Högbytorp is Ragn-Sells’ largest waste facility and it is located north of Stockholm. There is an old landfill still in use, but at the end of this year it will be closed. The waste deposited on the landfill can, through decomposition, give rise to a large amount of methane gas, which is an energy rich gas that can be used for heat and electricity production. To receive a relatively large amount of gas, the decomposition requires a high moisture content in the waste. Therefore the landfill is dependent on precipitation input, although when the landfill is covered, rainfall can no longer infiltrate the landfill and hence irrigation might be necessary to sustain gas production. To know where to irrigate, knowledge about the material content in the landfill is necessary. Thus the purpose of this report is to identify and describe what kind and amount of waste that has been deposited on the landfill and also where the waste has been placed. The purpose is also to investigate the availability of methods and that are used in Sweden for establishing a water balance for a landfill. The identification work showed that the landfill consists mainly of household-, construction- and industrial waste, retted sludge from sewage treatment plants and soil, which all can produce large quantities of methane gas. The investigation about the different methods for conducting a water balance resulted in the presentation of two methods. One of the methods is called Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) and is a computer simulation. The other method is an equation established by the Swedish Environmental Protection Agency (Naturvårdsverket). Both of the methods works well for obtaining a water balance, however modification is needed for each of them in order to be well suited for the studied landfill, so that realistic and site specific results can be obtained.

Uppsalas dricksvattenförsörjning baseras på konstgjord grundvattenbildning som innebär att vatten från Fyrisån får rinna ned till grundvattnet från infiltrationsbassänger. Detta examensarbete syftar till att undersöka vad som händer med naturligt organiskt material (NOM) i Uppsalaåsen vid konstgjord grundvattenbildning. De viktigaste processerna för minskning av NOM är biologisk avskiljning genom nedbrytning, fysikalisk-kemisk avskiljning genom sorption till metalloxider samt utspädning genom inblandning av naturligt grundvatten. Arbetet bestod av tre delar: 1) analys av vattenkemidata från grundvattenprover, 2) analys av extraktion av TOC, Al och Fe från jordprover för att undersöka utfällning av NOM med metalloxider samt 3) ett inkuberingsexperiment för att utvärdera potentialen för biologisk nedbrytning i löst organiskt material (DOC). Jordproverna hämtades från borrkärnor som tagits på fem platser längs åsen under sommaren 2014. Grundvattenprover togs i 19 brunnar minst en gång per månad från november 2014 fram till april 2015. TOC-halten i grundvattnet är som högst vid infiltrationsbassängerna, ca 15 mg/l. TOC- minskar med 30 % de första 200 metrarna i flödesriktningen men minskningen avtar under grundvattentransporten. I den omättade zonen avskiljs mindre än 10 %. Vattnet i Fyrisån har en varierande sammansättning över ett år, vilket också observerades i provtagningspunkter som ligger närmast infiltrationsanläggningarna. Analys av uran och stabila isotoper visar att dispersion i åsen utjämnar dessa variationer. Analys av UV-absorbans och fluorescens tyder på att det organiska materialet i grundvattnet byter karaktär i den mättade zonen och blir hydrofilt. Resultaten från extraktionerna i jordprover visar på god korrelation mellan Fe och TOC. Bidning till järnoxider antas därför vara den viktigaste avskiljningsmekanismen i åsen. Resultaten indikerar på anrikningar av humuskomplex i de ytligaste jordlagren under sandfiltren samt precis under grundvattenytan i närheten av bassängerna. Inkuberingsexperimentet utfördes genom att grundvatten från fem olika provpunkter sterilfiltrerades. 