Kiinteäkerroskaasuttimen toiminnan teoreettinen tarkastelu ja puupellettien kaasutuskokeet myötävirtareaktorilla

Tämä työ on osa tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena on kehittää uudentyyppinen kaasutustekniikkaan perustuva kiinteistöjen lämmitysjärjestelmä. Työ on tehty osaksi kirjallisuustutkimuksena käyttämällä hyödyksi alalla tehtyjä tutkimuksia ja kirjallisuutta. Kirjallisuustutkimuksen tavoitteena oli luoda yhtenäinen tietopaketti lämmitysjärjestelmän kehityksen tueksi. Työn kokeellisen osion tavoitteena oli tutkia lämmitysjärjestelmän kaasuttimen prototyypin toimintaa ja selvittää sen käyttöön liittyviä ongelmia. Kirjallisuusosiossa käsitellään kaasutuksen vaiheita: alkulämpeneminen ja kuivuminen, syttyminen, pyrolyysi sekä jäännöshiilen palaminen ja kaasutus. Varsinkin pyrolyysiprosessin tunteminen on merkittävää, kun halutaan parantaa biomassan poltto- ja kaasutusprosessien suunnittelua. Lisäksi kirjallisuusosiossa käsitellään kaasutuksessa syntyvän tuotekaasun ominaisuuksia: koostumus, lämpöarvo, tiheys ja palamisominaisuudet. Tuotekaasun ominaisuudet vaihtelevat suuresti kaasutusprosessista ja -olosuhteista sekä polttoaineesta riippuen. Tuotekaasun kohdalta käsitellään myös sen käyttökohteita. Perinteisesti kaasutuksen tuotekaasua käytetään lämmöntuotantoon, mutta tulevaisuuden haasteena on tuotekaasun käyttö kaasuturbiineissa sähköntuotantoon. Tuotekaasun käyttöä laajemmin rajoittaa sen sisältämät epäpuhtaudet. Tämän vuoksi kirjallisuusosiossa käsitellään myös tuotekaasun puhdistusmenetelmiä ja sen poltossa syntyvien päästöjen vähentämiskeinoja. Kokeellisessa osiossa suoritettiin puupellettien kaasutuskokeita TTKK:n Energia- ja prosessitekniikan laitoksen raskaaseen laboratorioon rakennetulla kaasutusreaktorilla. Kaasutuskokeiden avulla löydettiin kaasutusreaktorin toiminnan ongelmakohdat ja pystyttiin aloittamaan lämmitysjärjestelmän jatkokehitys.

Nikkelin takaisinuutto karboksyylihappoon perustuvasta uuttoreagenssista

Työssä tutkittiin typpihapon soveltuvuutta nikkelin takaisinuuttoon. Tarkoituksena oli selvittää, millä typpihapon konsentraatioilla orgaaninen faasi, joka koostuu Versatic 10 uuttoreagenssista ja alifaattisesta laimentimesta, alkaa nitrautua tai hapettua ja mitkä ovat mahdolliset sivureaktiot. Lisäksi tutkittiin rikkihapon ja eräiden orgaanisten aineiden kontaminaation vaikutusta uuttoliuokseen. Kirjallisuusosassa kartoitetaan mahdollisten nitrautumisreaktioiden mekanismit, sekä kuvataan laimentimen, uuttoreagenssin ja mahdollisten reaktiotuotteiden ominaisuuksia, sekä niiden mahdollisessa muodostumisessa syntyviä riskejä. Orgaanisen faasin kestotesteissä tutkittavia muuttujia olivat typpi- ja rikkihapon konsentraatio, sekoitusaika, lämpötila, avoin tai suljettu astia sekä vieraiden aineiden kontaminaatio. Kontaminaatiota aiheuttavien orgaanisten materiaalien funktionaaliset ryhmät olivat hydroksi-, karbonyyli- ja amiiniryhmät, joiden lisäksi tutkittiin syklisen yhdisteen kontaminaatiota. Analyyseissä käytettiin FT-IR- spektroskopiaa, jolla tutkittiin reagenssin funktionaalisen ryhmän reaktioita ja uusien ryhmien muodostumista, sekä seurattiin selkeytyksessä erottumattomien typpiyhdisteiden määrää ja laatua orgaanisessa faasissa. Uuttofaasin koostumuksen muutosta seurattiin myös mittaamalla leimahduspisteen muutosta.

