Fouling of tubular ceramic membranes during processing of cane sugar juice

This paper examines the fouling characteristics of four tubular ceramic membranes with pore sizes 300 kDa, 0.1 μm and 0.45 μm installed in a pilot plant at a sugar factory for processing clarified cane sugar juices. All the membranes, except the one with a pore size of 0.45 μm, generally gave reproducible results through the trials, were easy to clean and could handle operation at high volumetric concentration factors. Analysis of fouled and cleaned ceramic membranes revealed that polysaccharides, lipids and to a lesser extent, polyphenols, as well as other colloidal particles cause fouling of the membranes. Electrostatic and hydrophobic forces cause strong aggregation of the polymeric components with one another and with colloidal particles. To combat irreversible fouling of the membranes, treatment options that result in the removal of particles having a size range of 0.2–0.5 μm and in addition remove polymeric impurities, need to be identified. Chemical and microscopic evaluations of the juices and the structural characterisation of individual particles and aggregates identified options to mitigate the fouling of membranes. These include conditioning the feed prior to membrane filtration to break up the network structure formed between the polymers and particles in the feed and the use of surfactants to prevent the aggregation of polymers and particles.

Nutrient removal from wastewaters using high performance materials

Return side streams from anaerobic digesters and dewatering facilities at wastewater treatment plants (WWTPs) contribute a significant proportion of the total nitrogen load on a mainstream process. Similarly, significant phosphate loads are also recirculated in biological nutrient removal (BNR) wastewater treatment plants. Ion exchange using a new material, known by the name MesoLite, shows strong potential for the removal of ammonia from these side streams and an opportunity to concurrently reduce phosphate levels. A pilot plant was designed and operated for several months on an ammonia rich centrate from a dewatering centrifuge at the Oxley Creek WWTP, Brisbane, Australia. The system operated with a detention time in the order of one hour and was operated for between 12 and 24 hours prior to regeneration with a sodium rich solution. The same pilot plant was used to demonstrate removal of phosphate from an abattoir wastewater stream at similar flow rates. Using MesoLite materials, >90% reduction of ammonia was achieved in the centrate side stream. A full-scale process would reduce the total nitrogen load at the Oxley Creek WWTP by at least 18%. This reduction in nitrogen load consequently improves the TKN/COD ratio of the influent and enhances the nitrogen removal performance of the biological nutrient removal process.

Desalination by a solar thermal membrane distillation process

A solar thermal membrane distillation pilot plant was operated for over 70 days in field conditions. The pilot plant incorporated a single spiral wound permeate gap membrane distillation style of module. All energy used to operate the unit was supplied by solar hot water collectors and photovoltaic panels. The process was able to produce a distillate stream of product water with a conductivity less than 10 µS/cm. Feed water concentration varied from 2,400 µS/cm to 106,000 µS/cm. The process is expected to find application in the production of drinking water for remote island and arid regions without the consumption of electrical energy.

Prospects for the development of sugarcane biorefineries

Sugarcane biorefineries co-producing fuels, green chemicals and bio-products offer great potential for improving the profitability and sustainability of sugarcane industries around the world. Sugarcane bagasse is widely regarded as one of the best biomass feedstocks for early adoption and commercialisation of biorefining technologies because of the large scale of the resource and its availability at sugar factories. Biomass biorefineries aim to convert bagasse through biochemical and thermochemical processes to produce low cost fermentable sugars which are a platform for value-adding. Through subsequent fermentation technologies or chemical synthesis, the sugars can be converted to fuels including ethanol and butanol, oils, organic acids such as succinic and levulinic and polymer precursors. Other biorefinery products can include food and animal feeds, plastics, fibre products and resins. Recent advances in biorefinery production technologies are being demonstrated in a unique research facility at the Queensland University of Technology’s Mackay Renewable Biocommodities Pilot Plant in Mackay, Australia. This pilot scale production facility located at Mackay Sugar Ltd’s Racecourse Mill is demonstrating the production of a range of fuels and other products from sugarcane bagasse. This paper will address the opportunities available for sugarcane biorefineries to contribute to future profitability and sustainability of the sugarcane industry.

