The West Indies have during recent years been experiencing large quantities of washed up Sargassum seaweed on beaches and coastlines causing many issues for local communities such as unpleasant odours, making beaches inaccessible and largely affecting tourism and fisheries. The issue has caused money loss for the communities both in cleaning costs and decreasing incomes from tourism and fishing. In an attempt to turn this destructive debris into a useful resource, this study aimed to determine the potential for Sargassum that has been anaerobically digested to be used as a liquid fertiliser on Grenada. Sargassum seaweed was collected from the Atlantic coast of Grenada and transported and fed to a biogas plant where the algae was anaerobically digested. The residues were collected and fed to Pak Choi crops in a cultivation experiment where the fertiliser was compared with other treatment methods in order to determine its efficiency as a fertiliser. Interviews of farmers on Grenada were also conducted during the project to examine the potential and usefulness of the biofertiliser on the local Grenada farms. It was found that the digestate product from the anaerobic digestion showed good potential as a biofertiliser, producing larger and healthier crops than the other methods of treatments, among them artificial fertiliser. A potential market for the product was also identified as all the interview subjects reported that artificial fertilisers can be hard or impossible to find on Grenada sometimes of the year, due to the island's high reliance on shipping containers for import, leading to a demand of alternative fertilisers. / Under de senaste åren har algblomningarna ökat runt om i Västindien och numera är flertalet stränder  fyllda av Sargassotång. Ett av länderna som har påverkats negativt är Grenada. Stora mängder Sargassum når östkusten av Grenada under större delen av året till skillnad från tidigare år då algerna enbart sköljdes in under vissa perioder och i mindre kvantiteter. Algmassorna leder till lokal övergödning i de drabbade områdena, vilket i sin tur leder till minskad syrekoncentration i vattnet och en stor påverkan på djur och växter i ekosystemet. I Grenada påverkar makroalgerna även inkomstkällan för fiskare då de inte kan arbeta när det är som mest alger eftersom båtarna inte kan ta sig förbi massorna i vattnet. Även lokalbefolkning och turister påverkas då nedbrytningen av algerna skapar en motbjudande lukt vilket leder till att människor flyttar från dessa områden och att turistnäringen minskar. Grenada har ett behov av att minska mängden alger längs stränderna och samtidigt finns en möjlighet att ta tillvara en lokal bioresurs. En möjlighet är att använda algmassan till produktion av biogas och biogödningsmedel eftersom nedbrytning av makroalgeralger både kan producera metangas samt att  återstående restbiomassa innehåller de viktigaste näringsämnen som växter behöver för att växa. Därför  har algerna använts i ett försök på True Blue Bay Boutique Resorts anläggning på Grenada för att producera biogas och gödsel med hjälp av en mindre biogasanläggning. Anläggningen matas med biomassa och därefter har en gas och en restprodukt producerats. Restprodukten har därefter används som gödningsmedel i ett odlingsförsök med Pak Choi för att fastlägga dess kvalitet som växtnäring. Plantor gödslades med restprodukter från biogasanläggningen, både när anläggningen matats med grisgödsel och hushållskompost i början samt när födan successivt övergick till alger. Andra plantor fick konstgödsel eller färska alger. Utöver det fanns det en grupp med plantor vilka inte tog del av någon form av gödsel för att fungera som en kontrollgrupp. Vid slutet av odlingsförsöket skördades Pak Choi grödorna och produktivitet och kvalitet på grödorna bedömdes baserat på olika kriterier. Resultaten visade att de växter som blivit gödslade med resterna från biogasanläggningen var störst och av bäst kvalitet. Därutöver har en undersökning genomförts för att få en större förståelse för hur tillgången på alger ser ut och för att få en bild över hur lantbrukares behov av gödningsmedel ser ut på Grenada. Lantbrukare har tillfrågats om tillgång och efterfrågan på olika sorters gödsel, hur de använts och om de har några erfarenheter från Sargassotång. Deras åsikter har varierat, men en gemensam nämnare är att alla är intresserade av lokalproducerade gödningsmedel. Konstgödsel är kostsamt och det kan vara svårt eller omöjligt att få tag på under vissa delar av året, då landet förlitar sig på import. Genom detta har en potentiell marknad för gödselmedel producerat med alger fastställts.

