Processo de estabilização de resíduos orgânicos: vermicompostagem versus compostagem

Two processes are used to stabilize organic wastes: composting and vermicomposting.There are no studies in the literature showing which process is most effective over the short term. In this study, 3 organic wastes were composted and vermicomposted for 90 days, and the parameters pH, effective cation exchange capacity, total organic carbon, total Kjeldahl nitrogen, Ptotal, E4/E6 ratio, hydrophobicity and aromaticity indexes were determined. In all experiments, vermicomposted materials showed higher stability, proving a superior tool for stabilization of these organic wastes.

Compósitos biodegradáveis de amido de mandioca e resíduos da agroindústria

The objectives of this work were to produce biodegradable composites using starch and different agro-industrial wastes (coconut fiber, soy bran and sugarcane bagasse) using a baking process, and to study the effects of these components on the resultant composite properties. The addition of different residues yielded trays with different properties. Samples manufactured with soy bran showed the highest density and water uptake at relative humidities ≥ 60%. The addition of sugarcane bagasse resulted in less dense and resistant samples whereas coconut fiber composites showed the highest breaking stress. The samples fabricated in this study represent an alternative packaging option for foods with low water content.

Biocatálise heterogênea em fase sólido/gás: princípios e aplicações

Enzymatic conversion of gaseous substrates into products in aquo-restricted media, using enzymes or whole cells (free and immobilized) as biocatalysts, constitutes a promising technology for the development of clearer processes. Solid-gas systems offer high production rates for minimal plant sizes, allow important reduction of treated volumes, and permit simplified downstream processes. In this review article, principles and applications of solid-gas biocatalysis are discussed. Comparisons of its advantages and disadvantages with those of the organic- and aqueous-phase reactions are also presented herein.

Produção de hidrogênio via fermentação anaeróbia - aspectos gerais e possibilidade de utilização de resíduos agroindustriais brasileiros

Biological production of hydrogen through anaerobic fermentation has received increasing attention and offers a great potential as an alternative process for clean fuel production in the future. Considering biological systems for H2 production, anaerobic fermentation stands out, primarily due to its higher production of H2 compared with other biological processes. In addition the possibility of using different agro-industrial wastes as substrates opens up infinite possibilities. The development and implementation of sustainable processes for converting renewable materials into different value-added products is essential for the full exploitation of Brazilian agro-industrial wastes.

METODOLOGIAS DE COLETA, PRESERVAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE AMOSTRAS DE ÁGUA PARA ANÁLISE DE MERCÚRIO - UMA REVISÃO

Knowing the mercury levels of an environment allows a diverse array of biogeochemical studies into the mercury cycle on a local or global scale. Among matrices commonly evaluated, water remains a challenge for research because its mercury levels can be very low, requiring development of complex analytical protocols. Currently, sample preservation methods, protocols that avoid contamination, and analytical techniques with low detection limits allow analysis of mercury in pristine waters. However, different protocols suggest different methods depending on a range of factors such as the characteristics of water sampled and storage time. In remote areas, such as oceanic and Amazonian regions, sample preservation and transport to a laboratory can be difficult, requiring processing of the water during the sampling expedition and the establishment of a field laboratory. Brazilian research on mercury in water can be limited due to difficulty obtaining reagents, lack of laboratory structure, qualified personnel, and financial support. Considering this complexity for analyzing water, we reviewed methodologies for sampling, preservation, and storage of water samples for analysis of the most commonly evaluated mercury species (dissolved gaseous mercury, reactive mercury, methylmercury and total mercury).

Suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testaaminen metyylisalisylaatilla -mittaus- ja analyysimenetelmien kehittäminen ja validointi

Tässä diplomityössä kehitettiin mittaus- ja analyysimenetelmät suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testaamiseksi sekä neste- että kaasumaisella metyylisalisylaatilla. Kehitystyö tehtiin standardin SFS-EN ISO 6529 pohjalta. Tämä standardi kuvaa kuitenkin varsin yleisellä tasolla suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testimenetelmät, eikä se ole mikään tarkka työohje. Näytteenotto- ja analyysimenetelmät joudutaan siis valitsemaan sekä validoimaan jokaiselle kemikaalille erikseen, tässä tapauksessa metyylisalisylaatille. Työn tarkoituksena oli kehittää toimivat menetelmät ja laitteistot siten, että olisi mahdollista suorittaa metyylisalisylaatin määritys on-line mittauksena läpäisytestauksessa. Läpäisytestaustoiminnan nopeuttamiseksi työssä myös suunniteltiin ja rakennettiin laitteistot kolmen rinnakkaisen testikennon yhdenaikaista testausta varten sekä kaasumaisen että nestemäisen metyylisalisylaatin ollessa testikemikaalina. Havaittiin, että UV/VIS-spektrofotometri varustettuna läpivirtauskyvetillä ja näyteenottopumpulla on toimiva ja käyttökelpoinen analyysimenetelmä metyylisalisylaatin määrittämiseen nesteistä on-line mittauksena läpäisyn testauksessa. Kaasumaisen metyylisalisylaatin tapauksessa määritysmenetelmänä päädyttiin käyttämään kokonaishiilivetyanalysaattoria, joka on varustettu liekki-ionisaatiodetektorilla. Molemmissa tapauksissa saatiin aikaan toimivat ja on-line mittauksiin kykenevät näytteenotto- ja määritysmenetelmät, joilla loppukäyttäjä voi suorittaa laajempaa läpäisytestausta.

Pinnoiteteollisuudessa syntyvien maalijätteiden hyötykäyttö ja uudet liiketoimintamahdollisuudet

Tämän diplomityön tavoite on kartoittaa maalien ja lakkojen valmistuksessa syntyvien sivuvirtojen hyötykäyttöä ja hyötykäyttöpotentiaalia nykyisellään. Työn tarkoitus on toimia esiselvityksenä pinnoiteteollisuuden sivuvirtojen hyötykäyttöön liittyvien liiketoimintamahdollisuuksien syvemmälle analyysille. Teollisuuden sivuvirtoihin liittyvää tietoa kerätään tilastoista ja olemassa olevista raporteista sekä haastattelemalla teollisuus- ja palveluyritysten edustajia sekä alan asiantuntijoita. Sivuvirtojen teknisten hyötykäyttömahdollisuuksien ja liiketoiminnallisten mahdollisuuksien tarkastelua varten järjestetään työpajoja asiantuntijoille Apila Group Oy Ab:n asiantuntijaverkostossa. Neljässä haastatellussa tuotantolaitoksissa syntyi vuonna 2008 yhteensä 6 662 tonnia kiinteää jätettä ja lietteitä. 68 % näistä sivuvirroista hyötykäytettiin energiana tai polttoaineen valmistuksessa. Materiaalina sivuvirtoja hyötykäytettiin 16 % sivuvirroista, pääasiassa pahvia, paperia, metalleja sekä tynnyreitä ja kontteja. Myös merkittävä osa liuottimista otettiin talteen uudelleenhyödyntämistä varten. Tässä diplomityössä hyötykäyttömahdollisuuksien tarkempaa tarkastelua varten valittiin tavanomaisiksi jätteiksi luokiteltuja maalisivuvirtoja, joita haastatelluissa tuotantolaitoksissa syntyi noin 1 500 tonnia. Maalisivuvirtojen tärkeimmät materiaaliominaisuudet liittyvät niiden sisältämiin täyte- ja sideaineisiin, jotka muodostavat merkittävän osan maalien koostumuksesta. Selvityksen mukaan nämä ominaisuudet voidaan ottaa hyötykäyttöön erilaisissa yhdistelmämateriaaleissa, esimerkiksi ekstruusiopuristetuissa tai ahtopuristetuissa muovikuitukomposiiteissa. Komposiittien raaka-aineena käytetään jo erilaisia sivuvirtoja ja lisäksi erilaisten komposiittien markkinoiden ennustetaan kasvavan. Tämä voi tarjota mahdollisuuksia uusille palvelu-, t&k- tai tuotteistusliiketoiminnoille. Kuivilla maalijätteillä on myös hyvä lämpöarvo, jolloin energiahyötykäytön ja palamisjäännöksen materiaalihyötykäytön yhdistäminen mm. keramiikka- tai sementtiteollisuudessa voi tarjota mahdollisuuksia uusille liiketoiminnoille.

