In recent years, the consequences of global warming have increased the discussion about the climate impact caused by humans and the fossil emissions. Sweden has decided to reduce the negative climate impact with a zero vision for the fossil carbon dioxide emissions in year 2045. In order to achieve this, great efforts and changes are needed both in the inhabitants' way of living but primarily in the base industry. The major cause is the use of fossil coal, which generates fossil carbon dioxide in the steel industry in particular. The fossil coal is added to the blast furnace in the steel process in forms of coke and coal, which reduces the iron and emits heat. The quality of the coke is important as it functions reducing agent, provides a mechanical support to the bed and enables the gas flow up through the blast furnace and enables dissolution of carbon in hot metal. Also, coke supplies energy from exothermic reactions between carbon and carbon dioxide that takes part in the blast furnace and the energy are further used for the heating and melting of the cold iron pellets. Due to these factors, the blast furnace process is dependent on coke for its function, which means that the entire process must be replaced if the steel production should work without fossil coal. However, there are many studies that have been done on how to replace some of the fossil coal with bio-coal, which is produced from biomass. If some of the fossil coal could be replaced by some bio-coal, this would mean that fossil carbon dioxide emissions would decrease and lead to a reduced climate impact. The process would still generate carbon dioxide, but on the other hand, a cycle would be formed because when biomass is grown, carbon dioxide is taken up, e.g. by the trees grown for this purpose. However, bio-coal does not have the same properties as fossil coal, which in turn affects the quality of the coke. Bio-coke is more reactive and more porous than fossil coke. In order to be able to replace fossil coke with bio-coke, it is likely necessary to pre-treat the biocoal before it replaces part of the fossil coal in the coke production. Bio-coal contains ash that acts as an internal catalyst. One theory is that if it is possible to produce a bio-coal with ash-free carbon structure, it can be used in the production of coke without having such a great effect on the coke quality. In this project, the ash's impact on the properties of bio-coal in coke was studied. Previous studies have shown that leaching is an effective method for removing ash from bio-coal. It can be leached in three different ways, either with water, weak acid or acid. However, it has been found that acid leaching has a certain impact on the carbon structure itself. For this reason, two types of bio-coal, torrefied Grot (forest residue) and torrefied sawdust were selected, which were leached both with water but also with weak acid in order to achieve an ash-reduced carbon structure. The acid selected was acetic acid, as it has been tested for similar purposes in previous studies. The leaching efficiency was evaluated by analysing the leachate with ICP-OES after leaching. According to the result, a significant part of the ash had been leached out, but the leaching with weak acid was much more effective than water leaching. To ensure that the carbon structure was not altered, light-optical microscopy was made which showed that the structure was intact. However, it was not possible to determine whether the pore sizes were changed after leaching and it is therefore relevant to investigate this further. Moreover, the leached II bio-coal replaced 5% of the fossil coal in the coal mixture for coke making. In addition to this, coke was also made with only the ash from the two bio-coals to see what effect the ash has on the coke quality. The result that was obtained from the TGA showed that the ash had a low impact on the reactivity of the coke. However, the coal structure of the coke had a great impact on the reactivity behaviour. Keywords: Bio-coke, bio-coal, leaching, ash, coke quality, carbon structures, torrefied sawdust