Characterisation of Hydrophobic Nonfibrous Material and Its Removal From Pulp Suspension

Paperin ja kartongin kierrätys lisääntyy taloudellisten intressien ja ympäristöhygieenisten tavoitteiden takia jatkuvasti. Lisääntyvän kierrätyksen myötä myös paperin ja kartongin epäpuhtauksien määrä kasvaa, mikä huonontaa kierrätysraaka-aineen laatua. Tämän työn tarkoituksena on antaa perustietoa eräästä kartongin päällystyksessä käytettävästä hydrofobisesta materiaalista, epäpuhtaan kartongin kierrätyksestä sekä ongelmista, joita epäpuhtaan kartongin kierrätyksestä syntyy. Kierrätyskuidun fraktiointi on yksinkertainen prosessi aallotuskartongin, testilainerin ja taivekartongin valmistuksessa. Kierrätysprosessin ensisijaisia tehtäviä ovat kuidutus ja epäpuhtauksien poisto sekä näiden epäpuhtauksien vaikutusten eliminointi, jotta kierrätysmassan laatuvaatimukset täyttyvät. Lisääntynyt epäpuhtauksien määrä raaka-aineessa asettaa vaatimuksia lajitteluprosessin kehittämiseksi. Nykyaikaisilla kierrätyslaitoksilla ei pystytä käsittelemään ylettömiä määriä epäpuhtauksia. Epäpuhtaudet aiheuttavat ongelmia ajettavuuteen ja heikentävät tuotteen laatua kierrätysprosessissa. Epäpuhtauksien poistoon on olemassa useita teknisiä ratkaisuja, mutta minkään niistä ei ole todettu täysin poistavan kaikkia ongelmia. Työn kokeellisessa osassa kartongin päällystykseen käytettävää hydrofobista materiaalia analysoitiin erilaisin menetelmin. Tutkittiin myös erilaisten olosuhteiden vaikutusta tämän materiaalin poistoon.

Environmental Structural Decomposition Analysis of Italian Emissions, 1995-2005

[spa] El estudio analiza la evolución de los gases de efecto invernadero (GEI) y las emisiones de acidificación para Italia durante el periodo 1995-2005. Los datos muestran que mientras las emisiones que contribuyen a la acidificación han disminuido constantemente, las emisiones de GEI han aumentado debido al aumento de dióxido de carbono. El objetivo de este estudio es poner de relieve cómo diferentes factores económicos, en particular el crecimiento económico, el desarrollo de una tecnología menos contaminante y la estructura del consumo, han impulsado la evolución de las emisiones. La metodología propuesta es un análisis de descomposición estructural (ADE), método que permite descomponer los cambios de la variable de interés entre las diferentes fuerzas y revelar la importancia de cada factor. Por otra parte, este estudio considera la importancia del comercio internacional e intenta incluir el “problema de la responsabilidad”. Es decir, a través de las relaciones comerciales internacionales, un país podría estar exportando procesos de producción contaminantes sin una reducción real de la contaminación implícita en su patrón de consumo. Con este fin, siguiendo primero un enfoque basado en la “responsabilidad del productor”, el ADE se aplica a las emisiones causadas por la producción nacional. Sucesivamente, el análisis se mueve hacia un enfoque basado en la “responsabilidad del consumidor" y la descomposición se aplica a las emisiones relacionadas con la producción nacional o la producción extranjera que satisface la demanda interna. De esta manera, el ejercicio permite una primera comprobación de la importancia del comercio internacional y pone de relieve algunos resultados a nivel global y a nivel sectorial.