In Sweden, drinking water is easy to access and often taken for granted. The drinking water systems have to be maintained in order to keep the high quality. The Uppsala esker, which is a part of the Uppsala municipality’s water system, provides a large number of the municipality’s population with drinking water. The Uppsala esker has been used to produce drinking water since 1956 by infiltrating water from the Fyris river into the esker. This reduces the amount of organic material in the water. A reduction is desirable since the organic material is causing odorous water and binds to substances that may harm people’s health. The reduction of organic material has been assumed to depend on degradation carried out by microorganisms above the esker’s groundwater table, dilution with additional groundwater and attachment of organic material to the esker’s material. However, recent studies have shown that only 10-15 % of the organic material is degraded above the groundwater table. The aim with this master thesis was to examine if the mineralization of the organic material in the anaerobic part of the Uppsala esker is greater than previously assumed. The size of the fungal and bacterial communities have also been examined as well as how microorganisms and the degradation of organic material relates to different chemical and physical factors in the soil. To get an understanding of the organic material’s degradability, soil was incubated and the aerobic respiration with gas chromatograph was measured. The bacteria and fungi were quantified using quantitative real-rime PCR. Various chemical and physical factors, such as the content of organic carbon and amount of aluminium, were already available. Pearson’s product-moment correlation coefficient (Pearson's r) was used to examine the the linear correlation between two variables. Wilcoxon’s rank score test was used to determine which of the differences between different sampling areas that were significant. The results showed that bacteria dominate in the Uppsala esker and the infiltration basins. Complex binding by iron- and aluminium compounds do not affect the degradation of organic matter, nor decrease the presence of fungi and bacteria in the esker and the infiltration basins. It seems as if the degradation rate’s sensitivity decreases with the depth. The amount of bacteria and fungi decreased with the distance to the infiltration basin, but not the quality of the organic material, if measured by the respiration rate divided by the amount of organic carbon. / I Sverige är tillgången på dricksvatten god. Det ses ofta som en självklarhet och för att detta synsätt ska kunna fortsätta krävs att dricksvattensystemen underhålls på ett bra sätt. Uppsalaåsen, som är en del av Uppsalas dricksvattensystem, förser stora delar av kommunens befolkning med dricksvatten. Uppsalaåsen har använts för konstgjord grundvattenbildning för att framställa dricksvatten sedan 1956. Detta innebär att vatten från Fyrisån filtreras genom åsen. På så sätt minskas halten organiskt material i vattnet. Anledningen till att en minskning eftersträvas är att det organiska materialet orsakar illaluktande vatten samtidigt som hälsoskadliga ämnen kan binda till det. Reduceringen av organiskt material i det infiltrerade vattnet har antagits bero på mikroorganismers nedbrytning av organiskt material ovan grundvattenytan, utspädning med övrigt grundvatten och fastläggning av organiskt material på åsmaterialet. Tidigare studier av liknande system för artificiell grundvattenbildning har dock visat att bara 10-15 % av det organiska materialet bryts ned ovan grundvattenytan. Examensarbetets syfte har varit att undersöka om nedbrrytningen av det organiska materialet under grundvattenytan i Uppsalaåsen är större än vad som tidigare antagits. Det har även undersökts om svampar eller bakterier dominerar liksom hur materialets kvalitet och mikrobsamhället påverkas av kemiska och fysiska faktorer i marken. Undersökningarna utfördes genom att inkubera jordprov där den aeroba respirationen mättes med gaskromatograf för att få en uppfattning om kolets nedbrytbarhet. qPCR användes för kvantifiering av bakterier och svampar. Mätvärden för olika kemiska och fysiska faktorer, såsom halten organiskt kol och mängden aluminium, erhölls från tidigare utförda analyser. Pearsons korrelationskoefficient (Pearson’s r) beräknades för att undersöka hur olika variabler samvarierade med varandra. Ett Wilcoxon rank score test användes för att undersöka vilka av skillnaderna mellan olika provtagningsplatser som var signifikanta. Resultaten visade att det finns fler bakterier än svampar i Uppsalaåsen och i filtreringsbassängerna. Komplexbindning av organiskt material av järn och aluminiumföreningar verkar inte hindra dess nedbrytning, eller minska förekomsten av svampar och bakterier i filtersanden och åsmaterialet. Respirationshastighetens temperaturkänslighet tycks minska något med djupet. Mängden bakterier och svampar avtar med avståndet från infiltrationspunkterna men kvaliteten på det organiska materialet, uppskattad som respirationshastigheten uttryckt per gram organiskt kol, avtar inte.

