DEVELOPMENT OF ION EXCHANGE MODELS FOR WATER TREATMENT AND APPLICATION TO THE INTERNATIONAL SPACE STATION WATER PROCESSOR

The International Space Station (ISS) requires a substantial amount of potable water for use by the crew. The economic and logistic limitations of transporting the vast amount of water required onboard the ISS necessitate onboard recovery and reuse of the aqueous waste streams. Various treatment technologies are employed within the ISS water processor to render the waste water potable, including filtration, ion exchange, adsorption, and catalytic wet oxidation. The ion exchange resins and adsorption media are combined in multifiltration beds for removal of ionic and organic compounds. A mathematical model (MFBMODEL™) designed to predict the performance of a multifiltration (MF) bed was developed. MFBMODEL consists of ion exchange models for describing the behavior of the different resin types in a MF bed (e.g., mixed bed, strong acid cation, strong base anion, and weak base anion exchange resins) and an adsorption model capable of predicting the performance of the adsorbents in a MF bed. Multicomponent ion exchange ii equilibrium models that incorporate the water formation reaction, electroneutrality condition, and degree of ionization of weak acids and bases for mixed bed, strong acid cation, strong base anion, and weak base anion exchange resins were developed and verified. The equilibrium models developed use a tanks-inseries approach that allows for consideration of variable influent concentrations. The adsorption modeling approach was developed in related studies and application within the MFBMODEL framework was demonstrated in the Appendix to this study. MFBMODEL consists of a graphical user interface programmed in Visual Basic and Fortran computational routines. This dissertation shows MF bed modeling results in which the model is verified for a surrogate of the ISS waste shower and handwash stream. In addition, a multicomponent ion exchange model that incorporates mass transfer effects was developed, which is capable of describing the performance of strong acid cation (SAC) and strong base anion (SBA) exchange resins, but not including reaction effects. This dissertation presents results showing the mass transfer model's capability to predict the performance of binary and multicomponent column data for SAC and SBA exchange resins. The ion exchange equilibrium and mass transfer models developed in this study are also applicable to terrestrial water treatment systems. They could be applied for removal of cations and anions from groundwater (e.g., hardness, nitrate, perchlorate) and from industrial process waters (e.g. boiler water, ultrapure water in the semiconductor industry).

Fast screening procedure for antibiotics in wastewaters by direct HPLC-DAD analysis

Growing concern about the contamination of wastewaters by antibiotics demands fast but sensitive analytical methodologies, for the screening of a large number of samples. The purpose of this work was to develop a simple methodology, using direct injection of the samples, by HPLC with diode array detection (DAD), for a multiresidue analysis of five antibiotics of different classes. Wastewater from an urban water treatment plant was selected as a model to study possible coelution of interfering compounds. The linearity interval ranged from 40 to 400 µg/L for amoxicillin (Amox), metronidazole (Metro), cefazolin (Cefa), and chloramphenicol (Chloram) and from 20 to 200 µg/L for sulfamethoxazole (Sulfa), with LODs lower than 14 µg/L. Repeatability, expressed by the CV of six repeated injections, ranged from 1 to 8%, while the intermediate precision varied between 2 and 11%. The recovery ranged from 90 to 109%. This method enables the fast screening of a large number of samples, with an expanded uncertainty in the 1–22% range. The advantage of the proposed method is to significantly reduce the number of samples to be analyzed by more complex methods.

Acompanhamento da reabilitação estrutural da ETA de Morgavel

Relatório de Estágio para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Aplicação do conceito de gestão de ativos físicos numa estação elevatória de águas

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Controlo da compactação com recurso a gamadensímetro – Caso de estudo: ETAR de Castelo Branco

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente

Otimização da Amostragem e Estudo de Viabilidade da Monitorização de Sondas na ETAR de Rabada

