A biochemical predictor of performance during mesophilic anaerobic fermentation of starch wastewater

The aim of this study was to determine the potential of biochemical parameters, such as enzyme activity and adenosine triphosphate (ATP) levels, as monitors of process performance in the Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor utilizing a starch wastewater. The acid and alkaline phosphatase activity and the ATP content of the UASB sludge were measured in response to changes in flow rate and nutrient loading. Conventional parameters of process performance, such as gas production, acetic acid production, COD, phosphorus, nitrogen and suspended solids loadings and % COD removal were also monitored. The response of both biochemical and conventional parameters to changing process conditions was then compared. Alkaline phosphatase activity exhibited the highest activity over the entire study perioda A high suspended solids loading was observed to upset the system in terms of gas production, acetic acid production and % COD removala The initial rate of increase in alkaline phosphatase activity following an increase in loading was four times as great during process upset than under conditions of good performance. The change in enzyme actiVity was also more sensitive to process upset than changes in acetic acid production. The change in ATP content of the sludge with time suggested that enzyme actiVity was changing independently of the actual viable biomass present. The bacterial composition of the anaerobic sludge granules was similar to that of other sludge bed systems, at the light and scanning electron microscope level. Isolated serum bottle cultures produced several acids involved in anaerobic carbohydrate metabolism. The overall performance of the UASB system indicated that higher loadings of soluble nutrients could have been tolerated by the system.

Miniature Wulff-type generator for improving feed to fuel cells /|nT.-S. Tan. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

The original objective of this work was to provide a simple generator w.hich would produce hydrogen torLfuel-cell feed and which could be operated under remote or northern conditions. A secondary objective was to maximize the yield of hydrogen and carbon monoxide from available feed-stocks. A search of the patent literature has indicated that the concept of a small Wulff-type generator is essentially sound and that hydrogen may be recovered from a wide variety of hydrocarbon feed-stocks. A simple experimental set-up has been devised, patterned after ~~t originally used by R. G. Wulff for producing acetylene. This provides a supply of feed-stock, with or Without a carrier gas, which may be passed directly through a heated tube, which may contain a catalyst. A suitable procedure has been devised for analysi~ effluent gases for hydrogen, oxygen, nitrogen, methane and carbon monoxide by gas chromatography with the column packed with .Molecular .:>ieve .5 4. Athanol with air a.s carrier gas and at the same time as oxidant o was thermolyzed at temperatures in the ra~e 700-1100 C, with or Wi~lout catalyst. Methanol with or without nitrogen as a carrier gas was also cracked with • the same type of reactor refractory tube, but the temperature range was lower t down to ,300 " C when a catalyst was used. The problems of converting methane to hydrogen and carbon monoxide effiCiently, using air and/or water as oxidants were also studied.

National energy policies of the Federal Republic of Germany and Canada in the 1970s and 1980s: are economic and/or environmental concerns responsible for change?

The thesis presents a comparison of the national energy policies of the Federal Republic of Germany and Canada from 1973 until the late 1980s. The purpose of this paper is to analyze whether economic and/or environmental concerns were responsible for changes in the· West-German and Canadian national energy policies. Furthermore, the feasibility of implementing a soft energy path in West-Germany and Canada is examined. For better comprehension of the policy-making process and implemented changes in the national energy policies of the two states, the West-German and Canadian parliamentary systems and the political cultures were compared. For the analysis, several events with international impact were taken as guidelines. Furthermore, based on statistical data, the West-German and Canadian energy production and consumption were analyzed. With reference to these results the degree of the de facto changes in the national energy policies were analyzed. In addition, the thesis discusses the possibilities which a soft energy path offers to both national governments to renounce themselves from the dependencies on a few energy resources. The thesis reveals that changes in the West-German and Canadian national energy policies, in their energy production and consumption are correlated to various world events. In particular, governmental reponses security of energy supply by the two international oil crises of 1973 and 1979/1980 demonstrate that changes in the West-German and Canadian national energy policies were implemented in reaction to economic concerns than environmental ones. With the policies "away from oil" and "off oil", the West-German and Canadian government implemented the i i substitution of oil through various diverse energy supply resources. However, energy savings concepts and policies were initiated through the first oil crisis in 1973. The world recessions in 1975 and 1982 had no 'profound impacts on the agenda of West-German and Canadian energy policies. As a consequence of the stagnation or the negative growth of the world economic market, changes in their energy production and consumption can be perceived. However, the West-German and Canadian energy production and consumption intensified with the augmentation of the world economy. During the period of study, environmental concerns were taken into account in the energy policy agendas of the Federal Republic of Germany and Canada but they were not of primary concern. wi thin the decade of. the 1980s notably more environmental considerations were taken into account in the energy policies of the two states. The two nuclear reactor accidents in 1979 and 1986 sharpened to various degrees West-German and Canadian public discourse of present energy supply mix and attitude towards energy production and consumption. The statistical data reflects yet no changes in the energy policies in regard to the position of nuclear power. However, in the next several years possible changes can be observed through statistical data, because the planning, the construction and possible phase out of nuclear power requires several years. Finally, the thesis reveals that the implementation of a soft energy path requires profound changes in the consumer behaviour. As several studies indicate, a soft energy path is technological and economically feasible for the Federal Republic of Germany and Canada, its implementation remains to be a political decision.

