Determination of Copper, Iron, Nickel and Zinc in fuel kerosene by FAAS after adsorption and pre-concentration on 2-aminothiazole-modified silica gel

Silica gel chemically modified with 2-Aminotiazole groups, abbreviated as SiAT, was used for preconcentration of copper, zinc, nickel and iron from kerosene, normally used as a engine fuel for airplanes. Surface characteristics and surface area of the silica gel were obtained before and after chemical modification using FT-IR, Kjeldhal and surface area analysis (B.E.T.). The retention and recovery of the analyte elements were studied by applying batch and column techniques. The experimental parameters, such as shaking time in batch technique, flow rate and concentration of the eluent (HCl- 0.25-2.00 mol L-1) and the amount of silica, on retention and elution, have been investigated. Detection limits of the method for copper, iron, nickel and zinc are 0.77, 2.92, 1.73 and 0.097 mg L-1, respectively. The sorption-desorption of the studied metal ions made possible the development of a preconcentration method for metal ions at trace level in kerosene using flame AAS for their quantification.

Development of chemical looping combustion process

Chemical looping combustion (CLC) provides a promising technology to help cut carbon dioxide emissions. CLC is based on separated oxidation and reduction processes. Oxygen carrier, which is made from metal and supporting material, is in continuous recirculation between the air and fuel reactors. The CLC process does not require separation unit for carbon dioxide. The fuel reactor can produce an almost pure carbon dioxide feed which decrease costs of carbon capture and storage (CCS). The CLC method is one of the most promising ones for energy efficient carbon capture. A large amount of literature was examined for this study and from it the most promising methods and designs were chosen. These methods and designs were combined as reactor system design which was then sized during the making of this thesis. Sizing was done with a mathematical model that was further improved during the study.

Kehittyneiden ydinpolttoainekiertojen ympäristövaikutusten ja taloudellisuuden arviointia

Kaikkein yleisin käytössä oleva ydinpolttoainekierto on nykyisin avoin, jossa käytetty ydinpolttoaine loppusijoitetaan suoraan ilman jälleenkäsittelyä. Nykyisin kehitteillä olevat uuden sukupolven ydinreaktorit ovat kuitenkin pääosin suunniteltu osittain tai kokonaan suljetuille ydinpolttoainekierroille, jossa käytetty polttoaine jälleenkäsitellään ja osa materiaaleista kierrätetään. Tämän työn tavoitteena oli arvioida näitä kehittyneitä ydinpolttoainekiertoja ympäristövaikutusten ja taloudellisuuden suhteen. Työn yleisluonteista vertailua varten valittiin neljä erilaista kehittynyttä polttoainekiertoskenaariota, joita verrattiin avoimeen polttoainekiertoon erilaisten parametrien avulla. Parametreinä käytettiin muun muassa uraanin kulutusta, loppusijoitettavan jätteen määrää, aktiivisuutta ja lämmöntuottoa sekä käytönaikaisten radioaktiivisten päästöjen määrää. Yleislounteisen arvioinnin lisäksi työssä tarkasteltiin polttoainekiertoa myös Suomen näkökulmasta. Nykyistä polttoainekiertoa verrattiin kahteen erilaiseen tulevaisuuden versioon. Kestävän kehityksen osalta kehittyneet polttoainekierrot vähensivät ympäristövaikutusten määrää avoimeen polttoainekiertoon verrattuna. Kehittyneiden polttoainekiertojen kustannukset olivat avoimen polttoainekierron kustannuksia suuremmat. Kokonaiskustannuksissa ero oli kaikilla vertailuskenaarioilla alle 20 %, mutta polttoainekiertokustannuksissa kustannusten kasvu oli välillä 27-45 % riippuen skenaariosta. Suomen tapauksessa tulokset olivat hyvin samankaltaisia. Uraanin kulutus ja loppusijoitettavan jätteen määrä väheni kehittyneempien polttoainekiertojen johdosta. Polttoainekiertokustannukset nousivat noin puolitoistakertaisiksi, mutta vaikutus kokonaiskustannuksiin oli vain noin 10 %. Johtopäätöksenä voidaan todeta, ettäydinpolttoainekierron ympäristövaikutuksia on mahdollista vähentää osittain tai kokonaan suljettujen polttoainekiertojen avulla. Vaikka polttoainekierron kustannukset kasvavat, niiden vaikutus ydinsähkön kokonaiskustannuksiin ei ole niin merkittävä.

