The power of hands-on exercises in SCADA cyber security education

For decades Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) and Industrial Control Systems (ICS) have used computers to monitor and control physical processes in many critical industries, including electricity generation, gas pipelines, water distribution, waste treatment, communications and transportation. Increasingly these systems are interconnected with corporate networks via the Internet, making them vulnerable and exposed to the same risks as those experiencing cyber-attacks on a conventional network. Very often SCADA networks services are viewed as a specialty subject, more relevant to engineers than standard IT personnel. Educators from two Australian universities have recognised these cultural issues and highlighted the gap between specialists with SCADA systems engineering skills and the specialists in network security with IT background. This paper describes a learning approach designed to help students to bridge this gap, gain theoretical knowledge of SCADA systems' vulnerabilities to cyber-attacks via experiential learning and acquire practical skills through actively participating in hands-on exercises.

Fuzzy optimization model for water quality management of a river system - Closure

A fuzzy waste-load allocation model, FWLAM, is developed for water quality management of a river system using fuzzy multiple-objective optimization. An important feature of this model is its capability to incorporate the aspirations and conflicting objectives of the pollution control agency and dischargers. The vagueness associated with specifying the water quality criteria and fraction removal levels is modeled in a fuzzy framework. The goals related to the pollution control agency and dischargers are expressed as fuzzy sets. The membership functions of these fuzzy sets are considered to represent the variation of satisfaction levels of the pollution control agency and dischargers in attaining their respective goals. Two formulations—namely, the MAX-MIN and MAX-BIAS formulations—are proposed for FWLAM. The MAX-MIN formulation maximizes the minimum satisfaction level in the system. The MAX-BIAS formulation maximizes a bias measure, giving a solution that favors the dischargers. Maximization of the bias measure attempts to keep the satisfaction levels of the dischargers away from the minimum satisfaction level and that of the pollution control agency close to the minimum satisfaction level. Most of the conventional water quality management models use waste treatment cost curves that are uncertain and nonlinear. Unlike such models, FWLAM avoids the use of cost curves. Further, the model provides the flexibility for the pollution control agency and dischargers to specify their aspirations independently.

Microbial diversity in the municipal composting process and development of detection methods

Composting refers to aerobic degradation of organic material and is one of the main waste treatment methods used in Finland for treating separated organic waste. The composting process allows converting organic waste to a humus-like end product which can be used to increase the organic matter in agricultural soils, in gardening, or in landscaping. Microbes play a key role as degraders during the composting-process, and the microbiology of composting has been studied for decades, but there are still open questions regarding the microbiota in industrial composting processes. It is known that with the traditional, culturing-based methods only a small fraction, below 1%, of the species in a sample is normally detected. In recent years an immense diversity of bacteria, fungi and archaea has been found to occupy many different environments. Therefore the methods of characterising microbes constantly need to be developed further. In this thesis the presence of fungi and bacteria in full-scale and pilot-scale composting processes was characterised with cloning and sequencing. Several clone libraries were constructed and altogether nearly 6000 clones were sequenced. The microbial communities detected in this study were found to differ from the compost microbes observed in previous research with cultivation based methods or with molecular methods from processes of smaller scale, although there were similarities as well. The bacterial diversity was high. Based on the non-parametric coverage estimations, the number of bacterial operational taxonomic units (OTU) in certain stages of composting was over 500. Sequences similar to Lactobacillus and Acetobacteria were frequently detected in the early stages of drum composting. In tunnel stages of composting the bacterial community comprised of Bacillus, Thermoactinomyces, Actinobacteria and Lactobacillus. The fungal diversity was found to be high and phylotypes similar to yeasts were abundantly found in the full-scale drum and tunnel processes. In addition to phylotypes similar to Candida, Pichia and Geotrichum moulds from genus Thermomyces and Penicillium were observed in tunnel stages of composting. Zygomycetes were detected in the pilot-scale composting processes and in the compost piles. In some of the samples there were a few abundant phylotypes present in the clone libraries that masked the rare ones. The rare phylotypes were of interest and a method for collecting them from clone libraries for sequencing was developed. With negative selection of the abundant phylotyps the rare ones were picked from the clone libraries. Thus 41% of the clones in the studied clone libraries were sequenced. Since microbes play a central role in composting and in many other biotechnological processes, rapid methods for characterization of microbial diversity would be of value, both scientifically and commercially. Current methods, however, lack sensitivity and specificity and are therefore under development. Microarrays have been used in microbial ecology for a decade to study the presence or absence of certain microbes of interest in a multiplex manner. The sequence database collected in this thesis was used as basis for probe design and microarray development. The enzyme assisted detection method, ligation-detection-reaction (LDR) based microarray, was adapted for species-level detection of microbes characteristic of each stage of the composting process. With the use of a specially designed control probe it was established that a species specific probe can detect target DNA representing as little as 0.04% of total DNA in a sample. The developed microarray can be used to monitor composting processes or the hygienisation of the compost end product. A large compost microbe sequence dataset was collected and analysed in this thesis. The results provide valuable information on microbial community composition during industrial scale composting processes. The microarray method was developed based on the sequence database collected in this study. The method can be utilised in following the fate of interesting microbes during composting process in an extremely sensitive and specific manner. The platform for the microarray is universal and the method can easily be adapted for studying microbes from environments other than compost.