15 vattenprover tillsattes med inockulat innehållande mikroorganismer och övriga 15 sterila prover användes som referenser. TOC undersöktes varannan vecka på samtliga vattenprover under 1,5 månader. Efter två veckor minskade halten TOC i samtliga prover och referenser med cirka 25 % och var därefter relativt konstant. Sammanfattningsvis sker en snabb minskning av NOM i grundvattnet nära infiltrationsbassängerna. Det antas bero på adsorption till metalloxider och fasta partiklar och biologisk nedbrytning. Minskningstakten av NOM avtar med transportsträckan. Längre bort antas inblandning av naturligt grundvatten vara den viktigaste orsaken till att halten NOM minskar. / The drinking water supply in Uppsala is based on this technique which involves surface water from Fyrisån percolating to the ground water through an infiltration basin. This master thesis aims to evaluate the fate of natural organic matter (NOM) in the Uppsala esker during artificial groundwater recharge. The most important processes for the removal of NOM are biological degradation, physical-chemical sorption to metal complexes and dilution by mixing with natural ground water. The work consisted of three parts: 1) analysis of water chemistry data from groundwater samples, 2) analysis of extractions of TOC, Al and Fe from soil samples to evaluate deposition of NOM with metal oxides, and 3) an incubation test to evaluate the potential for biological degradation in dissolved organic carbon (DOC). Soil samples were collected from drill cores taken from five locations along the Uppsala esker in the summer of 2014. Ground water was sampled in 19 wells at least once every month from November 2014 to April 2015. The levels of TOC in ground water are highest at the infiltration basins, about 15 mg/l. The TOC levels drop by 30 % the first 200 meters in the flow direction, but the removal rate decreases during the ground water transport. Less than 10 % is removed in the unsaturated zone. The water in Fyrisån has a variation in composition during a year, which is also observered in sampling points close to the infiltration basins. Analysis of uranium and stable isotopes shows that dispersion in the esker evens these variations. The analysis of absorbance and fluorescence shows that the NOM changes character in the saturated zone and becomes less humificated and becomes hydrophilic. The results from the extractions in the soil samples show a good correlation between Fe and TOC. Complexes of NOM and iron oxides are thought to be the most important complex in the Uppsala esker. The extractions also indicate that enrichments of humus complexes in the uppermost soil of the infiltration basins and right below the ground water table in several locations near the basins. The incubation test was done by sterilization filtering of ground water from five different locations. Inoculate with microorganisms was added to 15 of these samples, while 15 without inoculate was used as reference samples. Analysis of TOC was done every two weeks during 1,5 months. The levels of TOC decreased by 25 % after two weeks in all samples and reference samples, and were stable afterwards. In summary, a quick decrease of NOM occurs in the groundwater close to the infiltration basins. This is mainly caused by sorption and biological degradation. The removal rate of NOM decreases with distance. Further away from the basins, the most important process for decrease of NOM is mixing with local ground water.

Societies are facing great challenges with obtaining a good quality and quantity of drinking water in the context of climate change. Increases in natural organic matter (NOM) and per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) have been observed in lakes and drinking water the past years, which is of great concern for water treatment plants in Sweden. It is therefore vital to increase the knowledge regarding the distribution of these substances in the environment. The main objective of this project was therefore to further develop a hydrodynamic model for lake Ekoln by including transportation and degradation of NOM. This was to be done by calibrating the model in terms of total organic carbon (TOC) and Water colour (Colour). A second objective was to investigate the requirements to successfully model PFAS in Ekoln for future studies. The study was done using the model MIKE 3 FM, developed by the Danish Hydraulic Institute (DHI) The two variables TOC and Colour, were calibrated separately for the period of February 2017 to September 2018. For TOC the within-lake processes were decay and sedimentation. These were described using a reference decay constant for 20 °C (k0), that was scaled using the Arrhenius temperature coefficient (θ), and sedimentation was represented by a settling velocity (vsm). For Colour the included process was photooxidation. This process was described using a maximum photooxidation rate (kphoto) that was scaled using the Monod relation including parameters for minimum photosynthetically active radiation (PAR) necessary for photooxidation to occur (Imin) and a PAR half saturation constant (I1/2). The calibration of TOC resulted in the following best fit parameters for k0  