Mestrado em Engenharia Química - Tecnologias de Protecção Ambiental

Avaliação do efeito da microfauna do tanque de arejamento no efluente final

O presente trabalho, efetuado na Estação de Tratamento de Águas Residuais do Freixo (ETAR do Freixo), decorreu durante um período de nove meses, (entre Dezembro de 2012 e Agosto de 2013), e teve como principais objetivos: - a observação microscópica e respetiva identificação dos organismos presentes nas lamas ativadas dos reatores biológicos da ETAR (incidindo nos protozoários, metazoários e bactérias filamentosas); - estabelecer a relação entre os organismos identificados/quantidade respetiva e a sedimentabilidade das lamas ativadas e sua influência no processo de depuração; - avaliar a variação das espécies identificadas com as alterações processuais. Para o efeito, a metodologia utilizada foi: - a colheita diária de amostras em vários pontos da ETAR; - a determinação dos parâmetros operacionais e caracterização das amostras recolhidas, tendo sido efetuadas 6039 análises físico-químicas, incluindo ao afluente à ETAR, ao afluente e ao conteúdo dos dois reatores biológicos, à corrente de recirculação de lamas e ao efluente; - a visualização diária microscópica ótica sem contraste de fase dos microrganismos presentes nos reatores biológicos; - a visualização microscópica ótica com contraste de fase da microfauna presente nos reatores biológicos, sendo efetuadas 16 identificações e quantificações dos protozoários presentes nas lamas ativadas dos dois reatores e 10 identificações e quantificações das bactérias filamentosas presentes nos dois reatores biológicos. O início do estudo ocorreu num período em que se começou a verificar um aumento excessivo de espumas nos decantadores secundários, resultando numa fraca sedimentabilidade das lamas e numa menor qualidade do efluente final. Na tentativa de reduzir a excessiva ascensão do manto de lamas que se verificou, foram efectuadas alterações operacionais, consistindo: - na alteração da razão de recirculação da decantação secundária para os reatores biológicos; - na introdução de um composto altamente concentrado em matéria orgânica na corrente de recirculação de lamas; - na alteração da extração de lamas biológicas. Verificou-se que as alterações processuais efetuadas foram muito eficazes na diminuição do manto de lamas da decantação secundária, bem como muito eficazes na qualidade do efluente final. Durante os meses de Fevereiro a Agosto fez-se o acompanhamento diário de todas as condições de operação de modo a manter e validar o procedimento de operação, o qual se considerou muito eficaz em termos de obtenção de uma água tratada de excelente qualidade. Durante o estudo efetuado, verificou-se que a população microbiológica existente nos dois reatores biológicos se manteve praticamente inalterada durante todo o período, sendo os móveis de fundo e os sésseis os grupos dominantes. Esta dominância traduziu-se na elevada qualidade do efluente final que se observou a partir do mês de Fevereiro, tendo dificultado o estudo de novas condições de operação, mas facilitando a validação do procedimento adotado. No que se refere às bactérias filamentosas, verificou-se que são diversas as espécies presentes nos reatores biológicos e que existem em grande abundância, sendo que o Tipo 0092 é claramente dominante. O excessivo crescimento deste tipo de bactérias mostrou ser o maior problema a nível microbiológico no processo de tratamento da instalação, tornando-se crítico no período de inverno em que a temperatura e os picos de pluviosidade se mostraram condições favoráveis ao seu desenvolvimento. Para além da temperatura outros fatores mostraram-se responsáveis pelo seu crescimento tais como a razão Alimento/Microrganismo (A/M), a idade das lamas, a carga mássica afluente e o teor de oxigénio dissolvido nos reatores biológicos. Pode-se concluir que apesar de não se trabalhar com os valores teóricos dos parâmetros microbiológicos e operacionais considerados ideais, a ETAR do Freixo, possui um tratamento bastante eficaz na remoção da carga orgânica, na remoção de nutrientes e na remoção de sólidos suspensos totais, apesar da não existência de uma etapa de afinação final como a filtração.

Planta pilot d'una potabilitzadora

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. El treball ha consistit en dissenyar i construir una planta pilot d'una potabilitzadora que simulés el funcionament de les plantes potabilitzadores, basada en els mateixos principis . La Planta pilot de la potabilitzadora consta de les següents operacions: desbast, floculació, decantació, filtració de sorra, aireació, filtració de carbó actiu i desinfecció. La mostra utilitzada per la potabilització s’ha obtingut de l’embassament del Pasteral, lloc on la planta potabilitzadora de Girona capta l’aigua. Una vegada potabilitzada s’han realitzat una sèrie d’anàlisis tant a l’entrada com a la sortida, per determinar la variació obtinguda en diferents paràmetres del procés. Els tipus d’anàlisis realitzats són: fisicoquímics, microbiològics i organolèptics. Finalment, s’ha realitzat una comparació amb la potabilitzadora de Girona i s’ha verificat mitjançant els paràmetres de la normativa de l’aigua l'estat de la mostra.