Biomassan energia-arvon nostaminen sekundäärilämmöllä kuivaamalla

Viime aikoina ilmastonmuutos, fossiilisten polttoaineiden väheneminen ja niiden hinnan nousu ovat lisänneet merkittävästi maailmanlaajuista kiinnostusta uusiutuviin energiavaroihin. Suomessa uusiutuvien energialähteiden käytössä on jo pitkään panostettu metsäteollisuuden sivutuotevirtana tuottamaan puuperäiseen biomassaan, jota metsäteollisuus käyttää energiantuotantoonsa. Metsäteollisuuden jätevesien käsittelyssä syntyy erilaisia lietteitä, jotka joko uusiokäytetään tai hävitetään polttamalla tai sijoittamalla kaatopaikalle. Erityisesti biolietteiden uusiokäyttö on hankalaa ja kaatopaikkasijoitus tulevaisuudessa mahdotonta tai ainakin kustannuksiltaan kohtuutonta. Käytännössä liete hävitetään polttamalla ja kuivaamalla siitä tulee polttoaine. Lietteiden energiakäyttö on järkevin tapa hävittää jäteliete. Lietteiden korkean vesipitoisuuden vuoksi ne tulee kuitenkin kuivata ennen polttoa. Lietteen kuivaaminen sekundäärienergiavirralla eli metsäteollisuusprosesseissa sivutuotteena muodostuvalla ns. hukkalämmöllä lisää lietteen poltosta saatavaa energiamäärää ja korvaa fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää lietteen kuivaukseen optimaalisin kuoren ja lietteen seossuhde eri kuivausparametrejä vaihdellen. Kokeellinen työ aloitettiin rakentamalla energiatekniikan koehalliin laboratoriokokoluokan kiintopetikuivuri, jossa kuivumista tutkittiin puhaltamalla polttoainepedin läpi lämmitettyä ilmaa. Kuivattavina polttoaineina olivat kuoren ja lietteen seos tai pelkkä kuori ja liete erilaisilla massoilla ja erilaisilla prosenttisilla suhteilla ja erilaisissa lämpötiloissa. Kuivumiskäyrien määritys perustui massanmuutokseen. Koelaitteessa olivat anturit lämpötilan mittausta varten, jotta lämpötila saatiin säädettyä ja seurattua kokeen edellyttämällä tavalla. Lämpötilat ja painonmuutokset tallentuivat koetta tehdessä tietokoneelle. Kuivauskokeet osoittivat, että liete-kuori seos kuivuu hyvin kiintopedissä kun lietteen massaosuus seoksessa on korkeintaan 50 %. Lietteen massaosuuden ollessa tätä suurempi kuivaaminen ei enää ole tehokasta, mikä johtuu luultavasti ilman suuresta kanavoitumisesta kuivauspedissä. Kuorta kuivatessa lämpötilan nosto 50 °C:stä 70 °C:een oli huomattavasti tehokkaampaa kuin 70 °C:stä 90 °C:een, ajallisesti ero oli noin kaksinkertainen.

Avaliação de emissões fugitivas de biogás na camada de cobertura do aterro sanitário da CTR de Nova Iguaçu e do Lixão de Seropédica, Rio de Janeiro.