Efficient use of irrigation and nutrients are becoming increasingly important in commercial orchards in the Hawkesbury area. Proper irrigation scheduling practices can help in the better use of irrigation water and reduce environmental impacts. Field experiments were conducted during February 1999 to June 2000 to understand soil-water use, and to evaluate farmer’s irrigation practice under an alley cropping system consisting of turf and stone fruits. The study was carried out at Atlas Farm, 3.5 km from the University of Western Sydney, Hawkesbury campus. The experimental site is a floodplain of the Hawkesbury River. The river flows within 1 km of the farm boundaries. The study was conducted under the farmer’s existing irrigation water and nutrient management practices. The main aims of the thesis were to study the movement and redistribution of soil-water and soil-moisture dynamics in the turf and stone fruit alley cropping system and to understand deep percolation losses and nitrogen leaching using the water balance approach. The study indicated that drainage occurred mainly after heavy rainfall and when there was rainfall for a few consecutive days. Thus irrigation application should be delayed if there is a likelihood of rain in a few consecutive days to prevent loss of water due to deep drainage. Furthermore, the study showed irrigation scheduling was essential to reduce nitrate leaching in the field; that irrigation depths should be varied according to the stage of crop growth, and the proper timing of irrigation application could help reduce deep percolation and runoff losses. / Master of Science (Hons) (Agriculture)

<p>The filters used today to purify water are often expensive and the need to find new filter materials is substantial. Studies of pine bark have shown that this is a material that may be used as an alternative to conventional filter materials, such as activated carbon. However, the study of pine bark has shown that a leakage of phenolic compounds may occur when using the material for water purification. Therefore, the purpose of this report is to investigate the release of phenols from pine bark, in order to evaluate the use of pine bark as a filter material. Another assignment is to investigate the amount of metals adsorbed by the filter material. The studies were carried out through three leaching experiments. As leachates, double deionised water and storm water were used. The phenol concentration in the leachate was determined for both double deionised water and storm water. The degree of metal sorption was measured only for the storm water. The measured phenol concentration in the double deionised water was 4.40 mg/L and in the storm water 4.81 mg/L. These concentrations exceed the Canadian guideline value, of 4.0 μg/L, more than a 1000 times. No metal sorption occurred as the metal content of the storm water was too low. Instead a release of metals from the pine bark into the eluate of the storm water occurred. The leaching attempts also resulted in a decline of the pH-values of the two different waters. The pH-values for the double deionised water and the storm water decreased from 7.0 to 4.3 and from 6.0 to 4.2 respectively. A release of phenols was ascertained with a significant difference in concentrations between double deionised water and storm water. Therefore it is not advisable to use pine bark filters for purification of water with low concentrations of metals, as the filter material may release metals into the water under such conditions.</p><p>Keywords: pine bark, phenol, filter materials, leaching, metal sorption, toxicity</p><p>Nyckelord: furubarksflis, fenol, filtermaterial, lakning, metallsorption, toxicitet</p>

<p>The primary aim of these coal fired industries for co-disposing fly ash and brine was to use the fly ash as a sustainable salt sink. It is therefore important to study the interaction chemistry of the fly ash-brine systems to fully understand the leaching and mobility of the contaminant species, and to determine the possibility of capturing the salts from the brine solution when fly ash and brine are co-disposed. In order to achieve the aims and objectives of this study, several leaching procedures such as batch reaction tests, long-term fly ash-brine interaction tests, acid neutralization capacity (ANC) tests, up-flow percolation tests and sequential extraction tests were employed. The geochemical modeling software was applied to predict the formation of secondary mineral phases controlling the release of species in the fly ash-brine systems. Several analytical techniques such as x-ray diffraction (XRD), x-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy-energy dispersion spectroscopy (SEM-EDS), inductively coupled plasma-mass spectroscopy (ICP-MS) and ion chromatography (IC) were applied to characterize the fresh fly ashes, solid residues recovered from the fly ash-brine interaction tests, the brine sample used in this study and the leachate samples in order to determine the chemical and mineralogical compositions and speciation of the waste materials.</p>