Studies of some cocondensations of nickel atoms with unsaturated organic ligands and with mixed ligand systems

The cocondensation of nickel with a number of unsaturated ligands was studied, as was the cocondensation with a number of mixed ligand systems. Enamines were found not to react with nickel while acrylonitrile was polymerized. In the mixed ligand syst.ems different products were obtained than when the ligands were cocondensed individually. Cocondensations of benzyl halide/allyl halide mixtures gave unstable products that were not observed when the halides were cocondensed individually. The effect of Kao-Wool insulation on nickel/benzyl halide cocondensations was found to be significant. Kao-Wool caused the bulk of the benzyl halide to be polymeri zed to a number of poly-benzylic species. An alkali metal reactor was designed for the evaporation of sodium and potassium atoms into cold solutions of metal halide and an or ganic substrate. This apparatus was used to synthesize Ni(P¢3 )3' but proved unsuccessful for synthesizing a nickel-enamine compound.

Biomethanation of syngas: identification of metabolic pathways from CO in a natural anaerobic consortium

Au cours des dernières décennies, l’intérêt pour la gazéification de biomasses a considérablement augmenté, notamment en raison de la grande efficacité de recouvrement énergétique de ce procédé par rapport aux autres procédés de génération de bioénergies. Les composants majoritaires du gaz de synthèse, le monoxyde de carbone (CO) et l’hydrogène (H2) peuvent entre autres servir de substrats à divers microorganismes qui peuvent produire une variété de molécules chimiques d’intérêts, ou encore produire des biocarburants, particulièrement le méthane. Il est donc important d'étudier les consortiums méthanogènes naturels qui, en syntrophie, serait en mesure de convertir le gaz de synthèse en carburants utiles. Cette étude évalue principalement le potentiel de méthanisation du CO par un consortium microbien issu d’un réacteur de type UASB, ainsi que les voies métaboliques impliquées dans cette conversion en conditions mésophiles. Des tests d’activité ont donc été réalisés avec la boue anaérobie du réacteur sous différentes pressions partielles de CO variant de 0.1 à 1,65 atm (0.09 à 1.31 mmol CO/L), en présence ou absence de certains inhibiteurs métaboliques spécifiques. Dès le départ, la boue non acclimatée au CO présente une activité carboxidotrophique relativement intéressante et permet une croissance sur le CO. Les tests effectués avec de l’acide 2- bromoethanesulfonique (BES) ou avec de la vancomycine démontrent que le CO est majoritairement consommé par les bactéries acétogènes avant d’être converti en méthane par les méthanogènes acétotrophes. De plus, un plus grand potentiel de méthanisation a pu être atteint sous une atmosphère constituée uniquement de CO en acclimatant auparavant la boue. Cette adaptation est caractérisée par un changement dans la population microbienne désormais dominée par les méthanogènes hydrogénotrophes. Ceci suggère un potentiel de production à large échelle de biométhane à partir du gaz de synthèse avec l’aide de biofilms anaérobies.

Carboxydothermus hydrogenoformans comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène simultanément a la minéralisation de calcium et phosphate

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours.