No Brasil, se espera ter até 2014, de acordo com o prazo da Política Nacional de Resíduos Sólidos, todos os lixões erradicados e os resíduos sólidos urbanos gerados depositados em aterros sanitários. Atualmente, os projetos de aterros sanitários dão oportunidade para um nicho de mercado, o da fonte de geração de energia. Um parâmetro de controle da poluição do ar causada pelos aterros sanitários são as chamadas camadas de cobertura. Nesse contexto, é de fundamental importância o estudo de camadas de cobertura de resíduos por ser um importante elemento de projeto para evitar ou minimizar a poluição do ar devido aos gases gerados em aterros sanitários de resíduos sólidos, já que é o elo existente entre o ambiente interno dos resíduos e a atmosfera. A presente pesquisa aborda o comportamento dos gases em relação à camada de cobertura existentes na CTR de Nova Iguaçu e no Lixão remediado de Seropédica. Foram realizados ensaios de Placa de Fluxo, medição de pressão e concentração dos gases no contato solo-resíduo e emissões dos gases pelos drenos, além das análises de solo in situ e em laboratório. Os ensaios foram realizados de outubro a novembro de 2012. Os resultados indicaram uma inexistência de fluxo de gases pela camada de cobertura, que possui 1,10 m de espessura, do lixão de Seropédica, sendo encontrado apenas fluxo nos drenos. Na CTR Nova Iguaçu, foi verificada que praticamente a inexistência de fluxo de gases com o sistema de gás ligado, mesmo possuindo uma camada de cobertura de 0,8 m.

Estudo de viabilidade técnica, econômica e ambiental preliminar da aplicação da tecnologia de Tratamento Térmico de Resíduos e Materiais Multifásicos-TTRM a resíduos de terra diatomácea de usina genérica de produção de biodiesel.

O cenário mundial de matriz energética apresenta dados crescentes de contribuição das energias renováveis. No Brasil, o governo tem realizado esforços para aumento da parcela de combustíveis renováveis, e com isso isso também para o aumento da produção de biodiesel. O principal processo de fabricação de biodiesel com seu polimento em via seca gera quantidades significativas de resíduos, dentre eles, o resíduo de terra diatomácea, com potenciais características de inflamabilidade. Em contrapartida existe a Política Nacional de Resíduos Sólidos com objetivos de não geração, redução, reutilização, reciclagem e redução de periculosidade dos resíduos, e envio para aterro somente de resíduos sem qualquer possibilidade viável de tratamento. O presente trabalho objetiva realizar um estudo de viabilidade técnica, econômica e ambiental preliminar da aplicação da tecnologia de Tratamento Térmico de Resíduos e Materiais Multifásicos - TTRM a resíduo de terra diatomácea - RTD de usina genérica de biodiesel. Foram utilizados como base para o estudo: os resultados dos testes da PETROBRAS e da ALBRECHT realizados em escala de bancada de laboratório e em planta piloto que simularam a aplicação do TTRM ao RTD; premissas técnicas; premissas operacionais; e dados econômicos de referência. Foram estabelecidos cenários específicos para o estudo da aplicabilidade e realizada análise de sensibilidade para os principais fatores da composição dos custos. Observou-se para este estudo preliminar que: na dimensão técnica o TTRM demonstrou ser aplicável; na dimensão econômica, os indicadores são positivos em sua totalidade no cenário esperado, mesmo após análise de sensibilidade com variações de 25% dos principais parâmetros de entrada do estudo de viabilidade; na dimensão ambiental o TTRM demonstrou ser uma alternativa que incorpora os conceitos para uma gestão alinhada com a Política Nacional de Resíduos Sólidos, seja na redução da periculosidade do resíduo, na potencial minimização da geração dos resíduos ou no reuso e reaproveitamento resíduos.

Gestão de resíduos de poda: estudo de caso da Fundação Parques e Jardins do Município do Rio de Janeiro.