A methodology based on an analytical protocol for evaluation of hazards from landfill leachate and solid waste is described. A dynamic analytical protocol, the LAQUA protocol, including measurements of inorganic and water-quality parameters, polar and non-polar organic marker compounds, and toxicity, was constructed. An acute toxicity test, using the brackish water crustacean Artemia salina as test organism, was developed. The methodology was applied to authentic problems such as investigation of different treatment techniques for landfill leachate, evaluation of leaching tests and characterization of solid wastes, and an investigation of a filter material aimed for leachate treatment. Investigated treatment methods comprised in all cases pre-treatment by aeration combined with sedimentation, followed by one of: bioremediation, ozonation, chemical oxidation by Fenton’s reagent, or geo-bed filters. Evaluated filter materials were mixtures of natural or residual waste products. A combination of pre-treatment followed by a geo-bed filter containing a mixture of peat and carbon-containing ash gave an efficient simultaneous removal of metals and organic pollutants. The performance of two leaching tests for characterization of solid waste, the up-flow percolation test (SIS-CEN/TS 14405:2004) and the batch test (SS-EN 12457 -3), was investigated. Solid waste materials (sludge from street gutters and fragmented metallic waste) were characterized using leaching tests and the hazards of the materials were evaluated in the eluate, obtained at specific liquid-to-solid ratios (L/S). The L/S 2 and L/S 10 values were compared with limit values included in the waste acceptance criteria (WAC). The analyses were extended towards specific organic compounds, such as individual phenolic compounds and polychlorinated biphenyls (PCB). Organic compounds were found in eluates from both types of tests, showing the possibility to use these methods to evaluate the leaching of such compounds from waste materials. The use of authentic leachate as leachant, leads to increased concentrations of heavy metals in the eluate, compared to the prescribed use of demineralised water as leachant. Generally good agreement was found between the results of the two leaching methods. A strategy based on batch tests is described for investigation of a filter material for leachate treatment. Batch tests gave suitable information about the leaching from new and used material, and showed high removal efficiencies of metals and non-polar organic compounds. However, for investigation of removal of polar organic markers (e.g. phenolic compounds) a batch test is not sufficient and should be supplemented by a column test. / Avfall har alltid uppkommit i alla samhällen i alla tider. Det vanligaste sättet att hand om det har varit att samla avfallet i soptippar (deponier) på mark som ansetts obrukbar, t.ex. i sankmarker utanför bebyggelsen. I takt med ökad konsumtion och produktion har också mängderna avfall ökat. Anledningen till att avfall och avfallshantering kommit alltmer i fokus i miljödebatter under de senaste decennierna, är inte bara de stora mängderna avfall på de många och stora sopbergen runt om i världen. Deponierna släpper också ifrån sig miljöfarliga ämnen från de alltmer komplexa produkter som blivit lagda i deponin. Dessa kommer att fortsätta att läcka ut länge efter det att deponeringen på soptippen slutat, och skapa problem för människor och miljö i flera generationer. Som en konsekvens av internationella beslut bl.a. Agenda 21 (FNs miljökonferens i Rio) och EUs lagstiftning om avfallshantering som Sverige har tagit in i sin lagstiftning, kommer bl.a. antalet soptippar att minska. Efter den 31 december 2008 beräknas endast ett 90-tal deponier för kommunalt avfall att vara i drift i Sverige. Lagstiftningen beskriver en avfalls hierarki där deponering är den sämsta och absolut sista åtgärden som får göras bara när inget av de andra alternativen kan uppfyllas. Det ställs stora krav på de soptippar som är godkända enligt den nuvarande lagstiftningen. Olika typer av deponier ska finnas för olika slag av avfall. En deponi för farligt avfall har bättre skydd mot läckage både under och över tippen än en tipp för icke-farligt avfall. För att ha kontroll på vilket avfall som läggs på deponin och därmed kunna behandla det på korrekt sätt, måste avfallet beskrivas och klassas innan det skickas för deponering. Karakteriseringen görs bl.a. med hjälp av lakningstester. Syftet med denna avhandling har varit att utarbeta en metodik för at utvärdera miljöfarliga ämnen som