Characterization of fecal indicator bacteria in sediments cores from the largest freshwater lake of Western Europe (Lake Geneva, Switzerland)

This study characterized the fecal indicator bacteria (FIB), including Escherichia coli (E. coli) and Enteroccocus (ENT), disseminated over time in the Bay of Vidy, which is the most contaminated area of Lake Geneva. Sediments were collected from a site located at similar to 500 m from the present waste water treatment plant (WWTP) outlet pipe, in front of the former WWTP outlet pipe, which was located at only 300 m from the coastal recreational area (before 2001). E. coil and ENT were enumerated in sediment suspension using the membrane filter method. The FIB characterization was performed for human Enterococcus faecalis (E. faecalis) and Enterococcus faecium (E. faecium) and human specific bacteroides by PCR using specific primers and a matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). Bacterial cultures revealed that maximum values of 35.2 x 10(8) and 6.6 x 10(6) CFU g(-1) dry sediment for E. coil and ENT, respectively, were found in the sediments deposited following eutrophication of Lake Geneva in the 1970s. whereas the WWTP started operating in 1964. The same tendency was observed for the presence of human fecal pollution: the percentage of PCR amplification with primers ESP-1/ESP-2 for E. faecalis and E. faecium indicated that more than 90% of these bacteria were from human origin. Interestingly, the PCR assays for specific-human bacteroides HF183/HF134 were positive for DNA extracted from all isolated strains of sediment surrounding WWPT outlet pipe discharge. The MALDI-TOF MS confirmed the presence of general E. coli and predominance E. faecium in isolated strains. Our results demonstrated that human fecal bacteria highly increased in the sediments contaminated with WWTP effluent following the eutrophication of Lake Geneva. Additionally, other FIB cultivable strains from animals or adapted environmental strains were detected in the sediment of the bay. The approaches used in this research are valuable to assess the temporal distribution and the source of the human fecal pollution in aquatic environments. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Jäähdytykseen ja täyssuolanpoistoon perustuva lauhteen puhdistus soodakattilalaitoksella

Tämän diplomityön oleellisempana tavoitteena oli tutkia ioninvaihtohartsien pitkäaikaista toiminnallista lämpötilakestävyyttä kirjallisuustutkimuksin ja kuormituskokein. Lisaksi työssä optimoitiin taloudellisesti ja teknisesti paras kytkentävaihtoehto soodakattilan lauhteenpuhdistuslaitokselle. Tässä diplomityössä selvitettiin myös soodakattilan ulospuhallusveden sisältämien veden jälkiannostelukemikaalien ja epäpuhtauksien vaikutusta ioninvaihtohartsien vanhenemiseen.; Ioninvaihtohartsien lämpötilakestävyyteen liittyvät koeajot suoritettiin Stora Enso Laminating Papers Oy Kotkan tehtaalla. Koeajoja varten oli erikseen suunniteltu koeajolaitteisto, jossa lauhdenäytettä puhdistettiin patruunasuotimella ja sekavaihtimella. Sekavaihtimessa