of 0.001 d-1, θ of 1.07 and vsm of 0.001 md-1. The calibration of Colour resulted in the following best fit parameters for kphoto of 0.0125 d-1, Imin of 0 µmol photons m-2s-1 and I1/2 of 4 µmol photons m-2s-1. Overall it can be concluded that the chosen processes managed to capture the seasonal variations of TOC and Colour, and the calibrated parameter values are in line with similar studies. The assumption of not including autochthonous input proved to be the biggest source of error in the calibration of TOC but proved to have a minor influence on the calibration of Colour. To achieve a more realistic representation of photooxidation in the vertical profile, for the simulation of Colour, more processes should be considered to be added in the model in future studies. The results presented in this study contributes with increased knowledge of carbon budgets in lakes and can be used to predict water quality hazards connected to climate change and extreme events. The limited access to PFAS data for Ekoln, constrained the study of PFAS and only two sources could therefore be studied: The sewage treatment plant Kungsängsverket and precipitation. The results showed that the simulated concentrations of PFAS in Ekoln only accounted for 40 % of the observed concentrations. It could further be concluded that the contribution from precipitation is negligible. For future studies it is judged to be vital to include Fyrisån as a PFAS source, and to look into processes that influence PFAS distribution, such as sedimentation and adsorption to organic matter. / Samhällen står idag inför stora utmaningar vad gäller att tillhandahålla god kvalitet och kvantitet av dricksvatten under rådande klimatförändringar. De senaste åren har det observerats ökande halter av naturligt organiskt material (NOM) och per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) i sjöar och dricksvatten, vilket är bekymmersamt för Sveriges vattenreningsverk. Det är därför av största vikt att öka kunskapen om dessa ämnens distribution i miljön. Huvudsyftet med denna studie var därför att vidareutveckla en hydrodynamisk modell för sjön Ekoln så att den även inkluderar transporten och nedbrytningen av NOM. Detta utfördes genom att kalibrera modellen för totalt organisk kol (TOC) och Vattenfärg (Färg). Ett andra syfte var att undersöka vilka förutsättningar som krävs för att kunna modellera PFAS på ett korrekt sätt i Ekoln. Studien utfördes i modellverktyget MIKE 3 FM, utvecklat av DHI.  De två variablerna TOC och Färg kalibrerades separat för perioden februari 2017 – september 2018. Processerna som valdes att påverka TOC var nedbrytning och sedimentation. Dessa processer beskrevs med hjälp av en referens-nedbrytningskonstant för 20 °C (k0), vilken anpassades med hjälp av Arrhenius temperaturkoefficient (θ) och sedimentation beskrevs med hjälp av en sedimentationshastighet (vsm). Färg påverkades endast av processen fotooxidation vilken beskrevs med en maximal hastighet för fotooxidation  (kphoto) som anpassades med hjälp av Monods relation. Anpassningen skedde med hjälp av parametern för minimal fotosyntetiskt aktivt ljus (PAR) för att fotooxidation ska ske (Imin) samt en PAR halv mättnads konstant (I1/2) .  Kalibreringen resulterade i värden för k0 av 0.001 d-1, θ av 1.07 och vsm av 0.001 md-1. Kalibreringen för Färg resulterade i värden för kphoto av 0.0125 d-1, Imin av 0 µmol fotoner m-2s-1 och I1/2 av 4 µmol fotoner m-2s-1. Det kan konstateras att de valda processerna lyckas med att beskriva säsongsvariationerna av både TOC och Färg och att de kalibrerade parametervärdena stämmer överens med litteraturen. Antagandet om att inte inkludera autoktont tillförsel av organiskt material (NOM från ytvatten), visade sig vara den största felkällan i simulering av TOC, men visade sig ha en mycket liten påverkan på simuleringen av Färg. För en mer realistisk bild av fotooxidations spridning i djupled, för simuleringen av Färg, bör fler processer övervägas att inkluderas i modellen för framtida studier.  Studien av PFAS var begränsad av tillgången till data, vilket medförde att endast två källor av PFAS till Ekoln analyserades: reningsverket Kungsängsverket och nederbörd. Resultaten visade att den simulerade koncentrationen av PFAS endast motsvarade 40 % av den observerade. Vidare kunde det konstateras att tillförsel av PFAS från regn kan antas vara försumbar. För framtida studier av PFAS i Ekoln bedöms det vara avgörande att inkludera Fyrisån som en källa, samt att vidare undersöka processer som påverkar transporten av PFAS så som sedimentation och adsorption till organiskt material.