kommer från avfall och lakvatten från soptippar. Den inledande forskningen utgjordes av ett projekt kallat Laqua, finansierat av EU-kommissionens program för samarbete inom Östersjöregionen, SweBaltcop. Projektets uppgift var att främja utveckling av ekologiskt och ekonomiskt hållbara reningsmetoder för lakvatten. Lakvattnet bildas främst av nederbörd som faller över deponin. Det vatten som kommer in i soptippen tar med sig många av de ämnen som finns i tippen när det rinner ut. Dessa ämnen kan komma från sådant som har deponerats eller bildas när avfallet bryts ner. Lakvattnet samlas upp och renas på något sätt innan det släpps ut till ett naturligt vattendrag. En vanlig metod att behandla lakvatten är att pumpa det till det kommunala avloppsreningsverket och rena det tillsammans med avloppsvatten. Men detta är ingen optimal lösning eftersom lakvatten innehåller andra föroreningar än avloppsvatten, t ex salter, tungmetaller och svårnedbrytbara organiska föreningar. Avloppsreningsverken är konstruerade för att rena avloppsvatten och lakvattnets föroreningar kan störa reningsprocessen. Framför allt kan de känsliga mikroorganismerna i det biologiska reningssteget påverkas negativt. Slammet som bildas vid reningsprocessen kommer att koncentrera många av de oönskade föroreningarna som härstammar från deponin. Slammet är egentligen ett utmärkt gödselmedel för jordbruket, men på grund av att slammet är förorenat av tungmetaller och svårnedbrytbara organiska ämnen kan inte slammet användas. Slammet blir då ett avfall som kommunen inte kan bli av med utan stora kostnader. Många kommuner har därför valt en separat rening av lakvattnet. Val av reningsteknik är beroende av flera faktorer, som volymerna lakvatten som uppkommer, innehållet av de olika miljöfarliga ämnena, vart det renande vattnet ska släppas ut och utrymme för att bygga en reningsanläggning. För att utvärdera olika tekniker för rening av lakvatten, byggdes en försöksanläggning på soptippen i Kristianstad. För att kunna utvärdera en reningsmetod måste bestämningar av koncentrationer av olika ämnen (analyser) göras. På grund av den ökande oron för organiska miljögifter som PCB och fenoler, skulle reningsteknikerna utvärderas med fokus sådana eller liknande ämnen. Analyser av organiska ämnen är komplicerade och tidskrävande, och det är inte möjligt att analysera alla ämnen. I många undersökningar används endast generella parametrar för att uppskatta innehållet av organiska ämnen, men dessa metoder ger ofta inte tillräcklig information om det egentliga innehållet i lakvattnet. Därför utarbetades ett utvärderings protokoll, LAQUA protokollet (artikel I) för bestämning av organiska miljögifter i olika förorenade vatten. Detta protokoll innehåller förutom analyser för organiska miljögifter som PCB och fenoler och en akut toxicitetstest, även standardiserade rutinanalyser av metaller och vattenkemiska parametrar. Eftersom separat analys av alla organiska ämnen inte nödvändig för att bedöma olika reningsmetoder för lakvatten, innehåller protokollet ett antal markörer för polära, respektive opolära organiska föreningar. Den biologiska giftighetstesten som utvecklades (artikel III) och ingår i protokollet är ett s.k. akut toxicitetstest, dvs. organismen påverkas direkt av höga halter av föroreningar. I testen används det lilla saltvattentåliga kräftdjuret Artemia salina, som säljs som föda åt akvariefiskar. En bestämd volym med ett antal Artemia larver läggs i små brunnar med olika koncentrationer av lakvatten under 24 timmar. Sedan jämförs vid vilken inblandning av lakvatten som hälften av kräftdjuren har fått rörelsestörningar. Resultaten på tester med obehandlat lakvatten, respektive behandlat med olika reningstekniker jämförs, och på det viset kan effektiviteten på reningsmetoder bedömas gentemot en vattenlevande organism. Utvärderingen av försöksanläggningen (artikel II) visade att vid förbehandlingen, bestående av luftning och sedimentering, togs mycket av föroreningarna bort, och det rekommenderas att ett sådan reningssteg alltid bör finnas vid en reningsanläggning för lakvatten. De kemiska behandlingsmetoderna med ozon och Fentons reagens (tvåvärt järn och väteperoxid) var effektiva på att ta bort de organiska miljögifterna, men även de mer kostnadseffektiva filterbäddarna visade sig fungera bra. Den goda erfarenheten från försöksanläggningen av filterbäddar ledde till att effektiviteten hos fler filter material undersöktes. I artikel VI beskrivs ett försök, gjord i laboratorium, där lakvatten från en soptipp som tar hand om industri avfall (metallavfall från bl.a. bilar och