APROS model validation in case of fast transients in a boiling water reactor

This Master´s thesis investigates the performance of the Olkiluoto 1 and 2 APROS model in case of fast transients. The thesis includes a general description of the Olkiluoto 1 and 2 nuclear power plants and of the most important safety systems. The theoretical background of the APROS code as well as the scope and the content of the Olkiluoto 1 and 2 APROS model are also described. The event sequences of the anticipated operation transients considered in the thesis are presented in detail as they will form the basis for the analysis of the APROS calculation results. The calculated fast operational transient situations comprise loss-of-load cases and two cases related to a inadvertent closure of one main steam isolation valve. As part of the thesis work, the inaccurate initial data values found in the original 1-D reactor core model were corrected. The input data needed for the creation of a more accurate 3-D core model were defined. The analysis of the APROS calculation results showed that while the main results were in good accordance with the measured plant data, also differences were detected. These differences were found to be caused by deficiencies and uncertainties related to the calculation model. According to the results the reactor core and the feedwater systems cause most of the differences between the calculated and measured values. Based on these findings, it will be possible to develop the APROS model further to make it a reliable and accurate tool for the analysis of the operational transients and possible plant modifications.

Reaktorisydämen valvontajärjestelmän modernisointi Olkiluodon kiehutusvesilaitoksella

Reaktorisydämen valvonnalla varmistetaan, että polttoaineelta vaaditut termiset marginaalit toteutuvat ja polttoaineen suojakuori säilyy ehjänä. Olkiluodon kiehutusvesilaitoksen nykyinen sydämen valvontajärjestelmä koostuu SIMULATE-3-sydänsimulaattoriohjelmasta, reaktorisydämen instrumentoinnista, termisen tehon laskentaohjelmasta, tiedonkeruuohjelmista ja käynnistysautomatiikasta. Uusi järjestelmä koostuu näiden lisäksi GARDEL-ohjelmasta, joka on kehitetty kevytvesireaktoreiden sydämen käytön suunnitteluun ja valvontaan. GARDEL käyttää laskentaan samoja ohjelmia, jotka ovat jo Olkiluodon kiehutusvesilaitoksella käytössä. Tämän työn tarkoituksena oli verrata nykyistä ja uutta sydämen valvontajärjestelmää Olkiluodon kiehutusvesilaitoksella. Työssä tutkittiin LPRM-detektorien kalibroinnin jälkeisen datan käsittelyä, palamapäivitystä, stabiilisuuslaskentaa ja adaptiivisia menetelmiä. Järjestelmien vertailuun käytettiin Olkiluoto 2 -laitosyksiköltä käyttöjaksolta 31 (2011–2012) saatuja laskentuloksia. Tulosten perusteella havaittiin uuden järjestelmän laskennassa yksittäisiä virheitä, jotka tulee korjata. Lisäksi uuden järjestelmän toiminnasta tarvitaan lisäselvitystä.

Combustion properties of biomass residues rich in phosphorus

Tillgången på traditionella biobränslen är begränsad och därför behöver man ta fram nya, tidigare outnyttjade biobränslen för att möta de uppställda CO2 emissionsmålen av EU och det ständigt ökande energibehovet. Under de senare åren har intresset riktats mot termisk energiutvinning ur olika restfraktioner och avfall. Vid produktion av fordonsbränsle ur biomassa är den fasta restprodukten ofta den största procesströmmen i produktionsanläggningen. En riktig hantering av restprodukterna skulle göra produktionen mera lönsam och mer ekologiskt hållbar. Ett alternativ är att genom förbränning producera elektricitet och/eller värme eftersom dessa restprodukter anses som CO2-neutrala. Målsättningen med den här avhandlingen var att studera förbränningsegenskaperna hos några fasta restprodukter som uppstår vid framställning av förnybara fordonsbränslen. De fyra undersökta materialen är rapskaka, palmkärnskaka, torkad drank och stabiliserat rötslam. I studien används ett stort urval av undersökningsmetoder, från laboratorieskala till fullskalig förbränning, för att identifiera de huvudsakliga utmaningarna förknippade med förbränning av restprodukterna i pannor med fluidiserad bäddteknik. Med hjälp av detaljerad bränslekarakterisering kunde restprodukterna konstateras vara en värdefull källa för värme- och elproduktion. Den kemiska sammansättningen av restprodukterna varierar stort jämfört med mera traditionellt använda biobränslen. En gemensam faktor för alla de studerade restprodukterna är en hög fosforhalt. På grund av de låga fosforkoncentrationerna i de traditionella biobränslena har grundämnet hittills inte ansetts spela någon större roll i askkemin. Experimenten visade nu att fosfor inte mera kan försummas då man studerar kemin i förbränningsprocesser, då allt flera fosforrika bränslen tränger in på energimarknaden.

