Wastewater treatment plants (WWTPs) play a vital role in protecting the environment from much of the waste produced by humans. This includes not only human waste, but everything that makes its way into a sewerage system including greywater, stormwater, and potentially hazardous chemicals from, inter alia, chemical spills. The effects of a chemical spill if it enters a WWTP can be disastrous, resulting in the ineffective treatment of incoming water for prolonged periods of time (Söhr, 2014). This can lead to one of the dilemmas of urban wastewater systems, notably, whether it is more damaging to allow a chemical spill to bypass a WWTP, or to attempt to treat all or some of the spill and risk damaging the microbes working in the biological treatment processes (Schütze, 2002). In order to better inform policy makers and process engineers at WWTPs of which measures to take in the event of a spill, solute transport characteristics of a specific sewerage network must be defined.  A series of tracer tests were performed along The Käppala Association’s northern sewerage network to determine these solute transport characteristics, notably the dispersion coefficient which strongly affects the level of dilution that occurs between the injection point and the inlet. A simple solute transport model, carried out in Excel, was created using the Advection-Dispersion Equation (ADE) and the Manning-Strickler equation to relate flow measurements to flow velocity. Results from the experiments show that a dispersion coefficient of 1.55m2/s appears to be applicable throughout the whole of the tunnel network. A depth dependent Manning-Strickler coefficient seems to describe the flow-velocity relationship, however, this method has not been validated. The ADE begins to lose accuracy in describing solute transport as the distance from the inlet and the number of pumping stations the plume goes through increases. / Avloppsreningsverk spelar en viktig roll för att skydda miljön från mycket av det avfall som produceras av människor. Detta inkluderar inte bara mänskligt avfall utan allt som tar sig in i ett avloppssystem, till exempel gråvatten, dagvatten och potentiellt farliga kemikalier från bland annat industriutsläpp. Effekterna av ett kemiskt utsläpp kan vara katastrofala om det kommer in i ett avloppsreningsverk, vilket resulterar i ineffektiv behandling av inkommande vatten under längre perioder (Söhr, 2014). Detta är ett dilemma i urbana avloppssystem – ska man låta ett kemiskt utsläpp ledas förbi ett avloppsreningsverk, eller försöka behandla hela eller en del av utsläppet och riskera att skada mikroberna i den biologiska reningsprocessen (Schütze, 2002). För att beslutsfattare och processingenjörer vid avloppsreningsverk ska kunna fatta rätt beslut om vilka åtgärder som ska vidtas vid utsläpp måste egenskaperna för det specifika avloppsnätet definieras.  Syftet med detta projekt är att uppskatta transportparametrar och karakterisera utspädning i nätverket genom att utföra en serie spårningsförsök i Käppalaverkets upptagningsområde. För att nå syftet fanns det flera mål som genomförts: Genomföra en litteraturstudie  Skapa en förutsägbar modell i Excel baserad på flödesdata längs Käppalaförbundets tunnelsystem Genomföra en serie spårningsförsök vid flera punkter längs tunnelsystemet  Strukturerad datalagring av resultaten så att data är lätt att hitta för framtida projekt  Metoderna kan delas i två: modellering och försök. För att skapa en modell och simulera transport av ett ämne i nätet får man definiera relevanta ekvationer. För den hydrauliska delen av modellen användes Manning-Strickler-ekvationen. Resultaten från detta användes sedan i den förenklade formen av advektion-spridningsekvationen (ADE). Tunnelsystemet uppdelades i flera sektioner med samma egenskaper såsom form och geometri, och en anpassad form av ADE användes emellan sektionerna. För att nå framgång i försöken krävdes att rätt spårämne valdes. Uranin användes i försöken på grund av sina ogiftiga och stabila egenskaper och den låga detektionsgränsen. Injiceringspunkterna låg gradvis längre bort från inloppet; Försök 1 var 9km från verket till nästan 46km vid Arlanda flygplats för Försök 3.  Resultaten från simuleringarna användes för att planera injiceringstid, start- och stopptid för provtagningen och provtagningsfrekvens. Resultatet från första försöket användes för att kalibrera modellen inför de andra försöken. Resultaten från alla försök visade att en dispersionskoefficient på 1.55m2/s, som är ett mått på utspädning i nätet, verkar tillämpligt till hela tunnelsystemet. Koefficienten kan dock vara högre i de kommunala näten. En djupberoende metod för att härleda Mannings tal formulerades, men det kräver ytterligare validering.  Från alla tre försöken kan vi härleda ett förhållande mellan avstånd från inlopp och toppkoncentration samt avstånd från inlopp och varaktigheten av genombrottskurvan. Toppkoncentration visar ett linjärt eller kanske logaritmiskt förhållande med distans, och varaktigheten av genombrottskurvan visar ett starkt linjärt förhållande. Kunskaper om detta är viktigt när man vill genomföra en riskbedömning av ett kemiskt utsläpp i upptagningsområdet eftersom det ger en insikt om hur det kan påverka den biologiska reningen i ett avloppsreningsverk.  Sammanfattningsvis fungerar den enkla formen av ADE bra, men viss avvikelse ses i experiment 3. Detta beror kanske på möjliga övergående lagringsprocesser vid pumpstationerna längs tunnelsystemet. En enda dispersionskoefficient, som är ett mått på utspädning, är tillämplig i hela huvudtunnelsystemet, men spridningen i kommunala nätverk är sannolikt högre. Ytterligare arbete behövs inom dessa kommunala nätverk för att kvantifiera deras effekter.  På grundval av resultaten från detta projekt rekommenderas ytterligare forskningsundersökningar om vad som händer med föroreningar i avloppsreningsverket. Eftersom slammet vid Käppalaverket används för biogasproduktion och är Revaq-certifierat för användning på jordbruksmark är föroreningsnivån i slammet mycket viktigt både ur produktivitets- och hälso- och säkerhetsperspektiv.