The Swedish pulp and paper industry is the third largest exporter of pulp and paper products worldwide. It is a highly energy-demanding and water-utilising industry, which generates large volumes of wastewater rich in organic material. These organic materials are to different extents suitable for anaerobic digestion (AD) and production of energy-rich biomethane. The implementation of an AD process within the wastewater treatment plant of a mill would increase the treatment capacity and decrease the overall energy consumption due to less aeration and lower sludge production and in addition produce biomethane. Despite the many benefits of AD it is only applied at two mills in Sweden today. The reason for the low implementation over the years may be due to problems encountered linked to the complexity and varying composition of the wastewaters. Due to changes in market demands many mills have broadened their product portfolios and turned towards more refined products. This has increased both the complexity and the variations of the wastewaters´ composition even further, as the above changes can imply an increased pulp bleaching and utilisation of more diverse raw materials within the mills. The main aim of this thesis was therefore to generate knowledge needed for an expansion of the biomethane production within the pulp and paper industry. As a first step to achieve this an evaluation of the biomethane potential and the suitability for AD of wastewaters within a range of Swedish pulp and paper mills was performed. Thus, around 70 wastewater streams from 11 different processes at eight mills were screened for their biomethane potential. In a second step, the impact of shifts in wood raw material and bleaching on the AD process and the biomethane production was investigated and further evaluated in upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactors. The screening showed that the biomethane potential within the Swedish pulp and paper industry could be estimated to 700 GWh, which corresponds to 40% of the Swedish biomethane production during 2014. However, depending on the conditions at each specific mill the strategy for the establishment of AD needs to differ. For mills producing kraft pulp the potential is mainly found in wastewaters rich in fibres, alkaline kraft bleaching wastewaters and methanol-rich condensates. The biomethane potential within thermo-mechanical pulp- (TMP) and chemical thermo-mechanical pulp (CTMP) mills is mainly present in the total effluents after pre-sedimentation and in the bleaching effluents as these holds high concentrations of dissolved organic material. The screening further showed that the raw material used for pulp production is an important factor for the biomethane potential of a specific wastewater stream, i.e. hardwood (HW) wastewaters have higher potentials than those from softwood (SW) pulp production. This was confirmed in the lab-scale UASB reactor experiments, in which an alkaline kraft bleaching wastewater and a composite pulping and bleaching CTMP wastewater were used as substrates. AD processes were developed and maintained stable throughout shifts in wastewater composition related to changes in the wood raw materials between SW and HW for the kraft wastewater and spruce, aspen and birch for the CTMP wastewater. The lower biomethane production from SW- compared to HW wastewaters was due to a lower degradability together with a higher ratio of sulphuric compounds per TOC for the SW case. The impact of shifts between bleached and unbleached CTMP production could not be fully  evaluated in the continuous process mainly due to technical problems. However, due to the large increase in dissolved organic material when bleaching is applied, the potential biomethane production will increase during the production of bleached pulp compared to unbleached pulp. Based on the biomethane potentials obtained for one of the included CTMP mills, their yearly production of biomethane was estimated to 5-27 GWh with the lowest and the highest value corresponding to the production of unbleached spruce pulp vs. bleached birch pulp. Thus, the results of the investigations presented in this thesis show that the UASBreactor is suitable for AD of wastewaters within the pulp and paper industry. The results also show that challenges related to variations in the organic material composition of the wastewaters due to variations in wood raw materials could be managed. The outcome of the thesis work also imply that the production of more refined products, which may include the introduction of an increased number of raw materials and extended bleaching protocols, could increase the potential biomethane production, especially if the pulp production will make use of more HW. / Den svenska pappers- och massaindustrin är den tredje största exportören av massa och pappersprodukter och en viktig industriell aktör i Sverige. Det är en industri med hög energi- och vattenanvändning, som genererar stora mängder avloppsvatten rika på organiskt material. Detta organiska material kan via anaerob nedbrytning användas för att producera energirik biometan. Användandet av anaerob behandling, som ett steg i brukens vattenrening, genererar inte bara biometan utan kan också öka reningskapaciteten och minska energiförbrukning och kostnader tack vare minskat behov av luftning och minskad slamproduktion. Trots de många fördelarna med anaerob behandling är den idag bara tillämpad på två bruk i Sverige. En av orsakerna till detta kan vara processproblem som relaterats till avloppsvattnens komplexitet samt varierande sammansättning och flöden. Många pappers- och massabruk har utökat sina produktportföljer med bl a mer förfinade produkter, som