A partir do consenso já existente, de que o desenvolvimento urbano é responsável, em parte, pelo desequilíbrio ambiental predominante nas cidades mais populosas, nas quais a administração dos resíduos gerados torna-se um grande desafio, este estudo foi realizado com a finalidade de desenvolver um modelo de gerenciamento para os resíduos de poda de árvores de espaços públicos, visando a utilização do material podado, considerado de boa qualidade, o que minimizaria a disposição de resíduos em aterros sanitários. Para tanto, foi desenvolvido um modelo diferenciado do ponto de vista de legal, gerencial, tecnológico e econômico, que pudesse servir de base à pesquisa e gerar estratégias para beneficiar o meio ambiente. A Unidade de Conservação, que pertence à Fundação Parques e Jardins da Prefeitura da Cidade do Rio de Janeiro, localizada na Taquara, foi analisada no Estudo de Caso. As espécies arbóreas que produzem maior volume de poda nessa seção foram selecionadas de modo que fosse possível o seu aproveitamento econômico-ecológico. Concluiu-se que há uma inviabilidade para segregação dos resíduos de poda por parte da Fundação Parques e Jardins e que os mesmos poderiam ser transferidos diretamente para o aterro receptor, em fase de encerramento de atividades, sem custos excedentes. Foi feita uma apreciação especial do Centro de Tratamento de Resíduos Sólidos de Gericinó, por ser grande receptor dos resíduos produzidos nas operações de manejo da área em evidência. Foi elaborada a proposta de criação de uma Usina Verde nas áreas já desativadas do aterro, como forma complementar ao processo de revitalização da área aterrada após o término de suas atividades. Esta ação contemplaria a região com um bosque, onde seriam absorvidos todos os produtos dos resíduos de poda. Haveria, também, a probabilidade de utilização operacional dos catadores nas etapas de obtenção de compostos orgânicos, cobertura morta e equipamentos paisagísticos entre outros.

Avaliação dos procedimentos de operação em aterros sanitários no Estado do Rio de Janeiro.

A operação de um aterro sanitário é um item fundamental para a gestão adequada dos resíduos por se tratar de um dos diferenciais entre aterros sanitários e lixões. Apesar da existência na literatura de manuais e referências para as rotinas de operação, esta é dependente da experiência dos operadores. Com o intuito de absorver esta experiência, o desenvolvimento do projeto se deu por um levantamento bibliográfico na literatura existente, elaboração de um questionário a ser aplicado nos aterros estudados, visitas aos aterros sanitários selecionados e estudo comparativo dos procedimentos encontrados no levantamento de campo e na literatura. O trabalho apresenta um estudo sobre a operação de aterros sanitários no Estado do Rio de Janeiro e para sua realização foram selecionados cinco aterros sanitários: Aterro Sanitário de Piraí, Central de Tratamento de Resíduos de Rio das Ostras, Central de Tratamento de Resíduos de Macaé, Aterro Sanitário de São Pedro da Aldeia e Central de Tratamento de Resíduos de Nova Iguaçu.

A espacialização do lixo no município do Rio de Janeiro

O trabalho realizado contempla a configuração de um caminho de pensamento sobre a espacialização do lixo no município do Rio de Janeiro. Apresenta o problema da destinação do lixo os transtornos causados à população e agravados pela industrialização; adoção de técnicas de coleta e destinação, o surgimento de empresas com o propósito de garantir a limpeza e o aperfeiçoamento técnico para confinamento do lixo. Demonstra um detalhamento da geração dos resíduos sólidos urbanos do município do Rio de Janeiro e sua destinação no fim do século XX. Apresentando quantitativo dos resíduos gerados e posteriormente destinados aos lixões. Analisa também o processo de esgotamento dos aterros sanitários existentes e a constituição de uma nova rede geográfica para destinação final dos resíduos. O exemplo da Central de Tratamento de Resíduos (CTR Rio), projeto executado por iniciativa privada, empresa Ciclus, instalada no município de Seropédica, responsável por receber todo o lixo do município do Rio de Janeiro e tratá-lo por meio de novas técnicas e tecnologias. Os resíduos são recebidos através de estações de transferência (ETR) instaladas em pontos geográficos específicos das regiões administrativas do município do Rio de Janeiro e transportado à CTR Rio para o devido confinamento, por meio de uma nova rede geográfica paradestinação final