Estudio de la factibilidad de aplicación, a escala planta piloto, del catalizador Cr2O3, soportado en alúmina, en la reducción de emisión de SO2 a la atmósfera proveniente de fuentes fijas

Resumen: Se propone utilizar un óxido como el Cr2O3 como catalizador ya que se ha determinado anteriormente, en la primera etapa de esta investigación, (“Estudio comparativo de la retención de SO2 sobre óxidos de metales de transición soportados en alúmina”), que la retención de SO2 sobre su superficie es un proceso de quimisorción con formación de especies sulfito superficiales sobre sitios básicos y un proceso de óxido reducción del ión metálico. Apoya este mecanismo el hecho de que la cantidad de SO2 adsorbido es función de la temperatura. La mayor eficiencia del Cr2O3 puede explicarse en base a sus propiedades superficiales, lo cual ha sido utilizado en la segunda etapa de reacción de reducción, ya que se ha completado la etapa inicial de quimisorción. En la segunda etapa de esta investigación (“Estudio de la reacción de reducción de SO2 con CH4 a altas temperaturas sobre catalizador de Cr2O3 soportado en alúmina”), se apuntó al estudio de un nuevo tipo de sinergia entre propiedades ácido-base y propiedades redox en una misma superficie. La tercera etapa apuntó a determinar la influencia que tiene el O2 en este proceso, ya que el O2 se encuentra presente en las chimeneas industriales en las condiciones de reacción entre el SO2 y el CH4, y produce modificaciones en los parámetros de reacción. Se experimentó con diferentes masas de catalizador y flujos de los distintos gases, y se estudió la influencia de la presencia de oxígeno en la reacción y particularmente con diferentes flujos del mismo, y la posibilidad de regeneración del catalizador.En esta cuarta y última etapa se están estudiando los cambios que se producen en la reacción al pasar de escala laboratorio a planta piloto utilizando una columna de mayor diámetro construída en metal. A través de los datos experimentales se está estudiando, en conjunto con el INIFTA, la presencia de especies sulfito y sulfato sobre la superficie del soporte. Adicionalmente, por medio del programa VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package), se analiza la interacción entre los reactivos gaseosos y el soporte.

Mechanisms implied in Escherichia coli removal during wastewater treatment

Poster presentado 12th Symposium on Aquatic Microbial Ecology (SAME12) August 28 – September 02, 2011 Germany , Rostock–Warnem��nde

Plasma-Arc Technology For The Thermal Treatment Of Chemical Wastes

Plasma-arc technology was developed to dispose of chemical wastes from a chemical plant by the Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences (CAS-IMECH). A pilot plant system with this technology was constructed to destroy two types of chemical wastes. The system included shredding, mixing, and feeding subsystems, a plasma-arc reactor of 150 kW, an off-gas burning subsystem, and a scrubbing subsystem. The additives (CaO, SiO2, and Fe) were added into the reactor to form vitrified slag and capture the hazardous elements. The molten slag was quickly quenched to form an amorphous glassy structure. A direct current (DC) experimental facility of 30kW with plasma-arc technology was also set up to study the pyrolysis process in the laboratory, and the experimental results showed the cooling speed is the most important factor for good vitrified structure of the slag. According to previous tests, the destruction and removal efficiency (DRE) for these chemical wastes was more than 99.999%, and the polychlorinated biphenyls (PCBs) concentration in the solid residues was in the range of 1.28 to 12.9mg/kg, which is far below the Chinese national emission limit for the hazardous wastes. A simplified electromagneto model for numerical simulation was developed to predict the temperature and velocity fields. This model can make satisfactory maximum temperature and velocity distributions in the arc region, as well as the results by the magneto hydrodynamic approach.

Oxygen relationships in intermittent sand filtration of wastewaters

A model for some of the many physical-chemical and biological processes in intermittent sand filtration of wastewaters is described and an expression for oxygen transfer is formulated.

The model assumes that aerobic bacterial activity within the sand or soil matrix is limited, mostly by oxygen deficiency, while the surface is ponded with wastewater. Atmospheric oxygen reenters into the soil after infiltration ends. Aerobic activity is resumed, but the extent of penetration of oxygen is limited and some depths may be always anaerobic. These assumptions lead to the conclusion that the percolate shows large variations with respect to the concentration of certain contaminants, with some portions showing little change in a specific contaminant. Analyses of soil moisture in field studies and of effluent from laboratory sand columns substantiated the model.