Environmental Structural Decomposition Analysis of Italian Emissions, 1995-2005

[spa] El estudio analiza la evolución de los gases de efecto invernadero (GEI) y las emisiones de acidificación para Italia durante el periodo 1995-2005. Los datos muestran que mientras las emisiones que contribuyen a la acidificación han disminuido constantemente, las emisiones de GEI han aumentado debido al aumento de dióxido de carbono. El objetivo de este estudio es poner de relieve cómo diferentes factores económicos, en particular el crecimiento económico, el desarrollo de una tecnología menos contaminante y la estructura del consumo, han impulsado la evolución de las emisiones. La metodología propuesta es un análisis de descomposición estructural (ADE), método que permite descomponer los cambios de la variable de interés entre las diferentes fuerzas y revelar la importancia de cada factor. Por otra parte, este estudio considera la importancia del comercio internacional e intenta incluir el “problema de la responsabilidad”. Es decir, a través de las relaciones comerciales internacionales, un país podría estar exportando procesos de producción contaminantes sin una reducción real de la contaminación implícita en su patrón de consumo. Con este fin, siguiendo primero un enfoque basado en la “responsabilidad del productor”, el ADE se aplica a las emisiones causadas por la producción nacional. Sucesivamente, el análisis se mueve hacia un enfoque basado en la “responsabilidad del consumidor" y la descomposición se aplica a las emisiones relacionadas con la producción nacional o la producción extranjera que satisface la demanda interna. De esta manera, el ejercicio permite una primera comprobación de la importancia del comercio internacional y pone de relieve algunos resultados a nivel global y a nivel sectorial.

Männyn käytön vaikutukset paperi- ja kartonkihiokkeen raaka-aineena

Diplomityössä seurattiin ensiharvennusmännyn koekäyttöä painehiokkeen valmistuksessa Stora Enson Anjalankosken tehtailla. Tavoitteena oli selvittää, mitä laadullisia ja taloudellisia vaikutuksia ensiharvennusmännyllä on mekaanisen massan valmistukseen ja lopputuotteeseen, kun sitä annostellaan kuusen joukkoon. Prosessin uuteainepitoisuus nousi pääosin mäntyajon aikana. Paperista ja kartongista määritettyjen uuteainepitoisuuksien mukaan rasva- ja hartsihappopitoisuus nousi 5 % -mäntyajon aikana 15 % ja 20 % -mäntyajon aikana noin 60 % referenssitasosta. Selvimmin uuteainepitoisuuksien kasvu havaittiin hiomakoneiden suihkuvesistä ja annosteluhiokkeista. Männyn vaikutus näkyi myös prosessin kohonneena sameutena ja varaustilana. Hiokkeen bulkki oli jokaisella hiomalinjalla mäntykoeajon aikana hieman suurempi kuin referenssijaksolla. 20 % -mäntyajon aikana havaittiin myös laskua hiokkeen lujuuksissa. Yhdellä paperikoneella havaittiin märkäviirojen värjääntymistä ja tukkeutumista mäntyajon aikana. Tutkimuksen mukaan ensiharvennusmäntyä voidaan käyttää 5 % kuusen joukossa ilman, että suuria muutoksia prosessissa tai lopputuotteiden laadussa havaitaan. Männyn käytöllä voidaan saavuttaa puun hankintakustannuksissa säästöä noin 1,2 euroa/hioketonni.

Cadmium body burden of the Swiss population.

Urinary cadmium (Cd) excretion was measured within a representative Swiss collective. With a median of 0.23 µg/24 h (n = 1409) and the 95th percentile at 0.81 µg/24 h, no increased health risk for the general non-exposed population was identified. The independent variables Age, BMI and Smoking habit had a significant effect on urinary Cd excretion. No association was found with the region of residence and sex. A subsample comparison between 24-h and spot urines of the same subjects (n = 90) did not reveal an evident concentration difference for both creatinine-adjusted sample types. Dependencies on age and gender were observed for creatinine, which consequently impacts on the creatinine normalisation of urine samples.

Historical trends of organochlorine pesticides in a sediment core from the Gulf of Batabanó, Cuba.