en följd av en förändrad marknad. Dessa förändringar har ökat avloppsvattnens komplexitet och variation än mer, då ovan exempelvis kan medföra en ökad produktion av blekt massa samt att fler typer av träråvaror används vid ett och samma bruk. Huvudsyftet med föreliggande avhandling är att bidra med kunskap för en ökad produktion av biometan inom pappers- och massaindustrin. Som ett första steg genomfördes en övergripande utvärdering av ca 70 avloppsvattenströmmar från totalt 11 olika processer vid åtta svenska pappers- och massabruk med fokus på biometanpotential samt lämplighet för anaerob behandling. I ett andra steg utvärderades hur skiften i träråvara samt blekning påverkar biometanproduktionen samt processtabiliteten för en kontinuerlig anaerob nedbrytningsprocess i en UASBreaktor. Den initiala utvärderingen visade att den svenska pappers- och massaindustrin skulle kunna bidra med 700 GWh biometan per år, vilket motsvarar 40% av biometanproduktionen i Sverige under 2014. Beroende på utformningen av det enskilda bruket kommer strategier för implementering av anaeroba processer att se olika ut. För bruk som producerar sulfatmassa återfanns huvuddelen av biometanpotentialen i fiberrika avloppsvattenstömmar, alkaliska blekeriavlopp samt metanolrika kondensat. För bruk som producerar termomekanisk- (TMP) eller kemitermomekanisk (CTMP) massa föreligger biometanpotentialen framförallt i avloppsvatten rika på löst organiskt material såsom totalavlopp efter sedimentering och blekeriavlopp. Den initiala utvärderingen visade också att användandet av lövved ger en högre biometanpotential jämfört med barrved. Dessa resultat kunde bekräftas vid kontinuerliga experiment med anaerob nedbrytning i UASB-reaktorer, där ett alkaliskt blekeriavlopp från ett sulfatmassabruk och ett kombinerat massaproduktions- och blekeriavlopp från ett CTMP-bruk användes som substrat. Stabila anaeroba processer etablerades och bibehölls vid förändrad avloppsvattensammansättning på grund av skiften i träråvara (löv- och barrved för sulfatmassabruket samt gran, asp och björk för CTMP bruket). Den lägre produktionen av biometan för barrved jämfört med lövved kunde förklaras med en lägre nedbrytbarhet samt ett ökat svavelinnehåll i relation till mängden organiskt material. Skiften mellan avloppsvatten från blekt- och oblekt CTMP massa kunde inte utvärderas fullständigt i den kontinuerliga processen på grund av tekniska problem. Produktionen av blekt massa ökar dock mängden organiskt material i  avloppsvattnet, vilket medför att mer biometan kan produceras jämfört med då oblekt massa produceras. Baserat på biometanpotentialerna för ett av i studien ingående CTMP bruk uppskattas den årliga produktionen av biometan till 5-27 GWh, där den lägsta produktionen motsvarar oblekt granmassa och den högsta produktionen motsvarar blekt björkmassa. Sammanfattningsvis visar studien att UASB-reaktorer är lämpliga för anaerob behandling av avloppsvatten inom pappers- och massaindustrin. Vidare visar resultaten från de kontinuerliga försöken att de utmaningar som medförs av den varierande sammansättningen av avloppsvattnens organiska material knutet till träråvaran kan hanteras. Slutligen, breddade produktportföljer samt produktionen av mer förfinade produkter, vilket kan innebära en ökad massablekning och ett ökat användande av olika träråvaror, kan öka brukens potentiella biometanproduktion, särskilt om mer lövved används för massaproduktion.

Wood is a complex material and the mechanical properties are influencedby a number of structural parameters. The objective of this study has been toinvestigate the relationship between the structure and the mechanical propertiesof hardwood. Two levels were of special interest, viz. the cellular structureand morphology of the wood, and the ultra-structure of the cell wall. In thenext step, it was of interest to examine how the mechanical properties ofhardwood change with spontaneous/induced changes in morphology and/orchemical composition beyond the natural variation found in nature. Together, this constituted the framework and basis for two larger projects,one on European aspen (Populus tremula) and hybrid aspen (Populus tremulax Populus tremuloides), and one on European oak (Quercus robur). Amethodology was developed where the concept of relative density and compositemechanics rules served as two useful tools to assess the properties ofthe cell wall. Tensile testing in the longitudinal direction was combined withchemical examination of the material. This approach made it possible to revealthe mechanical role of the lignin in the cell wall of transgenic aspen trees,and investigate the consequences of holocellulose degradation in archaeologicaloak from the Vasa ship. The study on transgenic aspen showed that a major reduction in lignin inPopulus leads to a small but significant reduction in the longitudinal stiffness.The longitudinal tensile strength was not reduced. The results are explainableby the fact that the load-bearing cellulose in the transgenic aspen retained itscrystallinity, aggregate size, microfibril angle, and absolute content per unitvolume. The results can contribute to the ongoing task of investigating andpinpointing the precise function of lignin in the cell wall of trees. The mechanical property study on Vasa oak showed that the longitudinaltensile strength is severely reduced in several regions of the ship, andthat the reduction correlates with reduced average molecular weight of theholocellulose. This could not have been foreseen without a thorough mechanicaland chemical investigation, since the Vasa wood (with exception fromthe bacterially degraded surface regions) is morphologically intact and witha micro-structure comparable to that of recent oak. The results can be usedin the ongoing task of mapping the condition of the Vasa wood. / QC 20110420

