threatening the viability of current control strategies markedly. By identifying areas at risk of invasion, and vulnerabilities of control strategies, this analysis demonstrates the utility of climate models for providing information suitable to help formulate large-scale, long-term strategic plans for controlling biotic invasions. The effects of climate change upon the potential distribution of C. grandiflora are sufficiently great that strategic control plans for biotic invasions should routinely include their consideration. Whilst the effect of climate change upon the efficacy of introduced biological control agents remain unknown, their possible effect in the potential distribution of C. grandiflora will likely depend not only upon their effects on the population dynamics of C. grandiflora, but also on the gradient of climatic suitability adjacent to each segment of the range boundary.

A new wavelet-based adaptive method for solving population balance equations

A new wavelet-based adaptive framework for solving population balance equations (PBEs) is proposed in this work. The technique is general, powerful and efficient without the need for prior assumptions about the characteristics of the processes. Because there are steeply varying number densities across a size range, a new strategy is developed to select the optimal order of resolution and the collocation points based on an interpolating wavelet transform (IWT). The proposed technique has been tested for size-independent agglomeration, agglomeration with a linear summation kernel and agglomeration with a nonlinear kernel. In all cases, the predicted and analytical particle size distributions (PSDs) are in excellent agreement. Further work on the solution of the general population balance equations with nucleation, growth and agglomeration and the solution of steady-state population balance equations will be presented in this framework. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Prediction of multilayer adsorption and capillary condensation phenomena in cylindrical mesopores

MCM-41 periodic mesoporous silicates with a high degree of structural ordering are synthesized and used as model adsorbents to study the isotherm prediction of nitrogen adsorption. The nitrogen adsorption isotherm at 77 K for a macroporous silica is measured and used in high-resolution alpha(s)-plot comparative analysis to determine the external surface area, total surface area and primary mesopore volume of the MCM-41 materials. Adsorption equilibrium data of nitrogen on the different pore size MCM-41 samples (pore diameters from 2.40 to 4.92 nm) are also obtained. Based on the Broekhoff and de Boer' thermodynamic analysis, the nitrogen adsorption isotherms for the different pore size MCM-41 samples are interpreted using a novel strategy, in which the parameters of an empirical expression, used to represent the potential of interaction between the adsorbate and adsorbent, are obtained by fitting only the multilayer region prior to capillary condensation for C-16 MCM-41. Subsequently the entire isotherm, including the phase transition, is predicted for all the different pore size MCM-41 samples without any fitting. The results show that the prediction of multilayer adsorption and total adsorbed amount are in good agreement with the experimental isotherms. The predictions of the relative pressure corresponding to capillary equilibrium (coexistence) transition agree remarkably with experimental data on the adsorption branch even for hysteretic isotherms, confirming that this is the branch appropriate for pore size distribution analysis. The impact of pore radius on the adsorption film thickness and capillary coexistence pressure is also investigated, and found to agree with the experimental data. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

Controle estatístico de processo aplicado no monitoramento da absorção de água por carcaças de frango durante a etapa de pré-resfriamento

A absorção de água por carcaças de frango na etapa de pré-resfriamento da linha abate representa uma característica de qualidade importante relacionada ao rendimento do produto final. Uma forma de manter o padrão de qualidade de um produto é garantir que as etapas do processo sejam estáveis e replicáveis. Ao empregar o Controle Estatístico de Processo (CEP) é possível obter estabilidade e melhorias nos processos, por meio da redução da variabilidade. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a aplicação de gráficos de controle, análise de correlação, estatística descritiva, testes de hipóteses e regressão linear múltipla na linha de abate de um abatedouro-frigorífico de aves para monitorar a variabilidade da absorção de água pelas carcaças de frango após a etapa de pré-resfriamento. Como resultado, verificou-se que o teor de absorção de água das carcaças de frango apresentou elevada variabilidade, sendo que 10% (8/80) das carcaças apresentaram absorção de água superior ao limite de 8% definido pela legislação brasileira. Do total de 16 variáveis de entrada analisadas, as mais impactantes no teor de absorção de água foram o “tempo de retenção da carcaça no pré-chiller” e o “tempo de espera da carcaça após a etapa de gotejamento”. Entretanto, o modelo de regressão obtido apresentou baixa correlação (R²=0,16) que foi associada à elevada variabilidade da variável-resposta. Os resultados da estatística descritiva demonstraram que as variáveis de entrada também apresentaram elevada variabilidade, com coeficiente de variação entre 7,95 e 63,5%. Verificou-se, pela análise dos gráficos de controle de medida individual e da amplitude móvel, que 15 das 16 variáveis de entrada se apresentaram fora de controle estatístico assim como a variável-resposta. Baseado no fluxograma e na descrição das etapas da linha de abate, previamente realizados, atribuiu-se à falta de padronização na condução das etapas e de procedimentos para o controle de qualidade das operações na linha de abate como fatores relevantes que poderiam estar associados à presença de causas especiais no processo. Concluiu-se que para reduzir a elevada variabilidade das variáveis e eliminar as causas especiais presentes são necessários ajustes operacionais para, dessa forma, obter um processo mais estável e mais uniforme garantindo o padrão de qualidade das carcaças de frango em relação ao teor de absorção de água.