Sediments can be natural archives to reconstruct the history of pollutant inputs into coastal areas. This is important to improve management strategies and evaluate the success of pollution control measurements. In this work, the vertical distribution of organochlorine pesticides (DDTs, Lindane, HCB, Heptachlor, Aldrin and Mirex) was determined in a sediment core collected from the Gulf of Batabanó, Cuba, which was dated by using the (210)Pb dating method and validated with the (239,240)Pu fallout peak. Results showed significant changes in sediment accumulation during the last 40 years: recent mass accumulation rates (0.321 g cm(-2) yr(-1)) double those estimated before 1970 (0.15 g cm(-2) yr(-1)). This change matches closely land use change in the region (intense deforestation and regulation of the Colon River in the late 1970s). Among pesticides, only DDTs isomers, Lindane and HCB were detected, and ranged from 0.029 to 0.374 ng g(-1) dw for DDTs, from<0.006 to 0.05 ng g(-1) dw for Lindane and from<0.04 to 0.134 ng g(-1) dw for HCB. Heptachlor, Aldrin and Mirex were below the detection limits (∼0.003 ng g(-1)), indicating that these compounds had a limited application in the Coloma watershed. Pesticide contamination was evident since the 1970s. DDTs and HCB records showed that management strategies, namely the banning the use of organochlorine contaminants, led to a concentration decline. However, Lindane, which was restricted in 1990, can still be found in the watershed. According to NOAA guidelines, pesticides concentrations encountered in these sediments are low and probably not having an adverse effect on sediment dwelling organisms.

Microdoping compensation of microcrystalline silicon obtained by Hot-Wire Chemical Vapour Deposition

Undoped hydrogenated microcrystalline silicon was obtained by hot-wire chemical vapour deposition at different silane-to-hydrogen ratios and low temperature (<300 °C). As well as technological aspects of the deposition process, we report structural, optical and electrical characterizations of the samples that were used as the active layer for preliminary p-i-n solar cells. Raman spectroscopy indicates that changing the hydrogen dilution can vary the crystalline fraction. From electrical measurements an unwanted n-type character is deduced for this undoped material. This effect could be due to a contaminant, probably oxygen, which is also observed in capacitance-voltage measurements on Schottky structures. The negative effect of contaminants on the device was dramatic and a compensated p-i-n structure was also deposited to enhance the cell performance.

Adsorption energy and spin state of first-row transition metals adsorbed on MgO(100)

Slab and cluster model spin-polarized calculations have been carried out to study various properties of isolated first-row transition metal atoms adsorbed on the anionic sites of the regular MgO(100) surface. The calculated adsorption energies follow the trend of the metal cohesive energies, indicating that the changes in the metal-support and metal-metal interactions along the series are dominated by atomic properties. In all cases, except for Ni at the generalized gradient approximation level, the number of unpaired electron is maintained as in the isolated metal atom. The energy required to change the atomic state from high to low spin has been computed using the PW91 and B3LYP density-functional-theory-based methods. PW91 fails to predict the proper ground state of V and Ni, but the results for the isolated and adsorbed atom are consistent within the method. B3LYP properly predicts the ground state of all first-row transition atom the high- to low-spin transition considered is comparable to experiment. In all cases, the interaction with the surface results in a reduced high- to low-spin transition energy.