A balanced supply of micronutrients, including metals such as iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni), is required for the efficient and stable production of biogas. During biogas formation, the uptake of micronutrient metals by microorganisms is controlled by a complex network of biological and chemical reactions, in which reduced sulfur (S) compounds play a central role. This thesis addresses the interrelationship between the overall chemical speciation of S, Fe, Co, and Ni in relation to the metals bio-uptake processes. Laboratory continuous stirred tank biogas reactors (CSTBR) treating S-rich grain stillage, as well as a number full-scale CSTBRs treating sewage sludge and various combinations of organic wastes, termed co-digestion, were considered. Sulfur speciation was evaluated using acid volatile sulfide (AVS) extraction and S X-ray absorption near edge structure (XANES). The chemical speciation of Fe, Co, and Ni was evaluated through the determination of aqueous metals and metal fractions pertaining to solid phases, as well as kinetic and thermodynamic analyses (chemical speciation modelling). The relative Fe to S content in biogas reactors, which in practice is regulated through the addition of Fe for the purpose of sulfide removal or prior to the anaerobic digestion of sewage sludge, is identified as a critical factor for the chemical speciation and bio-uptake of metals. In the reactors treating sewage sludge, the quantity of Fe exceeds that of S, inducing Fe(II)-dominated conditions under anaerobic conditions, while sulfide dominates in the co-digestion and laboratory reactors due to an excess of S over Fe. Under sulfide-dominated conditions, chemical speciation of the metals is regulated by hydrogen sulfide and the formation of metal sulfide precipitates, which in turn restrict the availability of metals for microorganisms. However, despite the limitations set by sulfide, aqueous concentrations of different Co and Ni species were shown to be sufficient to support metal acquisition by the microorganisms under sulfidic conditions. Comparatively, the concentrations of free metal ions and labile metal-phosphate and -carbonate complexes in aqueous phase, which directly participate in bio-uptake processes, are higher under Fe-dominated conditions. This results in an enhanced metal adsorption on cell surfaces and faster bio-uptake rates. It is therefore suggested that the chemical speciation and potential bioavailability of metals may be controlled through adjustments of the influent Fe concentration in relation to S content. The results also indicated that the pool of metal sulfides in the biogas reactors could be regarded as a source of metals for microbial activities. Thus, the recovery and utilisation of this fraction of metals may be considered as a measure with which to minimise the metal dosing concentrations to CSTBRs. / För att en effektiv och stabil biogasproduktion från organiskt avfall skall uppnås, behöver mikroorganismer i biogasreaktorer ha tillgång till näringsämnen inklusive spårmetaller såsom järn (Fe), kobolt (Co), och nickel (Ni). Mikroorganismernas upptag av spårmetaller styrs av biologiska och kemiska reaktioner som påverkar metallernas tillgänglighet, där framför allt interaktioner mellan metaller och reducerat svavel (S) spelar en viktig roll. Avhandlingen analyserar sambandet mellan kemisk speciering av S, Fe, Co, och Ni i relation till metallernas biologiska upptagsprocesser. Omrörda tankreaktorer (CSTBR) i lab.- och fullskala för produktion av biogas från spannmålsdrank, avloppsslam, och olika kombinationer av organiska avfall (samrötning) har utgjort basen för studierna. Svavelspeciering analyserades med hjälp av AVS (acid volatile sulfide) extraktion och S XANES (sulfur X-ray absorption near edge structure). Speciering av Fe, Co, och Ni utvärderades med hjälp av sekventiell extraktion, mätning av metall koncentrationer i löst och fast faser samt genom kinetiska och termodynamiska analyser (kemisk specieringsmodellering). Biogasreaktorers relativa mängder av Fe och S, identifierades som en central faktor för kemisk speciering och bio-upptag av metaller. Järn-mängden regleras bl a genom tillsats av Fe för att rena biogasen från vätesulfid eller vid diverse fällningsreaktioner i reningsverk före rötningsstegen av avloppsslam. Därför är järnhalterna högre än S-halterna i reaktorer, som behandlar avloppsslam. Detta leder till en Fe(II)-dominerande miljö. Däremot dominerade vätesulfid i de samrötnings- och laboratoriereaktorer, som ingick i studien. Under dessa förhållande styrs den kemiska metallspecieringen av sulfid och fr a genom fällning av metallsulfider, som då begränsar tillgängligheten av metaller för mikroorganismerna. Trots begränsningarna via sulfidfällningen var koncentrationen av de lösta Co och Ni formerna tillräckliga för bio-upptag av dessa metaller. Vid de Fe-dominerade förhållandena var koncentrationer av fria metalljoner och labila komplex (t.ex. med fosfat och karbonat), som direkt deltar i bio-upptagsprocesser, relativt höga, vilket medför relativt goda möjligheter för metalladsorption till cellytor och bio-upptag. Resultaten visar att den kemiska specieringen och därmed biotillgängligheten av metaller skulle kunna regleras genom justering av inflödet Fe i förhållande till S. Resultaten visade också att metallsulfider i fast fas sannolikt utnyttjas av mikroorganismer som en källa till metaller. Det innebär att en återanvändning av denna metallfraktion skulle kunna utnyttjas som en del i att minimera metalldoseringskoncentrationer.