Kuplakokojakauman hallinta happidelignifioinnissa

Työn tarkoituksena oli uutta kuvantamistekniikkaa hyödyntäen tutkia erilaisten tekijöiden vaikutusta kaasun dispergoitumiseen kemikaalisekoittimessa, kun kaasua sekoitetaan keskisakeaan massaan. Lisäksi työssä pyrittiin selvittämään, kuinka paljon kuitususpensioon tuotettu kaasufaasin kuplakokojakauma vaikuttaa happidelignifioinnin tulokseen. Kaasumaisten aineiden käyttäytymistä keskisakeissa kuitususpensiossa ei tarkkaan tunneta. Mikäli kaasumaisen hapen käyttäytymisestä saadaan uutta tietoa, tarjoaa tämä muun muassa uusia mahdollisuuksia kaasua sekoittavien laitteiden tuotekehityksessä. Työn kokeellinen osuus koostui kahdesta osasta, joista ensimmäisessä osassa selvitettiin sekoittimen roottorin pyörimisnopeuden, reaktorin kaasutilavuuden sekä suspension sakeuden vaikutusta muodostuvaan kaasun kuplakokojakaumaan. Työn jälkimmäisessä osassa arvioitiin yksivaiheisten keskisakeudessa tehtyjen happidelignifiointien perusteella suspensioon tuotetun kaasun kuplakokojakauman merkitystä happidelignifiointitulokseen. Kuplakokojakaumat määritettiin reaktoriin kiinnitetyllä kameralla kuvatuista valokuvista, joita otettiin sekoitustapahtuman aikana. Työn tuloksien perusteella sekoituksen voimakkuudella oli suurin vaikutus suspensioon muodostuvan kuplakokojakauman kannalta. Roottorin kierrosnopeuden kasvaessa kaasun keskimääräinen kuplakoko pieneni sekä havaittujen kuplien lukumäärää kasvoi huomattavasti. Myös suspension sakeuden kasvattamisen havaittiin vaikuttavan kuplakokoon pienentävästi. Happidelignifioinneissa saavutettiin paras kappareduktio, kun kaasun kuplakoko oli mahdollisimman pieni. Käytetty kuvantamistekniikka on tiettävästi ensimmäinen menetelmä, jolla saadaan reaaliaikaista tietoa vain muutamien kymmenien mikrometrien kokoisten kaasukuplien käyttäytymisestä oikeassa prosessitilanteessa.