Extratos vegetais e Bacillus thuringiensis visando o manejo de Duponchelia fovealis Zeller (Lepidoptera: Crambidae)

A lagarta Duponchelia fovealis Zeller (Lepidoptera: Crambidae) foi relatada em plantios comerciais do morangueiro no estado do Espírito Santo ocasionando grandes problemas à cultura. Porém, por ser uma praga recente, não há registro de produtos para o seu controle. A cada dia aumenta a demanda por alimentos e outros produtos livres de resíduos, além da necessidade de uma agricultura mais desenvolvida e sustentável. Pesquisas com agentes de controle biológico e extratos vegetais surgem como alternativa para o manejo desse inseto-praga. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de formulados comerciais à base de Bacillus thuringiensis e a atividade do uso dos extratos aquosos de alho e fumo, visando sua adoção como métodos alternativos de controle de D. fovealis. Nos bioensaios para avaliar a patogenicidade e virulência de duas formulações comerciais à base de B. thuringiensis, Agree® e Dipel WP®, sobre a dieta artificial adaptada à base de farelo de soja, germe de trigo e açúcar, proposta por King e Hartley (1985) para Diatraea saccharalis (Lepidoptera: Crambidae), foram inoculados 70 μL de cada formulado comercial, na concentração 1 x 108 esporos·mL-1. Em seguida, avaliou-se a virulência dos respectivos formulados, isso através da estimativa da concentração letal (CL50) para o estádio de maior suscetibilidade. Em virtude dos resultados encontrados, observou-se que o estágio 1 de desenvolvimento apresentou 95,88% e 86,76% de mortalidades para os produtos Agree® e Dipel WP®, respectivamente, demonstrando patogenicidade e virulência à D. fovealis. No bioensaio para avaliar a atividade dos extratos aquosos de alho e fumo, estes foram aplicados na concentração 10% (m/v). Todos os tratamentos foram pulverizados com Torre de Potter, calibrada a pressão de 15 lb/pol². Posteriormente estimou-se a concentração letal (CL50) do extrato aquoso de fumo, o qual apresentou 95% de mortalidade no teste de suscetibilidade. Desta forma, com os resultados obtidos na presente pesquisa, concluiu-se que a utilização de formulados comerciais à base de B. thuringiensis e extrato de fumo podem ser uma alternativa no manejo fitossanitário de D. fovealis.

Effect of temperature and prey in the biology of Scymnus subvillosus (Goeze) (Coleoptera: Coccinellidae)

Dissertação de Mestrado, Biotecnologia em Controlo Biológico, 18 de Dezembro de 2013, Universidade dos Açores.

Cork industry wastewater characterization assessment of the biodegradability, reuse and of the relationship between BOD, COD and tannins with TOC

Cork processing involves a boiling step to make the cork softer, which consumes a high volume of water and generates a wastewater with a high organic content, rich in tannins. An assessment of the final wastewater characteristics and of the boiling water composition along the boiling process was performed. The parameters studied were pH, color, total organic carbon (TOC), chemical and biochemical oxygen demands (COD, BOD5, BOD20), total suspended solids (TSS), total phenols and tannins (TP, TT). It was observed that the water solutes extraction power is significantly reduced for higher quantities of cork processed. Valid relationships between parameters were established not only envisaging wastewater characterization but also to provide an important tool for wastewater monitoring and for process control/optimization. Boiling water biodegradability presented decreasing values with the increase of cork processed and for the final wastewater its value is always lower than 0.5, indicating that these wastewaters are very difficult to treat by biological processes. The biodegradability was associated with the increase of tannin content that can rise up to 0.7 g/L. These compounds can be used by other industries when concentrated and the clarified wastewater can be reused, which is a potential asset in this wastewater treatment.

Lethal and sublethal effects of essential oils from Pittosporum undulatum and Hedychium gardnerianum on the egg parasitoid Trichogramma cordubensis (Hymenoptera: Trichogrammatidae

Dissertação de Mestrado, Biotecnologia em Controlo Biológico, 6 de Junho de 2013, Universidade dos Açores.