käytettiin vahvoja anioni- ja kationihartseja. Koeajoja oli yhteensä neljäkappaletta ja niissä tutkittiin hartsien lämpötilakestävyyttä ja anionihartsin silikaatti-vuodon riippuvuutta lämpötilasta. Lämpötilakestävyyskoeajoissa käytetyt hartsit lähetettiin Rohm and Haasille analysoitavaksi. Lopulta koeajojen tuloksia verrattiin kirjallisuudessa esitettyihin aikaisempiin tutkimuksiin. Lauhteenpuhdistuslaitoksen kytkentävaihtoehtojen optimoinnissa käytettiin apuna Kotkan ja UPM-Kymmene Oyj Pietarsaaren tehtaiden kokemuksia. Kytkentävaihtoehtojen energiataseet laskettiin kuudelle eri laitokselle, joiden syöttöveden virtaukset olivat 37 -180 kg/s. Lisaksi selvitettiin kytkentävaihtoehtojen investointikustannukset ja kertakäyttöhartsien vuotuiset kustannukset laitokselle, jossa syöttöveden virtaus oli 67 kg/s. Ulospuhalluksen talteenottojärjestelmän energiataseet laskettiin kuudelle eri laitokselle, joiden syöttöveden virtaukset olivat 37 - 180 kg/s. Laskelmien lähtökohtana käytettiin kunkin soodakattilan ulospuhallusveden määriä, jotka selvitettiin tehdasvierailujen yhteydessä. Ulospuhallusveden epäpuhtauksien ja jälkiannostelukemikaalien pitoisuudet arvioitiin kattilaveden perusteella. Aikaisempien kokemusten perusteella arvioitiin, että ulospuhallusvesi johdettaisiin lisäveden valmistukseen ennen suolanpoistosarjoja. loninvaihtohartsien kuormituskokeiden ja kirjallisuustutkimusten perusteella oli selkeästi nähtävissä, että etenkin anionihartsin kapasiteetti heikkeni nopeasti lämpötilan ollessa yli 60 °C. Kationihartsin suolanpoistolle kriittinen lämpötilaraja on 100 °C.Lisäksi yli 60 °C:ssa anionihartsi ei pysty poistamaan silikaattia lauhteesta. Seuraavaksi on esitelty lauhteenpuhdistuslaitoksen optimikytkentävaihtoehdot sekä vanhoille että uusille laitoksille. Vanhalle laitokselle, jossa lauhteet on puhdistettu aikaisemmin mekaanisella suotimella ja lisäveden puhdistuksessa on käytetty sekavaihdinta, paras kytkentävaihto on erilliset sekavaihtimet lauhteelle ja lisävedelle. Uudelle ja vanhalle laitokselle, jossa lauhteet on puhdistettu aikaisemmin mekaanisella suotimella ja lisäveden puhdistuksessa ei ole käytetty sekavaihdinta, paras kytkentävaihto on yhteiset sekavaihtimet lauhteelle ja lisävedelle. Lauhteen puhdistuksessa käytetyt sekavaihtimen toimintalämpötila on 45 °C molemmissa kytkentävaihtoehdoissa. Kertakäyttöhartsien käyttö osoittautui suuressa mittakaavassa kannattamattomaksi. Tämä asia tarvinnee kuitenkin jatkotutkimuksia. Ulospuhallusveden talteenotolla saadaan energiasäästöä 6-53 k¤/a riippuenlaitoksesta. Etenkin soodakattilalaitoksissa, joissa soodakattila ja vedenkäsittelylaitos sijaitsevat lähellä toisiaan, kannattaa ulospuhallusvesi johtaa lisäveden valmistukseen. Jos edellä mainittujen laitosten etäisyydet kasvavat, saattavat ulospuhallusjärjestelmän investointi-kustannukset nousta kohtuuttoman suureksi. Tämä työ osoitti myös, että ulospuhallusveden epäpuhtauksilla ei ole merkittävää vaikutusta kemiallisesti puhdistetun veden laatuun ennen suolanpoistolaitosta ja ioninvaihtohartsien vanhenemiseen.