Environmental activity of bacteria degrading pollutants

Une des meilleures techniques pour décontaminer l'environnement d'éléments toxiques (comme par exemple le dibenzofuan, DBF et le 4-chlorophenol, 4CP) déposés par l'homme, à bas coûts et sans le perturber considérablement, est sans doute la biorémédiation, et particulièrement la bioaugmentation. Malheureusement, si plusieurs microorganismes ont démontré leur efficacité à dégrader les composés toxiques en conditions de laboratoire, plusieurs tentatives afin de les utiliser dans l'environnement n'ont pas abouti. Ces échecs sont probablement le résultat des pauvres connaissances des réactions de ces mêmes microorganismes dans l'environnement. L'objectif de mon travail a été de mieux comprendre les réponses de ces bactéries au niveau de leurs gènes lorsqu'elles sont introduites ou prospèrent dans des conditions plus proches de la réalité, mais encore suffisamment contrôlées pour pouvoir élucider leur comportement. Le fait de résister à des conditions de sécheresse a été considéré en tant que facteur clé dans la survie des bactéries amenées à être utilisées pour la biorémédiation; cela implique une série de mécanismes utilisés par la cellule pour faire face au stress hydrique. Le chapitre II, par une approche métagénomique, compare les réactions de trois souches prometteuses pour la biorémédiation (Arthrobacter chlorophenolicus A6, Sphingomonas wittichii RW1 and Pseudomonas veronii 1YdBTEX2) vis-à-vis du stress hydrique simulé en conditions de laboratoire. L'objectif ici est de découvrir et de décrire les stratégies de résistance au stress, communes ou spécifiques, employées par les bactéries. Mes résultats montrent que les trois souches ont des sensibilités différentes au stress hydrique. Entre les traits communs trouvés, il y a une diminution de l'expression des gènes flagellaires ainsi qu'une augmentation de l'expression de solutes compatibles, mais qui sont souche-spécifiques. J'ai étudié plus en détail la réponse génomique de RW1 par rapport aux inoculations ainsi que sa croissance dans le sable contaminé et non-stérile (chapitre III), et je les ai comparé à des cultures en milieu liquide. Mes résultats indiquent que RW1 peut résister efficacement et peut croître dans des conditions presque sèches et peut également dégrader le contaminant (DBF, dans le cas présent) si les pré-cultures sont réalisées dans le même type de contaminant. Par contre, notre hypothèse du chapitre II se révèle fausse car le comportement de RW1 est très diffèrent de celui observé dans des conditions avec stress hydrique induit par l'addition de sel ou de PEG. Plus intéressant, les réponses de RW1 en milieu liquide sont très différentes de celles observées dans le sable, révélant ainsi que cette souche peut reconnaître le milieu dans lequel elle se trouve. Les mêmes expériences en sable contaminé, cette fois-ci avec 4CP, ont été réalisées pour A6 (chapitre IV) dans l'espoir de compléter la comparaison entre le stress hydrique et l'adaptation dans le sol. Malheureusement, il n'a pas été possible d'obtenir d'échantillons de bonne qualité pour les hybridations des microarrays afin d'étudier la réponse transcriptionnelle dans les différentes phases de croissance dans le sable (contaminé ou non). Toutefois, j'ai appris qu'Arthrobacter ne peut pas croitre dans les sols hautement contaminés si les conditions du sol sont très sèches, elles ont en effet besoin de suffisamment d'eau pour dégrader des quantités importantes de 4CP. Ces observations dirigent l'attention sur le fait que les études sur l'efficacité de l'inoculation de bactéries doivent être testées dans des conditions le plus proche possible de l'environnement ciblé, tout comme les concentrations optimales pour l'inoculum. Finalement, nous avons étudié le comportement de A6 dans la phytosphère avec deux dégrés d'humidité (chapitre V). A6 ne montre pas de réaction particulière face aux changements d'humidité, et à nouveau, ces réponses ne peuvent être liées aux changements d'expression des gènes observées dans les conditions de stress hydrique simulées. Cette étude a permis d'identifier la présence de composés phénoliques dans les feuilles qui peuvent potentiellement améliorer les propriétés de dégradation ou qui permettent d'effectuer de façon plus rapide la réaction de dégradation des contaminants dans un processus de phytoremédiation par A. chlorophenolicus.

Deinking flotation of recycled linerboard for food packaging applications

Brown packaging linerboard, made entirely from recovered pulp, was subjected to deinking flotation for evaluating the possible improvements in its chemical, optical and mechanical properties. The increase in the rate of recovered paper utilisation, along with the tendency towards lower basis weights, in the packaging paper production, has created a growing need for the utilisation of secondary fibers of improved quality. To attain better quality fibers, flotation deinking of brown grades is being considered, along with the addition of primary fibers to recovered paper furnish. Numerous conducted studies, in which the flotation technology was used in the treatment of brown grades, support this idea. Most of them show that the quality of fibers is improved after flotation deinking, resulting in higher mechanical properties of the deinked handsheets and in lower amounts of chemical contaminants. As to food and human health safety, packaging paper has to meet specific requirements, to be classified as suitable for its direct contact with foods. Recycled paper and board may contain many potential contaminants, which, especially in the case of direct food contact, may migrate from packaging materials into foodstuffs. In this work, the linerboard sample selected for deinking was made from recycled fibers not submitted previously to chemical deinking flotation. Therefore, the original sample contained many noncellulosic components, as well as the residues of printing inks. The studied linerboardsample was a type of packaging paper used for contact with food products that are usually peeled before use, e.g. fruits and vegetables. The decrease in the amount of chemical contaminants, after conducting deinking flotation, was evaluated, along with the changes in the mechanical and optical properties of the deinked handsheets. Food contact analysis was done on both the original paper samples and the filter pads and handsheets made before and after deinking flotation. Food contact analysis consisted of migration tests of brightening agents, colorants, PCPs, formaldehydes and metals. Microbiological tests were also performed to determine the possible transfer of antimicrobial constituents