Analyse des processus de dérive lors de la gravure profonde du silicium dans des plasmas SF6 et C4F8

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de développer des outils de diagnostics non-invasifs et de caractériser in-situ les dérives de procédé dans un réacteur industriel utilisé en production pour la gravure profonde du silicium par le procédé Bosch. Ce dernier repose sur l’alternance d’un plasma de SF6 pour la gravure isotrope du Si et d’un plasma de C4F8 pour la passivation des parois dans l’optique d’obtenir des tranchées profondes et étroites. Dans un premier temps, nous avons installé une sonde courant-tension sur la ligne de transmission du signal rf au porte-substrat pour l’étude de son impédance caractéristique et un spectromètre optique pour l’étude de l’émission optique du plasma. Nos travaux ont montré que l’évolution temporelle de l’impédance constitue un excellent moyen pour identifier des changements dans la dynamique du procédé, notamment une gravure complète de la photorésine. De plus, à partir des spectres d’émission, nous avons pu montrer que des produits carbonés sont libérés du substrat et des parois lors de l’alternance passivation/gravure et que ceux-ci modifient considérablement la concentration de fluor atomique dans le plasma. Dans un second temps, nous avons développé un réacteur à « substrat-tournant » pour l’analyse in-situ des interactions plasma-parois dans le procédé Bosch. Nos travaux sur ce réacteur visaient à caractériser par spectrométrie de masse l’évolution temporelle des populations de neutres réactifs et d’ions positifs. Dans les conditions opératoires étudiées, le SF6 se dissocie à près de 45% alors que le degré de dissociation du C4F8 atteint 70%. Le SF6 est avant tout dissocié en F et SF3 et l’ion dominant est le SF3+ alors que le C4F8 est fragmenté en CF, CF3 et CF4 et nous mesurons plusieurs ions significatifs. Dans les deux cas, la chaîne de dissociation demeure loin d’être complète. Nous avons noté une désorption importante des parois de CF4 lors du passage du cycle de passivation au cycle de gravure. Un modèle d’interactions plasmas-parois est proposé pour expliquer cette observation.

L-Glutaminase production by an immobilized marine Pseudomonas sp. BTMS -51

The present study is about the Pseudomonas sp. BTMS-51 isolated from the marine sediments of Cochin Coast. In the present study, it is concluded that marine bacteria are ideal candidates for immobilization using either Ca-alginate entrapment or physical adsorption on to synthetic inert supports and the process of immobilization does not negatively influence them. Thus, Ca-alginate entrapment of the bacteria was found to be well suited for reuse of the biomass and extended operational stability during continuous operation. Adherence of the bacterium to inertsupports was observed to be strong and it imparted minimal stress on the immobilized bacterium and allowed detachment and relocation on the supports which enabled the formation of a dynamic equilibrium maintaining a stable cell loading. This is particularly desirable in the industry for extended operational stability and maintenance of consistently higher outputs. Marine Pseudomonas sp. BTMS-51 is ideal for industrial production of extra cellular L-glutaminase and immobilization on to synthetic inert support such as polyurethane foam could be an efficient technique, employing packed bed reactor for continuous production of the enzyme. Temperature and glutamine concentration had significant effects on enzyme production by cells immobilized on polyurethane foam (PUF).

Development of Bioreactors for Nitrifying Water In Closed System Hatcheries Of Penaeid And Non-Penaeid Prawns

In the present study the development of bioreactors for nitrifying water in closed system hatcheries of penaeid and non-penaeid prawns. This work is an attempt in this direction to cater to the needs of aquaculture industry for treatment and remediation of ammonia and nitrate in penaeid and non-penaeid hatcheries, by developing nitrifying bacteria allochthonous to the particular environment under consideration, and immobilizing them on an appropriately designed support materials configured as reactors. Ammonia toxicity is the major limiting factors in penaeid and non-penaeid hatchery systems causing lethal and sublethal effects on larvae depending on the pH values. Pressing need of the aquaculture industry to have a user friendly and economically viable technology for the removal of ammonia, which can be easily integrated to the existing hatchery designs without any major changes or modifications. Only option available now is to have biological filters through which water can be circulated for the oxidation of ammonia to nitrate through nitrite by a group of chemolithotrophs known as nitrifying bacteria. Two types of bioreactors have been designed and developed. The first category named as in situ stringed bed suspended bioreactor(SBSBR) was designed for use in the larval rearing tanks to remove ammonia and nitrite during larval rearing on a continuous basis, and the other to be used for nitrifying freshly collected seawater and spent water named as ex situ packed bed bioreactior(PBBR). On employing the two reactors together , both penaeid and non-penaeid larval rearing systems can be made a closed recirculating system at least for a season. A survey of literature revealed that the in situ stringed bed suspended reactor developed here is unique in its design, fabrication and mode of application.