Leaching is one of the major processes occurring when organic litter is decomposed and is often completed within a few days when litter enters aquatic environments. It is important that leaching is addressed when studying microbial and invertebrate decomposition rates in order to avoid overestimations. The traditional litter bag method that has been used to measure decomposition rates in both terrestrial and aquatic environments has in recent years been challenged by the new and widely adopted tea bag index (TBI). Both methods, however, fail to bring a standardized methodology for separating and recognizing weight losses of litter due to leaching and biotic decomposition. Through a field experiment in two streams with different water discharge, this study has focused on exploring the leaching phase and post-leaching phase of the tea products used in TBI. The results unveiled that 20% of rooibos tea’s and 44% of green tea’s initial weight was lost to leaching within three days (72 hours) of the experiment. After the 72nd hour, both teas remained in a stabilized phase until the end of the experiment (120 hours). Water discharge had no significant effect on neither of the tea-weights during or after the leaching phase. This study recommends that weight loss through the leaching phase are taken into account in future studies and advocate the development of an updated TBI protocol where leaching losses are recognized. If not, overestimations of active decomposition rates will be made and may result in compromised conclusions. / Urlakning är en av de viktigaste processerna som uppstår vid nedbrytning av organiskt material och är ofta slutfört inom några dagar när materialet befinner sig i vattenmiljöer. Det är viktigt att den urlakade massan beräknas när studier fokuserade på nedbrytningshastigeter av mikrober och evertebrater genomförs, detta för att undvika en överestimering av den biotiska aktiviteten. Den traditionella metoden, där torkade växtdelar i påsar, har använts för att mäta nedbrytningshastigheter i både mark- och vattenmiljöer har under de senaste åren utmanats av det nya och allmänt accepterade tepåse-indexet (TBI). Båda metoderna misslyckas dock med att implementera en standardiserad metodik för att separera och uppskatta materialets viktförluster genom urlakning och biotisk nedbrytning. Genom ett fältexperiment i två vattendrag med olika vattenföring har denna studie fokuserat på att undersöka urlakningsfasen och den stabiliserade perioden efter urlakningen hos teprodukterna som används i TBI. Resultaten avslöjade att 20% av rooibos tes och 44% av grönt tes ursprungliga vikt förloras genom urlakning inom tre dagar (72 timmar) av experimentet. Efter den 72:a timmen förblev båda teerna i en stabiliserad fas till slutet av experimentet (120 timmar). Vattenflöde hade ingen signifikant effekt på någon av tetypernas vikter, varken för perioden under eller efter urlakningsfasen. Denna studie rekommenderar att viktminskning genom urlakningsfasen beaktas i framtida studier och förespråkar utvecklingen av ett uppdaterat TBI-protokoll för att inkludera urlakningens påverkan. Om inte, kommer överskattningar av aktiva nedbrytningshastigheter att göras och kan leda till äventyrade slutsatser.

Studien syftar till att ta fram rekommenderade livscykelplaner för övergångskonstruktioner för att i framtiden möjliggöra säkrare livscykelkostnadsanalyser. Nedbrytningen av övergångskonstruktioner kan grovt delas upp i två kategorier, användarrelaterad nedbrytning samt nedbrytning associerat med rådande klimatförhållanden. I studien har årsdygnstrafiken och klimatzonernas påverkan på övergångskonstruktionen studerats genom utvärdering av historiskt utförda åtgärder kopplade till Trafikverkets broförvaltningssystem BaTMan. Regressionsanalyser och överlevnadsanalyser utfördes för de vanligaste åtgärderna. Resultaten visar att utbyte av tätprofil samt övergångskonstruktion är de åtgärder som förekommer allra mest och sker i genomsnitt efter 25 respektive 33 år. Från analyserna kunde utläsas att trafikintensiteten är en faktor som direkt påverkar nedbrytningen och således reparation och utbyte av övergångskonstruktion, troligt är även att tung trafik står för en stor del av nedbrytningen. Även klimatet verkar ha en påverkan på både övergångskonstruktionens och tätprofilens livslängd. Baserat på resultaten rekommenderas tre livscykelplaner, livscykelplanerna kan användas som underlag i framtida livscykelberäkningar. De kan även användas som stöd för förvaltare vid uppbyggnad av strategier under förvaltningsfasen. / This study aims to develop recommended Life-Cycle Plans for bridge expansion joints which in the future can be used for Life-Cycle Cost analysis to achieve a higher degree of certainty. The degradation of expansion joints can be roughly divided into two categories, user-related degradation and degradation due to climatic conditions. In the study, the influence of annual average daily traffic and climate zones on the expansion joint will be studied by evaluating historically conducted maintenance actions related to the Swedish Transport Administrations (Trafikverket) bridge management system BaTMan. Regression analysis and survival analyzes were performed for the most common actions. The results show that replacement of the strip seal and the expansion joint is the most commonly performed maintenance measures and occurs on average after 25 and 33 years. From the analyzes it was deduced that the traffic intensity is a factor that directly affects the degradation and therefore also the repair and replacement of the expansion joint, likely is also that a large part of the degradation is due to the wear of heavy vehicles. The climate also seems to have an impact on the lifetime of the expansion joint as well as the strip seal. Based on the results, three Life-Cycle Plans was recommended. These Life-Cycle Plans can be used for future Life-Cycle Cost calculations but also to support bridge managers when comparing different maintenance strategies during the operational phase.