La voie pulmonaire suscite un intérêt grandissant pour l’administration systémique des peptides et protéines thérapeutiques, aujourd’hui encore administrés essentiellement par voie parentérale. Un microsystème a été conçu pour permettre de faciliter et accélérer les études in vitro de criblage de différentes biomolécules actives et de sélectionner les formulations les plus adaptées à leur pénétration à travers l’épithélium pulmonaire, en vue de sélectionner les meilleurs candidats à une administration par voie pulmonaire. Organisé en deux configurations distinctes, ce microsystème permet dans un premier temps d’obtenir des barrières épithéliales pulmonaires polarisées et jointives (cellules Calu-3) en seulement 7 jours dans des micropuits de 1mm², sans avoir à renouveler le milieu nutritif ni avoir recours à un appareillage externe associé au microsystème. Grâce à la mise au point d’une technique simple de fabrication, des plateformes de culture contenant jusqu’à 12 micropuits en parallèle sont aujourd’hui fabriquées de manière standardisée. L’évaluation du passage de molécules est ensuite réalisée sous une deuxième configuration dédiée à la mesure de la perméabilité des barrières épithéliales cultivées en micropuits. La capacité de différents candidats (nanoparticules et biomolécules) à traverser l’épithélium pulmonaire a été étudiée. Le passage de nanoparticules de PLGA revêtues de chitosane ainsi que le passage de l’insuline ont été démontrés avec succès. Enfin, l’électrophorèse capillaire couplée à une détection par fluorescence induite par laser (EC-LIF), compatible avec les faibles volumes manipulés dans ce microsystème, a été exploitée pour la détection et la quantification de l’insuline après passage des barrières pulmonaires miniaturisées. A cette fin, l’insuline a soit été marquée par le FITC, soit complexée à un anticorps ou a un aptamère fluorescents. A l’heure actuelle, seule la méthode développée pour le marquage de l’insuline par le FITC est utilisable à des fins de quantification, mais le recours à un aptamère a montré des premiers résultats encourageants. / The pulmonary route is of increasing interest for the systemic administration of therapeutic proteins and peptides, still largely administered parenterally. A microdevice was designed to facilitate and accelerate the in vitro screening studies of various active biomolecules and to select the most suitable formulations for penetration through the lung epithelium, in order to select the best candidates for an administration via the lungs. Organized in two distinct configurations, this microdevice allows as a first step the culture of tight polarized bronchial epithelial barriers (Calu-3 cells) in 7 days in 1 mm² microwells, without the need for medium renewal or the use of an external apparatus. A simple manufacturing technique was developed and glass culture platforms containing 12 parallel microwells can be obtained in a standardized manner. The ability of molecules to cross the pulmonary barrier is then performed in the second configuration of the microdevice, which is dedicated to the permeability measurement of the tight epithelial Calu-3 barriers cultured in microwells. Among the different candidates studied (nanoparticules and biomolecules), the pulmonary barrier permeability regarding PLGA nanoparticules coated with chitosan and regarding insulin has been successfully demonstrated. Finally, capillary electrophoresis with laser induced-fluorescence (CE-LIF), a technique compatible with the low volumes handled in this microdevice, has been exploited for insulin detection and quantification after its transport across the miniaturized pulmonary barriers. To this end, insulin was either FITC-labeled or complexed with a fluorescent antibody or aptamer. Currently, only the derivatization method can be used for a quantification purpose, but the use of an aptamer to indirectly quantitate insulin has shown encouraging results.

La voie pulmonaire suscite un intérêt grandissant pour l'administration systémique des peptides et protéines thérapeutiques, aujourd'hui encore administrés essentiellement par voie parentérale. Un microsystème a été conçu pour permettre de faciliter et accélérer les études in vitro de criblage de différentes biomolécules actives et de sélectionner les formulations les plus adaptées à leur pénétration à travers l'épithélium pulmonaire, en vue de sélectionner les meilleurs candidats à une administration par voie pulmonaire. Organisé en deux configurations distinctes, ce microsystème permet dans un premier temps d'obtenir des barrières épithéliales pulmonaires polarisées et jointives (cellules Calu-3) en seulement 7 jours dans des micropuits de 1mm², sans avoir à renouveler le milieu nutritif ni avoir recours à un appareillage externe associé au microsystème. Grâce à la mise au point d'une technique simple de fabrication, des plateformes de culture contenant jusqu'à 12 micropuits en parallèle sont aujourd'hui fabriquées de manière standardisée. L'évaluation du passage de molécules est ensuite réalisée sous une deuxième configuration dédiée à la mesure de la perméabilité des barrières épithéliales cultivées en micropuits. La capacité de différents candidats (nanoparticules et biomolécules) à traverser l'épithélium pulmonaire a été étudiée. Le passage de nanoparticules de PLGA revêtues de chitosane ainsi que le passage de l'insuline ont été démontrés avec succès. Enfin, l'électrophorèse capillaire couplée à une détection par fluorescence induite par laser (EC-LIF), compatible avec les faibles volumes manipulés dans ce microsystème, a été exploitée pour la détection et la quantification de l'insuline après passage des barrières pulmonaires miniaturisées. A cette fin, l'insuline a soit été marquée par le FITC, soit complexée à un anticorps ou a un aptamère fluorescents. A l'heure actuelle, seule la méthode développée pour le marquage de l'insuline par le FITC est utilisable à des fins de quantification, mais le recours à un aptamère a montré des premiers résultats encourageants.