Treatment of micropollutants in municipal wastewater: study of a sequential batch biofilter

All the experimental part of this final project was done at Laboratoire de Biotechnologie Environnementale (LBE) from the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Switzerland, during 6 months (November 2013- May 2014). A fungal biofilter composed of woodchips was designed in order to remove micropollutants from the effluents of waste water treatment plants. Two fungi were tested: Pleurotus ostreatus and Trametes versicolor in order to evaluate their efficiency for the removal of two micropollutants: the anti-inflammatory drug naproxen and the antibiotic sulfamethoxazole,. Although Trametes versicolor was able to degrade quickly naproxen, this fungus was not any more active after one week of operation in the filter. Pleurotus ostreatus was, on contrary, able to survive more than 3 months in the filter, showing good removal efficiencies of naproxen and sulfamethoxazole during all this period, in tap water but also in real treated municipal wastewater. Several other experiments have provided insight on the removal mechanisms of these micropollutants in the fungal biofilter (degradation and adsorption) and also allowed to model the removal trend. Fungal treatment with Pleurotus ostreatus grown on wood substrates appeared to be a promising solution to improve micropollutants removal in wastewater.

El mercuri s'ha triplicat als nostres oceans

L"ACTIVITAT INDUSTRIAL INCLOU PROCESSOS molt diversos que sovint generen productes potencialment contaminants, que s"han estat abocant al medi ambient amb més o menys control des de l"inici de la Revolució Industrial. Alguns d"aquests productes poden ser reciclats pels mateixos cicles naturals, geoquímics i biològics, però d"altres es van acumulant, com és el cas del mercuri. Un estudi publicat a la revista Nature, encapçalat per Carl H. Lamborg, de la Woods Hole Oceanographic Institution de Massachusetts, als EUA, indica que la quantitat de mercuri als oceans s"ha triplicat des de la Revolució Industrial i, malgrat que el nivell actual encara és raonablement lluny de ser considerat tòxic per a les persones, pot començar a alterar els ecosistemes marins. A més, com assenyalen els autors del treball, la capacitat dels oceans per dissoldre el mercuri acumulat es podria estar esgotant, la qual cosa implicaria que, si no es prenen mesures que evitin els abocaments incontrolats, el seu ritme de penetració dins els ecosistemes i, a la llarga, en l"alimentació humana, podria augmentar de manera exponencial.

Estudo microcalorimétrico da interação de tensoativos n-alquil-sulfato de sódio com tripsina a 298 k

Systematic study of the interactions of ionic surfactants with protein trypsin in buffer solution pH 3.5, 7.0 and 9.0, ionic strength 10 mM at 298 K was done using the microcalorimetric technique. In this study, anionic surfactant solutions of the sodium n-alkyl sulfates series (C8, C10, C12 and C14) were used. The enthalpy of interaction (ΔintHº) shows that the interaction of the surfactants C8, C10, C12 and C14 with trypsin in the solution pH 3.5 is an endothermic process with the value of ΔintHº decreasing linearly with increasing carbon chain length, which is attributed to the unfolding of the polypeptide chain. In the solution pH 7.0, we observed the same trend except for C14. In the solution pH 9.0, from C10 the enthapy of interaction didn't change with the increasing of the carbon chain length due to unfolding of the polypeptide. We concluded that when trypsin is folded, the enthalpy of interaction shows a linear relationship with the surfactant's hydrophobicity, in agreement with Traube's rule.