Asbestin tunnistaminen keinonenällä

Asbesti on yleisnimike kuitumaisille silikaattimineraaleille. Sillä on monia hyviä ominaisuuksia. Siksi sitä on käytetty useisiin eri käyttötarkoituksiin jo yli 4 000 vuoden ajan. Sisäänhengitettynä asbesti aiheuttaa kuitenkin vakavia terveyshaittoja, mm. asbestoosia, keuhkosyöpää ja mesotelioomaa. Vuosina 1918-1988 Suomessa käytettiin asbestia 300 000 tonnia. Yleisintä käyttö oli 1960-70-lukujen vaihteessa. Sairauksien viive altistumisesta on 10-40 vuotta. Sairauksien esiintyminen onkin nyt suurimmillaan. Suurin osa sairauksista on hyvänlaatuisia keuhkopussin paksuuntumia eli plakkeja. Vuosittain asbestin aiheuttamiin sairauksiin, etupäässä syöpiin, kuolee Suomessa noin 100 ihmistä. Yhteensä altistuneita arvellaan olevan 250 000. Heistä elossa on noin 50 000. Vaarallisuutensa vuoksi asbestin käyttö on useissa maissa kielletty, mutta maailmalla sitä käytetään edelleen suuria määriä. Suomessa asbestin käyttöä rajoitettiin jo 1970-luvulla. Pieniä poikkeuksia lukuun ottamatta täyskielto tuli voimaan 1.1.1994. Suomessa asbestia esiintyy edelleen vanhoissa rakennuksissa. Asbestipurkutyö on luvanvaraista. Asbestitöissä on huolehdittava siitä, että kukaan ei altistu asbestille. Asbestipitoisen materiaalin tunnistaminen silmämääräisesti on vaikeaa. Materiaali luokitellaan asbestipitoiseksi, jos siinä on asbestia yli 1 painoprosenttia tai jos sitä voidaan pölyävyytensä takia pitää vaarallisena. Asbestipitoisen materiaalin kartoituksessa voidaan käyttää rakennussuunnitelmia, vanhoja asiakirjoja kuten urakoitsijan laskuja sekä tuntemusta rakennusajan yleisistä rakennustavoista. Varmuus saadaan kuitenkin vain tutkimalla materiaali esimerkiksi laboratoriokokeissa. Tässä diplomityössä on pyritty selvittämään, voidaanko asbesti tunnistaa ChemPro 100 -keinonenällä. Laite perustuu ioniliikkuvuusspektrometriaan eli eri yhdisteiden erilaiseen liikkuvuuteen kaasumaisessa väliaineessa. Menetelmä on nopea ja yksinkertainen. Tutkimusta varten hankittiin asbestipitoisia materiaaleja, joista saatuja tuloksia vertailtiin toisiinsa. Nykyiset asbestintunnistusmenetelmät ovat monimutkaisia ja hitaita. Jos keinonenä pystyttäisiin kouluttamaan tunnistamaan asbestimateriaali, helpottaisi se asbestikartoituksen tekemistä.

Biokaasun tuottaminen ja hyödyntäminen Lappeenrannassa

Lappeenrannassa kerätään ja hyödynnetään tällä hetkellä kaatopaikkakaasua 0,3 milj.m3 vuodessa. Biokaasua voitaisiin tuottaa Lappeenrannassa mädättämällä bioperäisiä jätteitä ja biokaasuntuotantoa varten kasvatettuja energiakasveja. Biokaasuntuotantoon soveltuvia jätteitä ovat erilliskerätty biojäte, jätevedenpuhdistamon jätevesiliete, puutarhajäte, lietelannat ja oljet. Kesannolla olevilla peltoaloilla voitaisiin kasvattaa ruokohelpeä. Biokaasun tuotantoon soveltuvia materiaaleja voitaisiin kerätä 143 000 t/a ja kasvattaa 68 000 t/a. Työssä tarkastellaan vaihtoehtoa, jossa mädätetään vain puhdistamoliete, sekä useita materiaaleja mädättävää yhteismädättämöä, johon liittyen tutkitaan kolmea eri vaihtoehtoa: kunnallisen jätteen mädätystä, kaiken jätteen mädätystä ja jätteen sekä energiakasvien mädätystä. Paras sijoituspaikka mädättämölle olisi jätevedenpuhdistamon läheisyydessä. Jätemateriaalista saataisiin kaasua enintään 12 milj. m3 ja energiakasveista enintään 16 milj. m3. Kaasusta voitaisiin tuottaa energiaa CHP-laitoksessa enintään 184 GWh. Mikäli biokaasun tuotannolla halutaan ensisijaisesti vähentää kasvi-huonekaasupäästöjä, kannattaa kaasu jalostaa ajoneuvopolttoaineeksi. Jalostettu kaasu on mahdollista myös syöttää maakaasuverkostoon. Suurimmat tulot on mahdollista saavuttaa yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa, mikäli biokaasulle suunniteltu syöttötariffi toteutuu. Muussa tapauksessa suurimmat tulot saadaan jalostamalla biokaasua ajoneuvojen polttoaineeksi.

Teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen ekstruusion raaka-aineena

Ilmaston lämpeneminen ja luonnonvarojen ehtyminen ovat nostaneet ympäristöasiat erittäin ajankohtaisiksi ja kierrättämisen merkitys korostuu entisestään. Tässä diplomityössä on käsitelty teollisuuden jätteiden ja sivutuotteiden kierrättämistä puumuovikomposiitin raaka-aineeksi. Työssä on tutkittu Kaakkois-Suomessa olevia tärkeimpiä teollisuuden sivuainevirtoja puumuovikomposiitin kannalta sekä valmistettu puumuovikomposiittia hyödyntämällä kahta kaatopaikalle päätyvää jätettä. Kaakkois-Suomen teollisuuden jätteitä selvitettäessä löytyi paljon puumuovikomposiitin valmistamiseen soveltuvia jätteitä. Mekaanisen metsäteollisuuden sivutuotteita käytetään yleisesti puumuovikomposiitin valmistamiseen. Muita potentiaaliseksi havaittuja raakaaineita ovat mm. lentotuhka, lasikuitujäte, pakkauskartonki, muovijätteet ja vuorivillan valmistuksessa syntyvät jätteet. Koemateriaaleiksi valittiin puunpoltosta peräisin oleva lentotuhka ja vuorivillan valmistamisessa syntyvä vuorivillapöly. Materiaaleilla korvattiin puuta puumuovikomposiitissa ja valmistetulle komposiitille suoritettiin kokeita mekaanisten ominaisuuksien selvittämiseksi. Molempien materiaalien kohdalla ominaisuuksien havaittiin parantuneen ilman täyteainetta valmistettuun komposiittiin verrattuna.

Metaanin muodostumisen mallintaminen kaatopaikalla

Methane-rich landfill gas is generated when biodegradable organic wastes disposed of in landfills decompose under anaerobic conditions. Methane is a significant greenhouse gas, and landfills are its major source in Finland. Methane production in landfill depends on many factors such as the composition of waste and landfill conditions, and it can vary a lot temporally and spatially. Methane generation from waste can be estimated with various models. In this thesis three spreadsheet applications, a reaction equation and a triangular model for estimating the gas generation were introduced. The spreadsheet models introduced are IPCC Waste Model (2006), Metaanilaskentamalli by Jouko Petäjä of Finnish Environment Institute and LandGEM (3.02) of U.S. Environmental Protection Agency. All these are based on the first order decay (FOD) method. Gas recovery methods and gas emission measurements were also examined. Vertical wells and horizontal trenches are the most commonly used gas collection systems. Emission measurements chamber method, tracer method, soil core and isotope measurements, micrometeorological mass-balance and eddy covariance methods and gas measuring FID-technology were discussed. Methane production at Ämmässuo landfill of HSY Helsinki Region Environmental Services Authority was estimated with methane generation models and the results were compared with the volumes of collected gas. All spreadsheet models underestimated the methane generation at some point. LandGEM with default parameters and Metaanilaskentamalli with modified parameters corresponded best with the gas recovery numbers. Reason for the differences between evaluated and collected volumes could be e.g. that the parameter values of the degradable organic carbon (DOC) and the fraction of decomposable degradable organic carbon (DOCf) do not represent the real values well enough. Notable uncertainty is associated with the modelling results and model parameters. However, no simple explanation for the discovered differences can be given within this thesis.