Uppsala esker is the main source of drinking water in Uppsala city and it provides the city with clean water all year around. The demand of drinking water is growing, and the municipality plans on increasing the artificial infiltration in order to meet future demands. During the last years, the concentration of organic carbon in Uppsala’s drinking water has increased which has raised concerns regarding the future drinking water quality. A decrease in the residence time as a result of increased infiltration may partly cause these increasing concentration levels. The aim of this master’s thesis was therefore to recreate the groundwater dynamics in the Uppsala esker with a model and hence, an improved understanding of the transport of organic carbon in order to predict the consequences of an increased artificial infiltration. The thesis also aimed to investigate the potential risk of the concentration of organic carbon in the drinking water to exceed the reference value from the Swedish food agency. The computer code used in this project was MODFLOW together with GMS which together helped creating a simplified, three-dimensional groundwater model of a delimited part of the Uppsala esker that covers Tunåsen infiltration facility down to the well area in Galgbacken.  A conceptual model was constructed in GMS for the model domain and was then converted into a numerical MODFLOW steady-state model. The model was then calibrated after both measured groundwater levels with a 40 cm deviation and after the already known residence time for the distance Tunåsen – Galgbacken. Four scenarios with varying infiltration and outtake were then simulated. Each scenario was then simulated with three different incoming concentrations of organic carbon in the infiltration: 7, 15 and 50 mg/L.  Results show that the groundwater dynamics can be reconstructed with a simplified model however, it is likely that the simplifications resulted in a less precise model. The transport simulations indicated that the residence time decreases with increased artificial infiltration and outtake. Transport simulations furthermore showed that residence time is the most crucial factor effecting the transport distance of the organic carbon. Lastly, the result indicated that there is a risk that the reference value for organic carbon will be exceeded for incoming concentrations of 15 and 30 mg/L respectively, mainly in scenario C where the maximum infiltration and outtake capacities were simulated. In addition, it was concluded that there may be a risk that the reference value will even be exceeded in the other scenarios with an increased simulation time. / I Uppsala är Uppsalaåsen central för vattenförsörjningen då den förser staden med rent dricksvatten året om. De senaste åren har det observerats en oroväckande ökande trend av halten löst organisk kol (DOC) i grundvattnet. Med ett ökande dricksvattenbehov finns det även planer på att öka den konstgjorda grundvattenbildningen vilket riskerat att öka halterna ännu mer. Examensarbetets syfte var att återskapa grundvattendynamiken med en modell och öka förståelsen för transport av organisk kol i Uppsalaåsen och därefter prediktera möjliga konsekvenser av ökad infiltration. Projektet ämnade dessutom att undersöka om det i framtiden finns en risk att gränsvärdet för organiskt kol i Uppsalas dricksvatten överskrids. I projektet användes modellkoden MODFLOW tillsammans med GMS för att skapa en förenklad, tredimensionell grundvattenmodell. Modelldomänet var en avgränsad del av Uppsalaåsen från Tunåsens infiltrationsanläggning till Galgbackens uttagsområde.  Inledningsvis upprättades en konceptuell modell i GMS som sedan konverterades till en numerisk steady-state modell. Modellen kalibrerades efter uppmätta grundvattennivåer och efter tidigare känd transporttid för sträckan Tunåsen – Galbacken. Därefter utfördes simuleringar för fyra scenarion, 0, A, B och C, med varierande infiltration och uttag. För varje scenario utfördes sedan simuleringar med tre olika koncentrationer av halten löst organiskt material i infiltrationsvattnet; 7, 15 och 30 mg/L. I modellen togs det ej hänsyn till någon nedbrytning av DOC, tillskillnad från den nedbrytning på 50 % som har observerats i åsen.  Resultatet visade att det är möjligt att återskapa den grundvattendynamik som observerats inom modelldomänet med en förenklad modell. För de olika scenariona visade resultaten att transporttiden minskar med ökad infiltration och ett ökat uttag. I förhållande till scenario 0 visade resultaten på en procentuell minskning av transporttiden på 24, 28 och 60 % för respektive scenario A, B och C. Den kortaste transporttiden erhölls således i scenario C på 183 dagar, jämfört med 293 dagar i scenario 0. Resultaten som erhölls visade även att transporttiden är den dominerande faktorn som påverkar det organiska materialets transportsträcka. Slutligen visade resultatet att det finns en risk att halten av organiskt material överstiger Livsmedelverkets gränsvärde för dricksvatten om koncentrationen av DOC i infiltrationsvattnet är hög i kombination med en kort transporttid.