Atomikerroskasvatuksen soveltaminen kemiantekniikassa

Tässä kirjallisuustyössä tutkittiin atomikerroskasvatuksen (ALD) soveltamista kemiantekniikassa. Työn alussa kerrottiin atomikerroskasvatuksesta, sen toimintaperiaatteista ja prosessitekniikasta. Tämän jälkeen tutkittiin viittä eri kemiantekniikan sovellusta, jotka olivat polymeerien pinnoittaminen, heterogeenisten katalyyttien syntetisointi, membraanien modifiointi, korroosionesto ja kaasunilmaisimet. ALD on ohutkalvotekniikka, jolla voidaan valmistaa nanometrin tai jopa Ångströmin (1 Å = 0.1 nm) tarkkuudella epäorgaanisia materiaalikerroksia, jotka yleensä ovat metallioksideja, kuten alumiinioksidi. ALD perustuu kaasu-kiintoainereaktioihin, joissa kaasumaiset kemialliset prekursorit reagoivat vuorotellen kasvualustan kanssa. Tyypilliset prekursorit ovat metalliligandi ja vesi, joka on yleisin hapen lähde ALD-reaktioissa. ALD−reaktiot suoritetaan yleensä matalassa paineessa (100−200 Pa) ja korkeassa lämpötilassa (200–400 °C) suljetussa reaktorikammiossa. ALD-prosesseissa voidaan hyödyntää myös plasmaa alentamaan reaktiolämpötiloja. Plasman avulla prekursoreista luodaan hyvin reaktiivisia radikaaleja, jotka voivat reagoida jopa huoneenlämmössä. Lämpöherkkiä polymeerejä voidaan pinnoittaa ohutkalvoilla, joilla voidaan lisätä esimerkiksi pakkausmateriaalien suojaa happea ja vesihöyryä vastaan. ALD:llä voidaan syntetisoida tarkasti nanomittakaavan heterogeenisiä katalyyttejä, joilla on korkea dispersio tukimateriaalin pinnalla. ALD:n avulla voidaan säästää katalyyttimateriaalia menettämättä katalyytin aktiivisuutta, mikä on tärkeää monien katalyyttisovellusten taloudellisuuden kannalta, esimerkiksi polttokennot. ALD soveltuu hyvin membraanien modifiointiin, koska kaasumaiset prekursorit leviävät tasaisesti membraanin huokosiin. Membraanien pinnoittamisella pyritään vaikuttamaan, selektiivisyyteen, hydrofiilisyyteen, liuotinkestävyyteen, huokoskokoon ja sen jakaumaan. Lisäksi membraaneja voidaan pinnoittaa katalyyttisillä ohutkalvoilla, mikä on tärkeää nanoreaktoreiden kehityksen kannalta. ALD:llä voidaan pinnoittaa esimerkiksi terästä, ja vähentää täten teräksen korroosiota. Puolijohtavia metallioksideja voidaan käyttää kaasunilmaisimina, joiden valmistuksessa ALD:n tarkkuudesta on suurta hyötyä.

Microgeneration of electricity with producer gas in dual fuel mode operation

Among the alternatives to meet the increasing of world demand for energy, the use of biomass as energy source is one of the most promising as it contributes to reducing emissions of carbon dioxide in the atmosphere. Gasification is a technological process of biomass energy production of a gaseous biofuel. The fuel gas has a low calorific value that can be used in Diesel engine in dual mode for power generation in isolated communities. This study aimed to evaluate the reduction in the consumption of oil Diesel an engine generator, using gas from gasification of wood. The engine generator brand used was a BRANCO, with direct injection power of 7.36 kW (10 HP) coupled to an electric generator 5.5 kW. Diesel oil mixed with intake air was injected, as the oil was injected via an injector of the engine (dual mode). The fuel gas was produced in a downdraft gasifier. The engine generator was put on load system from 0.5 kW to 3.5 kW through a set of electrical resistances. Diesel oil consumption was measured with a precision scale. It was concluded that the engine converted to dual mode when using the gas for the gasification of wood decreased Diesel consumption by up to 57%.