The oxygen content of the system at sufficiently long times after addition of wastes can be described by a quasi-steady-state diffusion equation including a term for an oxygen sink. Measurements of oxygen content during laboratory and field studies show that the oxygen profile changes only slightly up to two days after the quasi-steady state is attained.

Results of these hypotheses and experimental verification can be applied in the operation of existing facilities and in the interpretation of data from pilot plant-studies.

Valoración del estado ecológico de la costa rocosa de Urdaibai (Bizkaia), mediante el estudio de fitobentos intermareal

Dentro de las medidas protectoras sobre la Reserva de la Biosfera de Urdaibai se encuentra el EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales) de Lamiaran (Bermeo), que entrará en funcionamiento próximamente (otoño 2014). Para evaluar su impacto sobre el medio costero, el presente estudio realiza una primera valoración del estado ecológico de la costa abierta de la reserva mediante diversos parámetros del fitobentos intermareal. Se estableció una red de muestreo compuesta por dos localidades impactadas y cuatro control. En cada localidad se eligieron aleatoriamente dos estaciones y se muestrearon dos niveles en la zona intermareal inferior. Las localidades impactadas por aguas residuales reflejaban valores bajos de riqueza específica, cobertura, diversidad y cobertura de perennes junto a una mayor abundancia de especies estacionales de morfología simple. Sin embargo los análisis estadísticos no detectaron diferencias significativas entre ambos grupos de localidades (impactadas vs control) detectando únicamente diferencias significativas a nivel de estación, debido en gran medida al efecto de la dispersión de las unidades muestrales para los parámetros estudiados.

Estudo de pirólise catalítica de biomassa em escala piloto para melhoramento da qualidade do bio-óleo

A pirólise rápida é um processo para conversão térmica de uma biomassa sólida em altos rendimentos de um produto líquido chamado de bio-óleo. Uma das alternativas para geração de um bio-óleo com menor teor de oxigênio é uso de catalisadores nos reatores de pirólise, ao invés de um inerte, num processo chamado de pirólise catalítica. O objetivo deste trabalho foi testar catalisadores comerciais, um ácido e outro básico, em uma unidade piloto de leito fluidizado circulante. O catalisador ácido utilizado foi o Ecat, proveniente de uma unidade industrial de craqueamento catalítico fluido (FCC), e como catalisador básico foi utilizado uma hidrotalcita. Os resultados foram comparados com testes utilizando um material inerte, no caso uma sílica. Uma unidade piloto de FCC do CENPES foi adaptada para realizar os testes de pirólise catalítica. Após fase de modificação e testes de condicionamento, foi comprovada a viabilidade na utilização da unidade piloto adaptada. Contudo, devido a limitações operacionais, maiores tempos de residência tiveram que ser aplicados no reator, configurando o processo como pirólise intermediária. Foram então realizados testes com os três materiais nas temperaturas de 450C e 550C. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de residência dos vapores de pirólise teve um impacto significativo nos rendimentos dos produtos quando comparada com o perfil encontrado na literatura para pirólise rápida, pois devido ao incremento das reações secundárias, produziu maiores rendimentos de coque e água, e menores rendimentos de bio-óleo. O Ecat e a hidrotalcita se apresentaram mais efetivos em termos de desoxigenação. O primeiro apresentou maiores taxas de desoxigenação via desidratação e a hidrotalcita apresentou maior capacidade para descarboxilação. Contudo, o uso de Ecat e hidrotalcita não se mostrou adequado para uso em reatores de pirólise intermediária, pois acentuou ainda mais as reações secundárias, gerando um produto com alto teor de água e baixo teor de compostos orgânicos no bio-óleo, além de produzirem mais coque. À temperatura de 450C estes efeitos foram mais pronunciados. Em termos de caracterização química, a condição de pirólise intermediária apontou para a produção de bio-óleos com perfil fenólico, sendo a sílica o que proporcionou os melhores rendimentos, principalmente a temperatura de 550C, sendo superiores aos encontrados na literatura. Analisando as composições dos bio-óleos sob a ótica da produção de biocombustíveis, nenhum dos materiais testados apresentou rendimentos consideráveis em hidrocarbonetos. De maneira geral, a sílica foi o que proporcionou os melhores resultados em termos de rendimento e qualidade do bio-óleo. Sua menor área superficial e sua característica de inerte se mostraram mais adequados para o processo de pirólise intermediária, onde a contribuição das reações secundárias em fase gasosa é elevada em função do tempo de residência no reator