Norrvatten produces and delivers drinking water to approximately 700 000 people in the northern part of the Stockholm region in Sweden. In their water treatment plant Görvälnverket, water from Lake Mälaren is purified. During the purification, sludge is produced. To be able to use the sludge as landfilling material, it must be dewatered. Polyacrylamide is used as a flocculant for this purpose. However, in the reject water leaving the sludge and discharged into Lake Mälaren, acrylamide monomers are often left as a rest product from the manufacturing of polyacrylamide. The problem is that acrylamide is toxic to living organisms.  The aim of this master thesis was to evaluate proposed water treatment techniques to reduce acrylamide in the reject water leaving Görvälnverket and reach Norrvatten´s goal of an acrylamide concentration below 0.10 µg/l. The water treatment techniques evaluated were ozonation, moving bed biofilm reactor and trickling filter. Along with that, oxidative stress and genotoxicity from the ozone were analysed. Also, the ability of Lake Mälaren to degrade acrylamide was evaluated. The ozone tests were performed in a pilot plant in a laboratory at IVL Swedish Environmental Research Institute (IVL Svenska Miljöinstitutet), the moving bed biofilm reactor- and the trickling filter test were performed in pilot plants at Görvälnverket and the degradation tests in water from Lake Mälaren were performed at Görvälnverket as well.  The results showed that ozonation of the reject water could reduce acrylamide in the reject water and fulfil Norrvatten´s goal of below 0.10 µg/l acrylamide. When an ozone dose of 0.70 mg/l was applied to the reject water with an acrylamide concentration of 2.5 µg/l, more than 98 % of the acrylamide was reduced. Furthermore, no oxidative stress or genotoxicity seemed to be generated from the ozonation. The moving bed biofilm reactor and the trickling filter did reduce the acrylamide by 80.77 % and 94.7 % respectively and the results suggested that they could be used to reach Norrvatten´s goal. Finally, the results indicated that water from Lake Mälaren could degrade acrylamide at a temperature of 15 °C in 4 days and in 8 °C in 13 days and reach the goal. / Norrvatten producerar och levererar dricksvatten till cirka 700 000 människor i norra delen av Region Stockholm i Sverige. I deras vattenverk Görvälnverket renas vatten från Mälaren. När sjövattnet renas produceras slam. För att slammet ska kunna användas som landfyllnadsmaterial måste det avvattnas. Polyakrylamid används som flockningsmedel i det syftet. I rejektvattnet som lämnar slammet och släpps ut i Mälaren finns ofta akrylamid monomerer kvar som en restprodukt från framställning av polyakrylamid. Problemet med detta är att akrylamid är toxiskt för levande organismer.  Syftet med detta masterexamensarbete var att evaluera föreslagna vattenreningstekniker för att reducera akrylamid i rejektvattnet som lämnar Görvälnverket och inte överstiga en akrylamidkoncentration på 0,10 µg/l som är Norrvattens mål. Vattenreningsteknikerna som evaluerades var ozonering, biofilmreaktor med rörlig bädd och biobädd. Utöver det var oxidativ stress samt genotoxicitet från ozoneringen analyserad. Dessutom var nedbrytningsförmågan av akrylamid i Mälaren testad. Ozonerings försöken utfördes i en pilotanläggning i ett laboratorium hos IVL Svenska Miljöinstitutet, testerna med biofilmreaktor med rörlig bädd och biofilter utfördes i pilotanläggningar på Görvälnverket och nedbrytningstesterna i Mälarvatten utfördes också på Görvälnverket.  Resultaten visade på att ozonering av rejektvattnet kan reducera akrylamid och uppfylla Norrvattens mål om en akrylamidkoncentration på mindre än 0,10  µg/l. När en ozondos på 0,70 mg/l applicerades i rejektvattnet med en akrylamidkoncentration på 2,5 µg/l reducerades mer än 98 % av akrylamiden. Vidare tycktes inte ozoneringen bidra till oxidativ stress eller genotoxicitet. Biofilmreaktorn med rörlig bädd och biofiltret reducerade akrylamid med 80,77 % respektive 94,7 %.  Resultaten visade att dessa tekniker skulle kunna användas för att nå Norrvattens mål. Utöver detta visade studien att vatten från Mälaren kan bryta ner akrylamid i 15 °C på 4 dagar och i 8 °C på 13 dagar och nå målet.