Nanopartiklar är partiklar med storlekar i området 1 till 100 nm, och som uppvisar nanospecifika egenskaper. Egenskaperna kan variera helt mellan olika typer av nanopartiklar, även bland partiklarna och deras respektive material i bulk format på grund av deras unika storlekar, former och strukturer. I denna studie har vi analyserat storlekarna och den kolloidal stabiliteten på tre nanopartiklar, Co, Y2O3, CeO2 i färskvatten och färskvatten med naturligt organiskt material med hjälp av sonifikation, NTA, AAS och ICP analys. Nanopartiklarna lät vara utsatta i lösningarna i upp till six timmar, där analys med hand av NTA skedde efter den nollte, första och sjätte timmen. Partiklarna uppvisade olika egenskaper, och alla tre partiklar varierade i storlek under experimentet. Kobalt hade tendensen att minska i storlek i bägge lösningar, medan storlekarna på yttrium- och cerium oxid tenderade att variera. För att främja vår förståelse av nanopartiklar, behövs fler studier för att få en full förståelse för de unika egenskaperna hos dessa partiklar. / Nanoparticles are particles with sizes in the range of 1 to 100 nm, which also have nanospecific properties. Their properties vary wildly between different types of nanoparticles, even among nanoparticles and their respective particles in bulk format heeding to their highly individual shapes, sizes and structures. In this study we analyzed the sizes and colloidal stability of three different nanoparticles, Co, Y2O3 and CeO2 in freshwater and freshwater with natural organic matter solutions using sonication, NTA-, AAS-, and ICP analysis. The nanoparticles were exposed to the solutions for up to six hours, with analysis being performed at the zero, first and sixth hour. The particles indeed showed different properties, as all three particles varied in size throughout the experiment. Cobalt had the tendency to decrease in size as time progressed in both solutions, while the mean size of yttrium- and cerium oxide varied. To further our understanding of nanoparticles, more studies need to be performed to properly understand the individual properties of these nanoparticles.

Coastal areas in Grenada and the Caribbean are experiencing an abundance of stranded macroalgae. Climate change and eutrophication are probable causes of this inconvenience. This leads to logistic and economic dilemmas for the Caribbean societies. Research of methods to benefit from the algal bloom is therefore valuable for a sustainable future in these countries. Studies of biogas and fertilizer production are initiated around the world, but a large scale production is absent. Therefore, this thesis scrutinize the requirements for producing biofertilizer from biogas by examine the content of macroalgae and the conditions in Grenada. To achieve this, a literature study and a miniature biogas experiment were conducted. Grenada would presumably benefit from substituting synthetic fertilizer with biofertilizer from macroalgae utilized in biogas production. The positive aspects includes the recirculation of nutrients, development of renewable energy and autonomous fertilizer production. Further research of the definite macroalgae content is essential to determine the exact extent and conditions of the fertilizer utilization. / Kustområden i Grenada och Karibien är drabbat av större mängder strandade makroalger. Klimatförändringar och övergödning är de huvudsakliga orsakerna till denna olägenhet. Detta leder till logistiska och ekonomiska problem för samhällen i Karibien. Det är därför av värde att forska på metoder för att försöka nyttja algblomningen, för en hållbar framtid i dessa länder. Studier på biogasproduktion och gödselmedelstillverkning av makroalger har utvecklats på senare tid, men en storskalig produktion är fortfarande frånvarande. Därför ska denna avhandling granska kriterierna för att använda biogödsel från biogasproduktion genom att undersöka makroalgernas innehåll, och Grenadas förutsättningar för att genomföra detta. För att uppnå detta så har en litteraturstudie och ett mindre biogasexperiment genomförts. Grenada skulle förmodligen dra fördel av att byta ut syntetiskt gödningsmedel med biogödningsmedel från biogasproduktion med makroalger. De positiva aspekterna av detta är recirkulationen av näringsämnen, etablering av förnyelsebara energikällor, samt självständig gödselproduktion. Vidare forskning på det exakta innehållet i makroalger är väsentligt för att kunna bestämma utsträckningen och förhållandena för gödselmedelsanvändningen.