Produção de açúcares a partir da palha de cana-de-açúcar para a produção de etanol

A crescente demanda por tecnologias que produzam biocombustíveis de maneira sustentável vem incentivando a utilização de diversos materiais lignocelulósicos para tal finalidade. O objetivo deste trabalho foi comparar o potencial de produção de açúcares (glicose e xilose) da palha e do bagaço de cana-de-açúcar. Inicialmente, as duas biomassas foram caracterizadas, mostrando percentuais muito similares de celulose e hemicelulose (42,1% e 22,6% para o bagaço e 39,2% e 22,7% para a palha, respectivamente). Isto evidencia potenciais similares de produção de açúcares. Posteriormente, foram realizados experimentos em laboratório para comparar os resultados de rendimento de xilose e produção de furfural após as reações de hidrólise ácida das duas biomassas, com o intuito de verificar se este processo, comumente utilizado para o bagaço, pode ser utilizado para a palha. As variáveis que foram avaliadas foram a concentração de ácido (0,5-3,0%m/m), o tempo reacional (15-60min) e a relação sólido-líquido (RSL - 0,1-0,2m/m). Concentrações de 42,72g/L e de 41,31g/L de xilose foram encontradas para a palha e para o bagaço, respectivamente, alcançando rendimentos de xilose superiores a 80%, em reações em laboratório. Também foram realizados ensaios de hidrólise ácida em planta piloto e de hidrólise enzimática em laboratório para avaliar os resultados de rendimento de glicose da palha. Os resultados de rendimento de xilose e produção de inibidores para estas reações foram avaliados e comparados com os dados obtidos em laboratório. Concentrações de 35,2g/Lde xilose e de 27,3g/L de glicose foram encontradas para a palha, alcançando rendimentos de xilose próximos a 100% e de glicose superiores a 64%, em reações de pré-tratamento em planta piloto e em reações de hidrólise enzimática em laboratório. Os resultados evidenciaram que as variáveis concentração de ácido e relação sólido:líquido são as mais influenciam na produção de xilose e glicose

Quironómidos (Díptera) de las instalaciones de la E.D.A.R. de Galindo

[ES] La finalidad de este trabajo es la identificación taxonómica de algunos de los quironómidos (Diptera) presentes en el entorno de la Estación Depuradora de Aguas Residuales de Galindo. La captura de los insectos se llevó a cabo mediante dos metodologías distintas, en los clarificadores de Decantación Secundaria de la E.D.A.R. La identificación taxonómica se ha realizado con la consulta de guías de identificación de machos adultos, los cuales presentan características morfológicas diferenciadoras más útiles y complejas. La identificación llevó al establecimiento de cuatro morfotipos, que agrupan a los individuos observados según características morfológicas comunes. En cada morfotipo se incluyen los taxones correspondientes de acuerdo con su identificación taxonómica. Sin embargo, en algunos casos, la identificación no ha alcanzado el nivel de especie.

Avaliação da eficiência do tratamento combinado de lixiviado com esgoto doméstico em estação de tratamento de esgoto.