kylskåp) fick rinna genom kolonner med olika filtermaterial. Mixen av torv och aska med kolinnehåll visade sig vara bra på att ta bort både metaller och organiska ämnen från lakvattnet. Kunskapen från bl.a. dessa undersökningar har bidragit till att en fullskaleanläggning för lokal rening av lakvatten har kunnat byggas i anslutning till Stena metalls soptipp i Halmstad. Den andra delen i avhandlingsarbetet riktade in sig mot lakningstester. För att undersöka vilka ämnen som kan lakas ut från ett avfall rekommenderas två olika standardiserade lakningstests metoder. Vid den ena metoden pumpas en vätska genom en kolonn med en uppvägd mängd avfall tills ett visst vätske/fast fas förhållande (L/S halt) har uppnåtts. Vid den andra snabbare metoden, skakas en bestämd mängd avfall tillsammans med en bestämd volym vätska under 24 timmar. Den vätska som man får efter testerna kan jämföras med ett lakvatten och ska simulera den urlakning som avfallet ger ifrån sig under sin tid på deponin. Denna urlakningsvätska analyseras och de uppmätta halterna av olika ämnen jämförs med en gränsvärdes tabell och avfallet kan hänföras till en avfalls klass. De två lakningstesterna användes för att karakterisera olika avfallsslag, sönderdelat metall skrot (artikel IV) och slam från gatubrunnar (artikel V). För att få mer kunskap om metoderna och kunna vidareutveckla dem, utökades undersökningarna och analyserna. De urlakade vätskorna analyserades därför enligt Laqua protokollet, dvs med markörer för organiska miljögifter. Dessutom gjordes undersökningar där lakvatten användes som lakningsvätska istället för avjonat vatten som testmetoderna föreskriver. Dessa visade att den mer jonstarka vätskan (lakvattnet) ökade urlakningen av metaller från avfallet. En jämförelse av de två metoderna visade att den snabbare skaktesten oftast gav likvärdiga eller högre halter av de analyserade ämnena i urlakningsvätskan, och därmed kan den i många fall användas i första hand. För att bedöma ett filtermaterial ur ett livstidsperspektiv, utvecklades en strategi baserad på skaktester (artikel VII). Ett filtermaterial, en mix av torv och aska med kolinnehåll, undersökes före och efter att det använts i en filterbädd för rening av lakvatten. För att vara säker på att filtermaterialet i sig själv inte släppte ifrån sig några föroreningar gjordes en lakningstest. För att se hur effektivt materialet var på att ta bort metaller, PCB och fenolföreningar, gjordes skaktester med vätskor med kända halter av dessa föroreningar. När filtermaterialet är förbrukat och skall bytas ut anses det som ett avfall, och det karakteriserades med lakningstest för att hur det skulle tas om hand. Metodiken med skaktester ger bra information om utlakning från ett material, och skaktester är också bra instrument för att utvärdera ett filtermaterials effektivitet på att ta hand om metaller och opolära organiska ämnen som PCB. Men för att utvärdera effektiviteten av borttagandet av polära organiska ämnen (t ex. fenoler), är inte en korttids skak test något bra instrument. Reduceringen av dessa ämnen sker genom nedbrytning med hjälp av mikroorganismer, och för att undersöka detta behövs tester som varar en så lång tid att en mikrobiologisk miljö hinner etablera sig, t ex. kolonn tester. Utvärderingen av detta avhandlingsarbete visar på några ytterligare slutsatser och förslag till fortsatt arbete. Toxicitetstesten med Artemia bör kompletteras med tester på t ex. bakterier och växter, eftersom det inte räcker med en test på bara en organism för att bedöma giftigheten av en förorening ett naturligt ekosystem. Vidare behövs en biologisk test för att påvisa kroniska effekter, så som skador på fortplantning eller tumörsjukdomar. Dessa skador kan uppkomma genom att organismer påverkas under en lång tid av de låga, men därmed inte ofarliga halter av organiska miljögifter som ofta förekommer i lakvatten. Den presenterade metodiken kan användas för att utvärdera miljöfarliga ämnen från olika förorenade områden. Avhandlingen har visat att LAQUA protokollets sammansättning och dess analyser är ett bra instrument för att utvärdera reningstekniker för lakvatten och för att ge ytterligare information om organiska ämnen i fast avfall. Bedömning av luft kvalitet och karakterisering av dagvatten är andra exempel där metodiken kan användas. Avslutningsvis är det förstås lättare att utvärdera farligheten från avfall när det är mindre volymer avfall att utvärdera. Detta kan uppnås genom att konsumera mindre, återanvända produkter, återvinna material, utvinna energi ur avfallet och välja miljövänliga produkter när man köper nytt.