板栗壳对水中Cu~(2+)吸附性能的研究

研究食品加工剩余物板栗壳对水中Cu2+的吸附性能,为其用于含铜废水的处理提供理论依据。【方法】研究吸附质溶液pH、Cu2+质量浓度、吸附剂用量、粒径、吸附温度和时间对板栗壳吸附Cu2+效果的影响,探讨吸剂和吸附剂循环利用次数对解吸和再生的影响;并采用穿透曲线和洗脱曲线对动态吸附进行了分析。【结果】吸附质溶液pH值为6、Cu2+起始质量浓度为20 mg/L、吸附剂粒径为0.25 mm时的吸附效果较好,该吸附为放热过程,升高温度虽然可以加快吸附进程,但却降低了吸附量和去除率。Na+和Ca2+对Cu2+的解吸置换能力较弱,0.1mol/L HCl可使96.1%的Cu2+得以解吸回收。通过Thomas模型预测,在固定床柱吸附条件下饱和吸附量为10.94mg/g。【结论】板栗壳对水中Cu2+的吸附性能较好,因而具有很好的应用前景。

Tratamento de dejetos no âmbito do programa do ABC.

2015

Biogas production from novel substrates

Biogas production is the conversion of the organic material into methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) under anaerobic conditions. Anaerobic digestion (AD) is widely used in continental and Scandinavian communities as both a waste treatment option and a source of renewable energy. Ireland however lags behind this European movement. Numerous feedstocks exist which could be digested and used to fuel a renewable transport fleet in Ireland. An issue exists with the variety of feedstocks; these need to be assessed and quantified to ascertain their potential resource and application to AD. From literature the ideal C:N ratio is between 25 and 30:1. Low levels of C:N (<15) can lead to problems with ammonia inhibition. Within the digester a plentiful supply of nutrients and a balanced C:N is required for stable performance. Feedstocks were sampled from a range of over 100 different substrates in Ireland including for first, second and third generation feedstocks. The C:N ranged from 81:1 (Winter Oats) to 7:1 (Silage Effluent). The BMP yields were recorded ranging from 38 ± 2.0 L CH4 kg−1 VS for pig slurry (weaning pigs) to 805 ± 57 L CH4 kg−1 VS for used cooking oil (UCO). However the selection of the best preforming feedstock in terms of C:N ratio or BMP yield alone is not sufficiently adequate. A total picture has to be created which includes C:N ratio, BMP yield, harvest yield and availability. Potential feedstocks which best meet these requirements include for Grass silage, Milk processing waste (MPW) and Saccharina latissima. MPW has a potential of meeting over 6 times the required energy for Ireland’s 2020 transport in energy targets. S. Latissima recorded a yield of over 10,000 GJ ha-1 yr-1 which out ranks traditional second generation biofuels by a factor of more than 4.

Chapter 11: Human activities and ecosystem service use: impacts and trade-offs

Ecosystem services provided by the marine environment are fundamental to human health and well-being. Despite this, many marine systems are being degraded to an extent that may reduce their capacity to provide these ecosystem services. The ecosystem approach is a strategy for the integrated management of land, water and living resources that promotes conservation and sustainable use in an equitable way (UN Convention on Biological Diversity, 2000). Its application to marine management and spatial planning has been proposed as a means of maintaining the economic and social value of the oceans, not only in the present but for generations to come. Characterising the susceptibility of services (and combinations of services) to particular human activities based on knowledge of impacts on biodiversity and ecosystem functioning (as described in preceding chapters) is a challenge for future management of the oceans. In this chapter, we highlight the existing, but limited knowledge of how ecosystem services may be impacted by different human activities. We discuss how impacts on one service can impact multiple services and explore how the impacts on services can vary both spatially and temporally and according to context. We focus particularly on the effects on ecosystem services of activities whose impacts on biodiversity and ecosystem functioning have already been considered in previous chapters. Some of these activities are associated with poor management of ecosystem benefits, for example, from provisioning services (aquaculture and fisheries), or with excessive input of wastes, fertilisers and contaminants into the system overburdening the waste treatment and assimilation services. Other impacts are associated with the construction of structures or use of space designed to generate benefits from environmental services such as the presence of water as a carrier for shipping, or sources of wind, wave and tidal power. We discuss the trade-offs that are made, consciously or otherwise, between different ecosystem services, which arise from human activities to optimise or manage specific ecosystem services.