Rapid detection of TNT in aqueous media by selective label free surface enhanced Raman spectroscopy

We report rapid and ultra-sensitive detection system for 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) using unmodified gold nanoparticles and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). First, Meisenheimer complex has been formed in aqueous solution between TNT and cysteamine in less than 15 min of mixing. The complex formation is confirmed by the development of a pink colour and a new UV–vis absorption band around 520 nm. Second, the developed Meisenheimer complex is spontaneously self-assembled onto unmodified gold nanoparticles through a stable Au–S bond between the cysteamine moiety and the gold surface. The developed mono layer of cysteamine-TNT is then screened by SERS to detect and quantify TNT. Our experimental results demonstrate that the SERS-based assay provide an ultra-sensitive approach for the detection of TNT down to 22.7 ng/L. The unambiguous fingerprint identification of TNT by SERS represents a key advantage for our proposed method. The new method provides high selectivity towards TNT over 2,4 DNT and picric acid. Therefore it satisfies the practical requirements for the rapid screening of TNT in real life samples where the interim 24-h average allowable concentration of TNT in waste water is 0.04 mg/L.

A Web-based system enabling the integration, analysis, and 3D sub-surface visualization of groundwater monitoring data and geological models

The 3D Water Chemistry Atlas is an intuitive, open source, Web-based system that enables the three-dimensional (3D) sub-surface visualization of ground water monitoring data, overlaid on the local geological model (formation and aquifer strata). This paper firstly describes the results of evaluating existing virtual globe technologies, which led to the decision to use the Cesium open source WebGL Virtual Globe and Map Engine as the underlying platform. Next it describes the backend database and search, filtering, browse and analysis tools that were developed to enable users to interactively explore the groundwater monitoring data and interpret it spatially and temporally relative to the local geological formations and aquifers via the Cesium interface. The result is an integrated 3D visualization system that enables environmental managers and regulators to assess groundwater conditions, identify inconsistencies in the data, manage impacts and risks and make more informed decisions about coal seam gas extraction, waste water extraction, and water reuse.

Near infrared spectroscopy as a rapid non-invasive tool for agricultural and industrial process management with special reference to avocado and sandalwood industries

Near infrared spectroscopy (NIRS) can play a vital role as a cost effective, rapid, non-invasive, reproducible diagnostic tool for many environmental management, agricultural and industrial waste water monitoring applications. In this paper we highlight the ability of NIRS technology to be used as a diagnostic tool in agricultural and environmental applications through the successful assessment of Fourier Transform NIRS to predict α santalol in sandalwood chip samples, and maturity of ‘Hass’ avocado fruit based on dry matter content. Presented at the Third International Conference on Challenges in Environmental Science & Engineering, CESE-2010. 26 September – 1 October 2010, The Sebel, Cairns, Queensland, Australia.