Amoebal pathogens as emerging causal agents of pneumonia.

Despite using modern microbiological diagnostic approaches, the aetiological agents of pneumonia remain unidentified in about 50% of cases. Some bacteria that grow poorly or not at all in axenic media used in routine clinical bacteriology laboratory but which can develop inside amoebae may be the agents of these lower respiratory tract infections (RTIs) of unexplained aetiology. Such amoebae-resisting bacteria, which coevolved with amoebae to resist their microbicidal machinery, may have developed virulence traits that help them survive within human macrophages, i.e. the first line of innate immune defence in the lung. We review here the current evidence for the emerging pathogenic role of various amoebae-resisting microorganisms as agents of RTIs in humans. Specifically, we discuss the emerging pathogenic roles of Legionella-like amoebal pathogens, novel Chlamydiae (Parachlamydia acanthamoebae, Simkania negevensis), waterborne mycobacteria and Bradyrhizobiaceae (Bosea and Afipia spp.).

Biologisen jätevedenpuhdistuksen ilmastuksen tehostaminen

Työssä tutkittiin, mikä on kustannustehokkain tapa lisätä ilmastuskapasiteettia ja selvitettiin, saostaako vesilaitokselta flotaatioaltaasta poistettava ferrisulfaattisakka jäteveden fosforia esiselkeyttimessä. Työssä määritettiin teoreettinen hapentarve ilmastusaltaassa maksimikuormituksen aikana ja hapensiirtonopeus jäteveteen olemassa olevalla laitteistolla. Hapensiirtonopeuden funktion korjauskertoimet  ja  sekä kokonaishapensiirtokerroin määritettiin laboratorio-olosuhteissa. Lisäksi laskettiin kuinka paljon nykyisten ilmastimien kautta saadaan happea jäteveteen liukenemaan ja verrattiin tätä lukua teoreettiseen hapentarpeeseen. Jälkimmäistä menettelytapaa käyttäen arvioitiin lisähapen tarve. Tulokseksi saatiin, että maksimi BOD-kuormituksen aikana happea tarvitsee saada jäteveteen liuotettua 5200 m³/d lisää. Ilmastuskapasiteetin lisäyksen kustannuslaskelmassa verrattiin neljää vaihtoehtoa: puhdasta happea liuotettuna happimattojen kautta tai OKI-ilmastimen kautta, onsite-happilaitoksen puhdasta happea liuotettuna OKI-ilmastimen kautta tai ilman happea liuotettuna jäteveteen EDI-ilmastimien kautta. Laskelmat osoittivat uusien EDI-ilmastimien hankinnan olevan edullisin vaihtoehto pitkällä aikavälillä. Vaikka EDI-ilmastimien investointikustannukset ovat korkeat, tulevat ne käyttökustannuksiltaan kaikkein edullisimmaksi. Vesilaitokselta tulevan rautasuolasakan fosforia saostavaa vaikutusta tutkittiin laboratoriossa astiakokein. Näytteet otettiin vesilaitokselta jätevesilaitokselle menevästä rautasuolasakasta sekä esiselkeyttimen kirkasteesta. Näitä eri suhteissa keskenään sekoittamalla saatiin selville, että rautasuolasakka ja sakan mukana tuleva reagoimaton rautasuola saostavat liukoista ja kokonaisfosforia esiselkeytyksessä.

Jätevedenpuhdistamon toiminnan optimointi

Schauman Wood Oy Pelloksen tehtaat on Euroopan suurin havuvanerin valmistaja. Tehtailla tukkien haudonnassa ja kuorien kuivaamisessa syntyvät jätevedet sekä sosiaalijätevedet puhdistetaan omassa biologisessa puhdistamossa. Puhdistamo rakennettiin alun perin aktiivilietelaitokseksi ja muutettiin kuormituksen kasvaessa vuonna 2002 kantoaineprosessiksi. Puhdistamolle laskettiin ensin optimaalinen kuormitus, jonka perusteella kuormitusta ryhdyttiin nostamaan. Tavoitteena oli saavuttaa virtaaman nostolla ja ajomallien muutoksilla tilavuuskuorma 1-3 kgBOD/m3•d. Kun tulovirtaamaa oli saatu nostettua riittävästi, tehtiin laskeutuskokeita laskeutuskemikaalin optimimäärän selvittämiseksi. Koeajojakson lopuksi pidettiin kolmen viikon tehotarkkailujakso, jolloin kokeiltiin puhdistamon ajoa erilaisilla kemikaalimäärillä. Näin saatiin selville tasemielessä tietyn puumäärän aiheuttama kuormitus puhdistamolle. Jätevedenpuhdistamon tulovirtaama saatiin nostettua tasolle 300- 350 m³/d, jolloin tilaavuuskuormaksi tuli 1,68 kgBOD/m3•d. Kolmen viikon tehotarkkailujakson aikana saatiin selvitettyä optimikemikaaliannostus sekä laskettua kolmesta eri vaihtoehdosta taloudellisesti kannattavin ajomalli. Puhdistusreduktioiden, puhdistamon toimivuuden ja taloudellisuuden kannalta paras vaihtoehto oli laskeutuskemikaalin ja polymeerin yhteiskäyttö.

Lietteenkäsittelyn toimintaan vaikuttavien muutosten hallinta

Object of the Master’s thesis was to obtain clarification to problems related to sludge treatment at the waste water treatment plant at Stora Enso Varkaus Mill. From time to time these problems have caused emissions to exceed given limits. Case was studied by examining existing data, fiber length fractions and experimental methods. Changes at the Mill have reduced total solids emissions. At the same time the requirement for tertiary treatment has grown. Treatment of tertiary sludge is hard. In the future emission limits shall tighten and the urge for tertiary treatment will grow. The significance of thesis’s results may have a great impact to Stora Enso Varkaus Mill in the future. The results give valuable information to follow-up research and guidelines to sludge treatment. The results encourage observing researched matters at longer period of time. Future recommendations emphasize the meaning of maintenance and systematic, appropriate experiments.

Identificação da influência do descarte de lodo de estações de tratamento de água

The growing concern of environmental surveillance of the quality of hydric resources guides the development of research on management of residues generated in water treatment plants (WTP). Approximately 8.000 WTPs in Brazil operate without a treatment program of the residues, disposing these effluents in the environment. This work evaluated WTP discharges into watercourses by collecting superficial waters, sediments and benthic samples at the town of Registro, São Paulo State, Brazil. Even though superficial waters and benthic samples showed no further contamination, sediment analysis pointed out that aluminum deposits detected near sludge discharges may represent a potential risk to the environment.