Summary Serpentinites from the northern Vermont were examined for the distribution and abundance of As. XRD and electron microprobe showed the samples are composed of antigorite, chromite, magnetite, and carbonate minerals (magnesite, dolomite, calcite). The concentration in As when the samples were dissolved in H3PO4 was 10% of the concentration in As when the samples were dissolved in concentrated HF/HNO3, suggesting that As is mainly incorporated in the structure of antigorite. X-ray absorption near-edge structure spectra showed that the As is As(III) in the samples. Extended X-ray absorption fine structure spectra suggested that the As has a tetrahedral coordination and is located in the Si-site in serpentine.

Impurity optimized silicon is needed for the advancement of terrestrial photovoltaic power generation. In this study the possibility of producing solar grade silicon from rice husks has been pursued. An integrated process flowsheet was developed and practiced that included initial leaching, reduction of Rice husk ash (RHA) and post-reduction purification of silicon. Metallothermic reduction of purified RHA with magnesium was investigated within the temperature range of 500-950 oC. The reduction product was purified by two stage acid leaching sequence. Analysis of the final silicon powder product by XRD and ICP-OES showed crystalline silicon with boron content to be less than 3ppm- corresponding to reduction by a factor greater than 10, whilst the phosphorus content was reduced by a factor of over 20 and reaching less than 73ppm. The effects of temperature, magnesium amount and leaching agents were optimized in this study. A one step test melting was also carried out to convert the silicon powder into silicon chunks.

Impurity optimized silicon is needed for the advancement of terrestrial photovoltaic power generation. In this study the possibility of producing solar grade silicon from rice husks has been pursued. An integrated process flowsheet was developed and practiced that included initial leaching, reduction of Rice husk ash (RHA) and post-reduction purification of silicon. Metallothermic reduction of purified RHA with magnesium was investigated within the temperature range of 500-950 oC. The reduction product was purified by two stage acid leaching sequence. Analysis of the final silicon powder product by XRD and ICP-OES showed crystalline silicon with boron content to be less than 3ppm- corresponding to reduction by a factor greater than 10, whilst the phosphorus content was reduced by a factor of over 20 and reaching less than 73ppm. The effects of temperature, magnesium amount and leaching agents were optimized in this study. A one step test melting was also carried out to convert the silicon powder into silicon chunks.

The purpose of this study was to investigate the process optimization of combined high pressure acid leaching (HPAL) and mixed hydroxide precipitation (MHP) route for the extraction of nickel and cobalt from &Ccedil / aldag lateritic nickel ore. In order to extract nickel and cobalt values into pregnant leach solution (PLS), several process parameters of HPAL including acid load, temperature, leaching duration and particle size were investigated in comparative manner at constant solid concentration and agitation speed. After HPAL trials, it has been found that more than one combination of parameters offered higher than 90% extraction efficiencies for both nickel and cobalt. Among them, 0.325 kg/kg acid load, 250&deg / C, 1 hour duration and 100% -1 mm particle size was selected as the optimum conditions with 94.1% Ni and 94.0% Co extractions. A stock of PLS was prepared under the stated conditions that was treated by downstream operations in order to obtain MHP. Initially by two-stage iron removal of downstream operations major impurities iron, chromium and aluminum were nearly completely removed with acceptable nickel and cobalt losses from PLS. Then, the nickel and cobalt were precipitated by two-stage mixed hydroxide precipitation. In the first step of MHP, the optimum conditions were chosen as pH=7.10, 60&deg / C and 1 hour duration. The intermediate product obtained at these conditions contained 44.3% Ni, 3.01% Co with 3.06% Mn contamination. In summary, it was found that &Ccedil / aldag nickel laterite ore was readily leachable under HPAL conditions and PLS obtained was easily treatable in order to produce saleable MHP.

Summary Serpentinites from the northern Vermont were examined for the distribution and abundance of As. XRD and electron microprobe showed the samples are composed of antigorite, chromite, magnetite, and carbonate minerals (magnesite, dolomite, calcite). The concentration in As when the samples were dissolved in H3PO4 was 10% of the concentration in As when the samples were dissolved in concentrated HF/HNO3, suggesting that As is mainly incorporated in the structure of antigorite. X-ray absorption near-edge structure spectra showed that the As is As(III) in the samples. Extended X-ray absorption fine structure spectra suggested that the As has a tetrahedral coordination and is located in the Si-site in serpentine.