Microbial life and deposits in paper machine circuits

Väitöskirjani käsittele mikrobien ja erilaisten kemikaalien rooleja saostumien ja biofilmien muodostumisessa paperi- ja kartonkikoneilla. "Saostuma" tässä työssä tarkoittaa kiinteän aineen kertymää konepinnoille tai rajapinnoille konekierroissa, jotka on tarkoitettu massasulppujen, lietteiden, vesien tai ilman kuljetukseen. Saostumasta tulee "biofilmi" silloin kun sen oleellinen rakennekomponentti on mikrobisolut tai niiden tuotteet. Väitöstyöni työhypoteesina oli, että i. tietämys saostumien koostumuksesta, sekä ii. niiden rakenteesta, biologisista, fysikaalis-kemiallisista ja teknisistä ominaisuuksista ohjaavat tutkijaa löytämään ympäristöä säästäviä keinoja estää epätoivottujen saostumien muodostus tai purkaa jo muodostuneita saostumia. Selvittääkseni saostumien koostumista ja rakennetta käytin monia erilaisia analytiikan työkaluja, kuten elektronimikroskopiaa, konfokaali-laser mikroskopiaa (CLSM), energiadispersiivistä röntgenanalyysiä (EDX), pyrolyysi kaasukromatografiaa yhdistettynä massaspektrometriaan (Py-GCMS), joninvaihtokromatografiaa, kaasukromatografiaa ja mikrobiologisia analyysejä. Osallistuin aktiivisesti innovatiivisen, valon takaisinsirontaan perustuvan sensorin kehittämistyöhön, käytettäväksi biofilmin kasvun mittaukseen suoraan koneen vesikierroista ja säiliöistä. Työni osoitti, että monet paperinvalmistuksessa käytetyistä kemikaaleista reagoivat keskenään tuottaen orgaanisia tahmakerroksia konekiertojen teräspinnoille. Löysin myös kerrostumia, jotka valomikroskooppisessa tarkastelussa oli tulkittu mikrobeiksi, mutta jotka elektronimikroskopia paljasti alunasta syntyneiksi, alumiinihydroksidiksi joka saostui pH:ssa 6,8 kiertokuitua käyttävän koneen viiravesistä. Monet paperintekijät käyttävät vieläkin alunaa kiinnitysaineena vaikka prosessiolot ovat muuttuneet happamista neutraaleiksi. Sitä pidetään paperitekijän "aspiriinina", mutta väitöstutkimukseni osoitti sen riskit. Löysin myös orgaanisia saostumia, joiden alkuperä oli aineiden, kuten pihkan, saippuoituminen (kalsium saippuat) niin että muodostui tahmankasvua ylläpitävä alusta monilla paperi- ja kartonkikoneilla. Näin solumuodoiltaan Deinococcus geothermalista muistuttavia bakteereita kasvamassa lujasti teräskoepalojen pintaan kiinnittyneinä pesäkkeinä, kun koepaloja upotettiin paperikoneiden vesikiertoihin. Nämä deinokokkimaiset pesäkkeet voivat toimia jalustana, tarttumisalustana muiden mikrobien massoille, joka selittäisi miksi saostumat yleisesti sisältävät deinokokkeja pienenä, muttei koskaan pääasiallisena rakenneosana. Kun paperikoneiden käyttämien vesien (raakavedet, lämminvesi, biologisesti puhdistettu jätevesi) laatua tutkitaan, mittausmenetelmällä on suuri merkitys. Koepalan upotusmenetelmällä todettu biofilmikasvu ja viljelmenetelmällä mitattu bakteerisaastuneisuus korreloivat toisiinsa huonosti etenkin silloin kun likaantumisessa oli mukana rihmamaiseti kasvavia bakteereja. Huoli ympäristöstä on pakottanut paperi- ja kartonkikoneiden vesikiertojen sulkemiseen. Vesien kierrätys ja prosessivesien uudelleenkäyttö nostavat prosessilämpötilaa ja lisäävät koneella kiertävien kolloidisten ja liuenneiden aineiden määriä. Tutkin kiertovesien pitoisuuksia kolmessa eriasteisesti suljetussa tehtaassa, joiden päästöt olivat 0 m3, 0,5 m3 ja 4 m3 jätevettä tuotetonnia kohden, perustuen puhdistetun jäteveden uudelleen käyttöön. Nollapäästöisellä tehtaalla kiertovesiin kertyi paljon orgaanisesti sidottua hiiltä (> 10 g L-1), etenkin haihtuvina happoina (maito-, etikka-, propioni- ja voi-). Myös sulfaatteja, klorideja, natriumia ja kalsiumia kertyi paljon, > 1 g L-1 kutakin. Pääosa (>40%) kaikista bakteereista oli 16S rRNA geenisekvenssianalyysien tulosten perusteella sukua, joskin etäistä (< 96%) ainoastaan Enterococcus cecorum bakteerille. 4 m3 päästävältä tehtaalta löytyi lisäksi Bacillus thermoamylovorans ja Bacillus coagulans. Tehtaiden saostumat sisälsivät arkkeja suurina pitoisuuksina, ≥ 108 g-1, mutta tunnistukseen riittävää sekvenssisamanlaisuutta löytyi vain yhteen arkkisukuun, Methanothrix. Tutkimustulokset osoittivat että tehtaan vesikiertojen sulkeminen vähensi rajusti mikrobiston monimuotoisuutta, muttei estänyt liuenneen aineen ja kiintoaineen mineralisoitumista.