Os lixiviados de aterros de resíduos sólidos urbanos possuem um potencial poluidor que necessita de atenção por parte das autoridades no assunto Universidade, Estado, Iniciativa Privada. Atualmente têm sido pesquisadas tecnologias para esse tratamento que sejam capazes de assimilar as variações de volume e de carga orgânica dos mesmos. O tratamento biológico combinado de lixiviados em Estações de Tratamento de Esgoto mostrase uma alternativa viável. Neste trabalho foi avaliado o tratamento combinado de lixiviado e esgoto em uma Planta Piloto de lodos-ativados, instalada na ETE de Icaraí/Niterói (RJ). O estudo foi desenvolvido com percentuais de lixiviado nas proporções de 0,5 a 2,5% em relação ao esgoto (volume/volume). Em termos de carga de DQO, os percentuais foram de 1,9 a 8,7% de carga equivalente ao lixiviado adicionado. Na Planta Piloto os resultados indicaram redução média de DQO de 73% ao longo de todo o monitoramento, sendo alcançadas remoções acima de 90%. Valores médios de DQO remanescente no efluente da planta piloto variaram de 43 a 134mg/L. Quanto às remoções médias de nitrogênio amoniacal foram alcançados valores de 80 a 97%. A redução de matéria orgânica, em termos de COD foi de 73%. Também foram monitorados reatores aeróbios em bancada de modo a avaliar possíveis interferências no desenvolvimento do lodo biológico. Foram operados reatores em regime de batelada e em regime contínuo. Os reatores não indicaram prejuízos ao lodo biológico em função do acréscimo de lixiviado para os percentuais de mistura 0,5 a 2,5% de lixiviado. Foram observadas reduções de DQO acima de 80%. As remoções de nitrogênio amoniacal foram maiores no reator operado em regime de batelada (>80%). Os resultados obtidos demonstram a viabilidade técnica do tratamento combinado e não indicaram interferência negativa no tratamento, em se tratando de redução de DQO, com o aumento da percentagem de lixiviado. Problemas na sedimentabilidade do lodo biológico foram observados ao longo de todo o período de operação da planta piloto, não havendo indicação de perda de sua qualidade em função das diferentes concentrações de lixiviado na alimentação.

Scale study of direct synthesis of dimethyl ether from biomass synthesis gas

We investigated the synthesis of dimethyl ether (DME) from biomass synthesis gas using a kind of hybrid catalyst consisting of methanol and HZSM-5 zeolite in a fixed-bed reactor in a 100 ton/year pilot plant. The biomass synthesis gas was produced by oxygen-rich gasification of corn core in a two-stage fixed bed. The results showed that CO conversions reached 82.00% and 73.55%, the selectivities for DME were 73.95% and 69.73%, and the space-time yields were 124.28 kg m- 3 h- 1 and 203.80 kg m- 3 h- 1 when gas hourly space velocities were 650 h- 1 and 1200 h- 1, respectively. Deoxidation and tar removal from biomass synthesis gas was critical to the stable operation of the DME synthesis system. Using single-pass synthesis, the H2/CO ratio improved from 0.98-1.17 to 2.12-2.22. The yield of DME would be increased greatly if the exhaust was reused after removal of the CO2.

Molecular evidence for the sister relationship of the eastern Asia-North American intercontinental species pair in the Podophyllum group (Berberidaceae)

The presumed pair relationships of intercontinental vicariad species in the Podophyllum group (Sinopodophyllum hexandrum vs. Podophyllum pelatum and Diphylleia grayi vs. D. cymosa) were recently, considered to be paraphyletic. In the present paper, the trnL-F and ITS gene sequences of the representatives were used to examine the sister relationships of these two vicariad species. A heuristic parsimony analysis based on the trnLF data identified Diphylleia as the basal clade of the other three genera, but provided poor resolution of their inter-relationships. High sequence divergence was found in the ITS data. ITS1 region, more variable but parsimonyuninformative. has no phylogenetic value, Sequence divergence of the ITS2 region provided abundant, phylogenetically informative variable characters. Analysis of ITS2 sequences confirmeda sister relationship between the presumable vicariad species, in spite of a low bootstrap support for Sinopodophyllum hexandrum vs. Podophyllum pelatum. The combined ITS2 and trnL-F data enforced a sister relationship between Sinopodophyllum hexandrum and Podophyllum pelatum with an elevated bootstrap support of 100%. Based on molecular phylogeny, the morphological evolution of this group was discussed. The self-pollination might have evolved from cross-fertilization two times in this group. The different pollination and seed dispersal systems of Sinopodophyllum hexandrum and Podophlyllum pelatum resulted from their adaptations to different ecological habitats. The divergence time of Sinopodophyllum hexandrum-Podophyllum pelatum is estimated to be 6.52+/-1.89 myr based on the ITS divergence. The divergence of this species pair predated or co-occurred with the recent uplift of the Himalayas 4-3 myr during the late Miocene and the formation of the alpine habitats. Sinopodophyllum hexandrum developed a host of specialized characters in its subsequent adaptation to the arid alpine surroundings. The present study confirmed the different patterns of species relationship between Asian-North American disjuncts. The isolation of plant elements between North America and eastern Asia must have been a gradual process, resulting in the different phylogenetic patterns and divergence times of the disjuncts.