Kinetic behavior of nitrification in the post-treatment of poultry wastewater in a sequential batch reactor

A sequential batch reactor with suspended biomass and useful volume of 5 L was used in the removal of nutrients and organic matter in workbench scale under optimal conditions obtained by central composite rotational design (CCRD), with cycle time (CT) of 16 h (10.15 h, aerobic phase, and 4.35 h, anoxic phase) and carbon: nitrogen ratio (COD/NO2--N+NO3--N) equal to 6. Complete cycles (20), nitrification followed by denitrification, were evaluated to investigate the kinetic behavior of degradation of organic (COD) and nitrogenated (NH4+-N, NO2--N and NO3--N) matter present in the effluent from a bird slaughterhouse and industrial processing facility, as well as to evaluate the stability of the reactor using Shewhart control charts of individual measures. The results indicate means total inorganic nitrogen (NH4+-N+NO2- -N+NO3--N) removal of 84.32±1.59% and organic matter (COD) of 53.65±8.48% in the complete process (nitrification-denitrification) with the process under statistical control. The nitrifying activity during the aerobic phase estimated from the determination of the kinetic parameters had mean K1 and K2 values of 0.00381±0.00043 min-1 and 0.00381±0.00043 min-1, respectively. The evaluation of the kinetic behavior of the conversion of nitrogen indicated a possible reduction of CT in the anoxic phase, since removals of NO2--N and NO3--N higher than 90% were obtained with only 1 h of denitrification.

Fuel consumption of a tractor in function of wear, of ballasting and tire inflation pressure

When using appropriate inflation pressures and load capacity (ballast), it may obtain a higher yield and prolongation of the life of the tire, besides it may minimize the problems of loss of traction, increased slippage and fuel consumption. This study aimed to evaluate the fuel consumption of a tractor operating with new and worn tires in three conditions of ballasting and three inflation pressures, when driving on compacted soil with vegetation cover. The experiment was conducted at the experimental unit from the Department of Animal Science, Federal University of Lavras, state of Minas Gerais, Brazil, in an agricultural soil compacted by cattle trampling and with vegetation cover. It was used a tractor 4x2 with front wheel assist, of a 65.62 kW engine power. The tires were of R1 type, diagonal (front: 12.4 to 24; and rear: 18.4 to 30), the average height of the clutches of the new tires were 0.3 and 0.35 m for front and rear tires, respectively, and for the worn tires were 0.018 and 0.0045 m, for the front and the rear tires, respectively. The results showed advantages for the tractor equipped with new tires.

Performance of an anaerobic-aerobic reactor and kinetic study of organic matter removal of cattle slaughterhouse effluent

This paper sought to evaluate the behavior of an upflow Anaerobic-Aerobic Fixed Bed Reactor (AAFBR) in the treatment of cattle slaughterhouse effluent and determine apparent kinetic constants of the organic matter removal. The AAFBR was operated with no recirculation (Phase I) and with 50% of effluent recirculation (Phase II), with θ of 11h and 8h. In terms of pH, bicarbonate alkalinity and volatile acids, the results indicated the reactor ability to maintain favorable conditions for the biological processes involved in the organic matter removal in both operational phases. The average removal efficiencies of organic matter along the reactor height, expressed in terms of raw COD, were 49% and 68% in Phase I and 54% and 86% in Phase II for θ of 11h and 8h, respectively. The results of the filtered COD indicated removal efficiency of 52% and k = 0.0857h-1 to θ of 11h and 42% and k = 0.0880h-1 to θ of 8h in the Phase I. In Phase II, the removal efficiencies were 59% and 51% to θ of 11h and 8h, with k = 0.1238h-1 and k = 0.1075 h-1, respectively. The first order kinetic model showed good adjustment and described adequately the kinetics of organic matter removal for θ of 11h, with r² equal to 0.9734 and 0.9591 to the Phases I and II, respectively.

Application of response surface methodology to study the biological removal of nitrogen from effluent of cattle slaughterhouse in a sequencing batch reactor

The aim of this study was to evaluate the efficiency of a sequencing batch reactor (SBR) on biological removal of nitrogen from cattle slaughterhouse wastewater by nitrification/denitrification processes. The effects of initial concentration of ammoniacal nitrogen were investigated at 100; 150 and 200 mg L-1 and air flow rate at 0.125; 0.375 and 0.625 L min¹ Lreactor-1 on the nitrogen compounds removal, by a Central Composite Rotational Design (CCRD) configuration. There were variations from 9.2 to 94.9%, 4.0 to 19.6% and 20.8 to 92.0% in the conversion of ammoniacal nitrogen to nitrate and nitrite concentration and removal of total nitrogen, respectively. The increase of air flow rate and decrease of the initial concentration of ammoniacal nitrogen resulted in higher efficiencies of total nitrogen removal, as well as the conversion of ammoniacal nitrogen to nitrate. During the pre-established intervals of this study, the removal and conversion efficiencies of nitrogen compounds above 85% were achieved in air flow rate variations from 0.375 to 0.725 L min-1 Lreactor-1 and initial concentration of ammoniacal nitrogen from 80 to 200 mg L-1. On denitrification process, we obtained efficiencies from 91.5 to 96.9% on the removal of nitrite/nitrate and from 78.3 to 87.9% on the removal of organic matter.