Magnetic Resonance Experiments with Atomic Hydrogen

In this thesis three experiments with atomic hydrogen (H) at low temperatures T<1 K are presented. Experiments were carried out with two- (2D) and three-dimensional (3D) H gas, and with H atoms trapped in solid H2 matrix. The main focus of this work is on interatomic interactions, which have certain specific features in these three systems considered. A common feature is the very high density of atomic hydrogen, the systems are close to quantum degeneracy. Short range interactions in collisions between atoms are important in gaseous H. The system of H in H₂ differ dramatically because atoms remain fixed in the H₂ lattice and properties are governed by long-range interactions with the solid matrix and with H atoms. The main tools in our studies were the methods of magnetic resonance, with electron spin resonance (ESR) at 128 GHz being used as the principal detection method. For the first time in experiments with H in high magnetic fields and at low temperatures we combined ESR and NMR to perform electron-nuclear double resonance (ENDOR) as well as coherent two-photon spectroscopy. This allowed to distinguish between different types of interactions in the magnetic resonance spectra. Experiments with 2D H gas utilized the thermal compression method in homogeneous magnetic field, developed in our laboratory. In this work methods were developed for direct studies of 3D H at high density, and for creating high density samples of H in H₂. We measured magnetic resonance line shifts due to collisions in the 2D and 3D H gases. First we observed that the cold collision shift in 2D H gas composed of atoms in a single hyperfine state is much smaller than predicted by the mean-field theory. This motivated us to carry out similar experiments with 3D H. In 3D H the cold collision shift was found to be an order of magnitude smaller for atoms in a single hyperfine state than that for a mixture of atoms in two different hyperfine states. The collisional shifts were found to be in fair agreement with the theory, which takes into account symmetrization of the wave functions of the colliding atoms. The origin of the small shift in the 2D H composed of single hyperfine state atoms is not yet understood. The measurement of the shift in 3D H provides experimental determination for the difference of the scattering lengths of ground state atoms. The experiment with H atoms captured in H2 matrix at temperatures below 1 K originated from our work with H gas. We found out that samples of H in H2 were formed during recombination of gas phase H, enabling sample preparation at temperatures below 0.5 K. Alternatively, we created the samples by electron impact dissociation of H₂ molecules in situ in the solid. By the latter method we reached highest densities of H atoms reported so far, 3.5(5)x10¹⁹ cm^-3. The H atoms were found to be stable for weeks at temperatures below 0.5 K. The observation of dipolar interaction effects provides a verification for the density measurement. Our results point to two different sites for H atoms in H2 lattice. The steady-state nuclear polarizations of the atoms were found to be non-thermal. The possibility for further increase of the impurity H density is considered. At higher densities and lower temperatures it might be possible to observe phenomena related to quantum degeneracy in solid.

Complexes of 4-chlorophenoxyacetates of Nd(III), Gd(III) and Ho(III)

The complexes of 4-chlorophenoxyacetates of Nd(III), Gd(III) and Ho(III) have been synthesized as polycrystalline hydrated solids, and characterized by elemental analysis, spectroscopy, magnetic studies and also by X-ray diffraction and thermogravimetric measurements. The analysed complexes have the following colours: violet for Nd(III), white for Gd(III) and cream for Ho(III) compounds. The carboxylate groups bind as bidentate chelating (Ho) or bridging ligands (Nd, Gd). On heating to 1173K in air the complexes decompose in several steps. At first, they dehydrate in one step to form anhydrous salts, that next decompose to the oxides of respective metals. The gaseous products of their thermal decomposition in nitrogen were also determined and the magnetic susceptibilites were measured over the temperature range of 76-303K and the magnetic moments were calculated. The results show that 4-chlorophenoxyacetates of Nd(III), Gd(III) and Ho(III) are high-spin complexes with weak ligand fields. The solubility value in water at 293K for analysed 4-chlorophenoxyacetates is in the order of 10-4mol/dm³.

Synthesis, characterization and thermal behaviour of heavy trivalent lanthanide malonates

Solid-state Ln-L compounds, where Ln stands for heavy trivalent lanthanides (Tb-Lu) and L is malonate, have been synthesized. Simultaneous thermogravimetry and differential thermal analysis (TG-DTA), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray powder diffractometry, infrared spectroscopy, TG-FTIR system, elemental analysis and complexometry were used to characterize and to study the thermal behaviour of these compounds. The dehydration of the compounds begins at 303 K and the anhydrous compounds are stable up to 548 K. The results also provided information concerning the ligand's denticity, thermal behaviour and identification of some gaseous products evolved during the thermal decomposition of these compounds.