The purpose of this research was to investigate the kinetics and mechanisms of the photocatalytic degradation of organic substances in the presence of anions (bromide and chloride), using titanium dioxide as a photocatalyst. Tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris) and methanol were the organic substances used as probes. Photocatalytic degradation of the probes produces formaldehyde through reaction with hydroxyl radicals at the surface of the photocatalyst. The product was quantified using a modified Hantzsch reaction and UV-Vis spectroscopy at the fixed wavelength 368 nm. It was found that having bromide present in the reaction mixture resulted in an increase in the rate of formation of formaldehyde from Tris, while it resulted in a decrease from methanol. Bromide on the surface of the photocatalyst reacts with the hydroxyl radicals to form reactive halogen species (RHS). This study proposes that the RHS Br2•- oxidises the probe into a cation radical, which initialises the probe degradation and the subsequent formation of formaldehyde. Conversion from hydroxyl radicals to RHS leads to a greater selectivity in formaldehyde production. Increased selectivity of attack towards electron-rich centres can explain the observed results with the different probes in this study. A linear combination expression of the total production of formaldehyde was developed, through which the X-factor, a ratio of the production of formaldehyde by RHS relative to the production of formaldehyde by hydroxyl radicals, was calculated. However, no realistic values were obtained when calculating the X-factor for different anion concentrations, thus indicating that factors other than competition kinetics affect the degradation. No conclusions could be drawn regarding the effect of chloride on the formation of formaldehyde from Tris and methanol, as the results were ambiguous. / Syftet med denna studie var att undersöka mekanismer och kinetik bakom fotokatalytisk nedbrytning av organiska molekyler i närvaro av anjoner (bromid och klorid), där titandioxid användes som fotokatalysator. Tris(hydroxymetyl)aminometan (Tris) och metanol var de organiska substanserna som studerades. Den fotokatalytiska nedbrytningen av proberna resulterar i formaldehyd via reaktion med hydroxylradikaler på fotokatalysatorns yta. Produkten kan sedan kvantifieras genom en modifierad version av Hantzsch-reaktionen följt av UV-Vis spektroskopi vid en fixerad våglängd på 368 nm. Studien kom fram till att närvaron av bromid i reaktionslösningen resulterade i en ökad produktionshastighet av formaldehyd från Tris, medan det resulterade i en minskning från metanol. Bromid på ytan av fotokatalysatorn reagerar med hydroxylradikaler och bildar reaktiva halogena molekyler (RHS). Denna studie föreslår att RHS:en Br2•- oxiderar proben till en radikalkatjon, som initierar nedbrytningen av proben och efterföljande bildning av formaldehyd. Omvandling från hydroxylradikaler till RHS leder till högre selektivitet av bildning av formaldehyd. Ökad selektivitet av attacker mot elektronrika center kan förklara de observerade resultaten med de olika proberna i denna studie. Ett linjärkombinationsuttryck av den totala produktionen av formaldehyd utvecklades, från vilket X-faktorn, ett förhållande av produktionen av formaldehyd via RHS relativt till produktionen av formaldehyd via hydroxylradikaler, kunde beräknas. Inga realistiska värden erhölls dock vid beräkningen av X-faktorn för olika anjonskoncentrationer, vilket indikerar att andra faktorer än konkurrenskinetik påverkar nedbrytningen. Inga slutsatser kunde dras gällande klorids effekt på bildningen av formaldehyd från Tris och metanol, då resultaten var tvetydiga.

Anaerob nedbrytning vid låg temperatur är ett energieffektivt system, men få studier har fastställt kinetiken för anaerob nedbrytning av matavfall vid dessa temperaturer. I denna studie bestämdes kinetiken för en anaerob rötkammare för matavfall med mesofil inokulum vid 20°C. Effekten av acklimatiseringstiden avslöjades. Därefter användes biokol och spårämnen för att utvärdera deras inverkan vid 20°C. Det visade sig att tillsats av spårämnen ökade kinetiken upp till 114% av kontrollreaktorn. Denna studie visade att olika biokol har varierande effekt på kinetiken (här negativ och neutral effekt). De kinetiska värdena utvärderades med en första ordningens modell och användes för att uppskatta en virtuell fabrik. Med ett inflöde på 27 000 ton bioavfall/år och 80 % av den maximala metanpotentialen ansågs en psykrofil i ett steg vara orealistiskt (hydraulisk retentionstid (HRT): 9,6 månader med den experimentella kinetiken). Lovande resultat kan dock uppnås med en lämplig kombination av utetemperatur och substrattemperatur. / Low temperature anaerobic digestion is an energy efficient system, however few studies have determined the kinetics of the anaerobic digestion of food waste at those temperatures. This study determined the kinetics of a food waste anaerobic digestor with mesophilic inoculum at 20°C. The impact of acclimatation time was revealed. Then biochar and trace elements were employed to evaluate their impact at 20°C. It was shown that addition of the trace elements boosted the kinetic up to 114% of the control reactor. This study proved that different biochars have variable effect on the kinetics (here negative and neutral effect). The kinetic values were evaluated with a first order model and used to estimate a virtual factory. With 27 000 tons of biowaste /year influx and 80% expression of the maximum methane potential, a single stage psychrophilic was deemed unrealizable (Hydraulic Retention Time (HRT): 9.6 month with the experimental kinetics). However, promising results can be obtained with an adequate exterior temperature & substrate temperature couple.