Microbially induced separation of arsenopyrite and bioremediation of arsenic

This paper discusses the role of the mineral-adapted acidiphilic microorganism. Acidithiobacillus ferrooxidans in the beneficiation of arsenopyrite-containing multisulfides (pyrite and chalcopyrite) and the bioremediation of the resulting arsenical waste water. It was found that adaptation to minerals alters the surface properties of the microorganism. Bacterial adaptation to arsenopyrite and controlled bacterial adhesion to mineral surfaces lead to selectivity in arsenopyrite separation. Bioremoval of arsenic ions (both arsenite and arsenate ions) by Acidithiobacillus ferrooxidans is also discussed.

Understanding Connectivity between Groundwater Chemistry Data and Geological Stratigraphy via 3D Sub-surface Visualization and Analysis

This paper describes the 3D Water Chemistry Atlas - an open source, Web-based system that enables the three-dimensional (3D) sub-surface visualization of ground water monitoring data, overlaid on the local geological model. Following a review of existing technologies, the system adopts Cesium (an open source Web-based 3D mapping and visualization interface) together with a PostGreSQL/PostGIS database, for the technical architecture. In addition a range of the search, filtering, browse and analysis tools were developed that enable users to interactively explore the groundwater monitoring data and interpret it spatially and temporally relative to the local geological formations and aquifers via the Cesium interface. The result is an integrated 3D visualization system that enables environmental managers and regulators to assess groundwater conditions, identify inconsistencies in the data, manage impacts and risks and make more informed decisions about activities such as coal seam gas extraction, waste water extraction and re-use.

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.

Jäteveden kemiallisen puhdistuksen teoriaa. Jäteveden kemiallisia puhdistuskokeita ferrikloridilla ja kalkilla

Theory of chemical waste water treatment. Pilot plant tests on chemical precipitation with ferric chloride and lime.

Teollisuusjätevesien sadetustyöryhmän loppuraportti

Spray irrigation of industrial waste water.

Jätevesilietteen raskasmetalleista ja hygieenisistä määrityksistä Suomessa

On heavy metals and hygienic determinations of waste water sludges in Finland.

Jätevesien vaikutus järvien rehevöittäjänä

Engl. summary: The effect of waste water on lake recipient

Teollisuuden jätevedet

Engl. summary: Industrial waste water

Tutkimuksia jätevesilietteen kunnostuksesta ja koneellisesta kuivauksesta

Engl. summary: Studies on conditioning and mechanical dewatering of waste water sludge

Fabrication of novel Ag3PO4/BiOBr heterojunction with high stability and enhanced visible-light-driven photocatalytic activity

Herein, we report a facile and effective method to enhance the photocatalytic activity of bismuth oxybromide (BiOBr) semiconductor through the fabrication of heterojunction with Ag3PO4. The as synthesized Ag3PO4/BiOBr microspheres were characterized with transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and UV-vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS). The new Ag3PO4/BiOBr heterojunctions exhibited wide absorption in the visible-light region and compared to pure BiOBr and Ag3PO4 samples displayed exceptionally high photocatalytic activity for the degradation of typical organic pollutants such as Rhodamine B (RhB) and phenol. The optimal Ag/Bi weight ratio in Ag3PO4/BiOBr microsphere (AB7) was found to be 0.7. The enhanced photocatalytic activity was related to the efficient separation of electron-hole pairs derived from matching band potentials between BiOBr and Ag3PO4 which results into the generation of natural energy bias at heterojunction and subsequent transfer of photoinduced charge carriers. Moreover, the synthesized samples exhibited almost no loss of activity even after 6 recycling runs indicating their high photocatalytic stability. Considering the facile and environment friendly route for the synthesis of Ag3PO4/BiOBr hybrids with enhanced visible-light induced photocatalytic activity, it is possible to widely apply these hybrids in various fields such as waste water treatment. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Destruction of Chemical Agents in a Plasma Reactor with Working Gas of Hydrogen