Optimização da estação de tratamento de águas residuais de Crestuma

O presente trabalho, elaborado entre Fevereiro e Julho de 2011, pretendeu analisar o impacto de algumas estratégias de optimização, adoptadas no âmbito da gestão de processo. As soluções estudadas tiveram como objectivo fazer face a alguns problemas de funcionamento da estação de tratamento de águas residuais (ETAR) de Crestuma, com recurso aos meios existentes. Para esse efeito foi realizada uma análise ao histórico dos registos de exploração referentes ao período de Janeiro de 2008 a Julho de 2011, pois foi considerado que este seria o período necessário para a análise e apuramento de resultados conclusivos. A ETAR fica situada na freguesia de Crestuma, actualmente com 2619 habitantes, localizada na confluência do regato de Vessadas com o rio Douro. Destina-se a tratar as águas residuais provenientes do sistema de drenagem de três localidades, S. Fioso, S. Picoto e S. Vessada, contribuindo para a despoluição do rio Douro. Genericamente, a ETAR tem apresentado um desempenho bastante satisfatório, respeitando os valores limites de emissão previstos na legislação actual (Decreto-Lei 152/97). A permanência de grandes quantidades de lama no processo, associada a uma elevada idade das lamas, está na origem da sua má sedimentabilidade, dificultando, por sua vez, a sua remoção do sistema. Com objectivo de se conseguir remover as lamas biológicas de uma forma mais eficiente, foi adoptada uma estratégia que compreendeu duas etapas. Com a finalidade de melhorar a sedimentabilidade, numa primeira etapa foi introduzido no processo um produto biológico, composto essencialmente por fungos, comercialmente conhecido por Optibiom 7450L. Com vista a obter-se uma maior eficiência na desidratação das lamas, a segunda etapa consistiu na substituição do polímero usado na lama espessada, por outro, de composição diferente, comercialmente conhecido por Easy 6040. Com as alterações introduzidas, foi possível obter um melhor controlo do processo e convergir para parâmetros de funcionamento mais próximos dos valores referidos na bibliografia. As alterações mais relevantes foram verificadas nos valores de sólidos suspensos totais (SST) no reactor biológico e na recirculação, tendo-se obtido valores médios de 3846 e 9716 mg/L, respectivamente (correspondendo a valores anteriores ao tratamento de 5301 e 7430 mg/L). Assim, a razão entre as concentrações de SST na corrente de recirculação e no reactor biológico passou de 1,4 para 2,6. A idade das lamas diminuiu de 42 para 36 dias com a adição do polímero Easy 6040 e o índice volumétrico de lamas apresentou uma redução, de 134 mL/g para 100 mL/g, o que se traduziu numa melhor sedimentabilidade das lamas. Desta forma, obteve-se uma diminuição de 33,3% no volume de lama produzida por m3 de afluente tratado, bem como uma redução de 27% no número de horas de funcionamento da centrífuga e um decréscimo ligeiro no consumo global de energia da ETAR (0,89%). Conclui-se que as alterações introduzidas no processo, adição de um produto biológico composto por fungos (Optibiom 7450L) e substituição do polímero usado na lama espessada por outro de composição diferente (Easy 6040), conduziram a uma melhoria no funcionamento do tratamento biológico da ETAR de Crestuma.

Estudo e melhoria da capacidade de um processo industrial de panificação

Esta dissertação apresenta um estudo da capacidade do processo inserido uma empresa de panificação. Antes de iniciar o estudo propriamente dito, foi realizada uma calibração à balança na qual este estudo seria realizado. Os índices de capacidade do processo têm como principal finalidade verificar se a média e a variabilidade do processo estão em concordância com o alvo e os limites de especificação. Esta verificação permite o ajustamento do processo de maneira a reduzir a produção de produtos defeituosos. Neste trabalho foram utilizados os índices de capacidade considerando que as condições são ideais, isto é, quando existe normalidade nas amostras. Quando as condições não são ideais, como foi verificado, foram utilizadas técnicas para o cálculo dos índices de capacidade para este tipo de situações. A aplicação da metodologia de análise da capacidade do processo foi realizada com sucesso com recurso a amostras retiradas numa balança calibrada para o efeito.

Engineering real-time applications with WorldFIP: tools and analysis

WorldFIP is standardised as European Norm EN 50170 - General Purpose Field Communication System. Field communication systems (fieldbuses) started to be widely used as the communication support for distributed computer-controlled systems (DCCS), and are being used in all sorts of process control and manufacturing applications within different types of industries. There are several advantages in using fieldbuses as a replacement of for the traditional point-to-point links between sensors/actuators and computer-based control systems. Indeed they concern economical ones (cable savings) but, importantly, fieldbuses allow an increased decentralisation and distribution of the processing power over the field. Typically DCCS have real-time requirements that must be fulfilled. By this, we mean that process data must be transferred between network computing nodes within a maximum admissible time span. WorldFIP has very interesting mechanisms to schedule data transfers. It explicit distinguishes to types of traffic: periodic and aperiodic. In this paper we describe how WorldFIP handles these two types of traffic, and more importantly, we provide a comprehensive analysis for guaranteeing the real-time requirements of both types of traffic. A major contribution is made in the analysis of worst-case response time of aperiodic transfer requests.

Supporting real-time distributed computer-controlled systems with multi-hop P-NET networks

Fieldbus communication networks aim to interconnect sensors, actuators and controllers within process control applications. Therefore, they constitute the foundation upon which real-time distributed computer-controlled systems can be implemented. P-NET is a fieldbus communication standard, which uses a virtual token-passing medium-access-control mechanism. In this paper pre-run-time schedulability conditions for supporting real-time traffic with P-NET networks are established. Essentially, formulae to evaluate the upper bound of the end-to-end communication delay in P-NET messages are provided. Using this upper bound, a feasibility test is then provided to check the timing requirements for accessing remote process variables. This paper also shows how P-NET network segmentation can significantly reduce the end-to-end communication delays for messages with stringent timing requirements.