Nitrification performance of three, fluidized-bed filters was investigated. Each filter contained 10 L of plastic bead medium (near neutral specific gravity and 2-4 mm diameter and length) and was loaded under conditions of various flow rates and ammonia levels. Bead settled depth and biofilter diameter (12.7, 15.2 and 17.8 cm) were the factors differing among the filters. The experiments were conducted with three replicate recirculating systems. Each system included one of the three different biofilter types, connected in parallel to a reservoir containing 500 L of water. Systems were allowed to acclimate using a synthetic nutrient substrate, which was followed by a comparative analysis of biofilter performance. To evaluate filter performance, ammonia inflow concentration, ammonia loading rates, nitrite, nitrate, temperature, pH, dissolved oxygen levels, hardness, alkalinity and flow rates were monitored. Initially, four different flow rates, ranging from 6 Lpm–12 Lpm, were tested at constant ammonia feed level (8.4 g/day). Here, biofilter D3 (17.8 cm diameter) showed the best ammonia removal performance at a flow rate of 6 Lpm, followed by the performance of D1 (12.7 Lpm) and D2 (15.2 Lpm). The difference in ammonia and nitrite removal performance decreased among the biofilters, as flow rate increased. An increase in flow rate also lowered ammonia level in the systems at a constant ammonia loading, but did not affect the nitrite concentration. Five different ammonia feed rates, ranging from 8.4 – 16.8 g/day, were tested in the second part of the study, at a constant flow rate of 12 Lpm in each column. Different ammonia and nitrite removal performance was observed between biofilter sizes. Ammonia accumulated in the tanks as ammonia loading increased, but nitrite concentration remained relatively constant. The results indicated that nitrification performance improved by 17 % as the applied flow rate was increased. Ammonia concentration decreased slightly, from 0.6 mg/L to 0.5 mg/L. The performance appeared to be limited at higher ammonia loadings, at which time ammonia concentration increased from 0.5 to 0.99 mg/L. Data on biofilm development indicates a reduction in biofilm thickness as flow rate was increase, and significant biofilm accumulation as ammonia supply increased. The results of this work were compared to performance data generated using a steady state biofilm model, developed by Rittmann and McCarty (1980). The model predicted higher values of biofilm thickness (Lf) than those seen in this study. Fluidized bed filters with plastic bead medium proved to be effective in removing ammonia and nitrite from a synthetic aquaculture water. / Master of Science

Submitted by YEMALL ALEXANDER MAIGUAL ENRIQUEZ (alex.feisunesp@gmail.com) on 2018-05-08T00:18:49Z No. of bitstreams: 1 TESE MBBR-ICT-7-MAY-2018.pdf: 5856438 bytes, checksum: f1c36146463af4ee146d48da7c3be308 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Bacalgini null (bruna@sorocaba.unesp.br) on 2018-05-08T14:17:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 enriquez_yam_dr_soro.pdf: 5856438 bytes, checksum: f1c36146463af4ee146d48da7c3be308 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-08T14:17:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 enriquez_yam_dr_soro.pdf: 5856438 bytes, checksum: f1c36146463af4ee146d48da7c3be308 (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A aquicultura é uma atividade de produção de espécies hidrobiológicas sob condições controladas. Esta atividade tem evoluído nos processos produtivos, mas estão gerando águas residuárias, quando lançadas diretamente nos corpos de água constituindo riscos potenciais à saúde. O reator de leito móvel com biofilme (MBBR) é uma variação do processo de lodos ativados. É um sistema de tratamento de efluentes que contem biofilme que cresce aderida aos suportes, que se movem livremente no volume do reator. O objetivo desta pesquisa foi determinar a eficiência na remoção de material, nitrogenado no MBBR dos efluentes gerados num sistema de recirculação para aquicultura “SRA”. O sistema MBBR com circulação (SC) - e com aeração (SA) obteve remoções medias de 38,7% para Nitrogênio Total Kjedahl (NTK), 28,9% de fósforo total, 44,5% de DBO, Nitrogênio Amoniacal Total (NAT) de 40% e 38,9% para amônia não ionizada e para nitrito foi 59,3%. Os sólidos Totais (ST), Sólidos Suspensos Totais (SST) e Sólidos Voláteis Totais (SVT) tiveram remoções de 28,0%, 45,9% e 57,4% respectivamente. Durante o período avaliado houve aumento do biofilme nos dois reatores. No MBBR-SA foi verificada a presença de protozoários, microinvertebrados e estruturas filamentosas semelhantes a estreptococos. No MBBR-SC, bactérias na forma de cocos, diplococos e estreptococos. Nas analises realizadas com MEV nos lodos dos dois sistemas foi encontrado traços de silício, alumínio, zinco, fósforo, sódio e magnésio. Também foi encontrado bactérias do tipo vibrio spp, bacilus spp, além da formação de aglomerados. As analises térmicas feitas nos lodos indicaram que houve perda de umidade até os 150°C. A maior parte da massa se perde entre 220°C e 580°C, faixa onde sofrem transformação térmica as proteínas, lipídeos, carboidratos, ácidos graxos, restos de paredes celulares bacterianas. Após os 600°C existe o restante, as cinzas são compostas por carbonatos e outros minerais transformando-se em matérias cristalinos, com baixa variação na massa. / Aquaculture is an activity of production of hydrobiological species under controlled conditions. These activities have evolved in the productive processes, but are producing wastewater, when thrown directly into bodies of water constituting potential health risks. The moving bed biofilm reactor (MBBR) is a variation of the activated sludge process. It is an effluent treatment system containing biofilm growing attached to the carriers, which move freely in the reactor volume. The aim of this research was to determine the efficiency in the removal of nitrogenous compounds in MBBR from the effluents generated in a recirculating aquaculture system "RAS". The MBBR system with circulation (CS) - and with aeration (AS) obtained mean removals of 38.7% for NTK, 28.9% of total phosphorus, 44.5% of BOD, 40% TAN and 38.9% for non-ionized ammonia and for nitrite was 59.3%. Total Solids (TS), Total Suspended Solids (TSS) and Total Volatile Solids (TSV) had removals of 28.0%, 45.9% and 57.4% respectively. During the evaluated period there was an increase of biofilm in the two reactors. In the MBBR-AS the presence of protozoa, microinvertebrates and filamentous structures similar to streptococcus was verified. Also, in MBBR-CS was verified coccus, diplococcus and streptococcus bacteria. In the analyzes performed with SEM in the sludge of the two systems, traces of silicon, aluminum, zinc, phosphorus, sodium and magnesium. Vibrio and bacillus type bacteria were present and besides granule formation. Thermal analyzes indicated that there was in the sludge moisture loss until 150°C. Most of the mass is loss between 220°C and 580°C, where they undergo thermal transformation of proteins, lipids, carbohydrates, fatty acids, remains of bacterial cell walls. After the 600°C the ashes are composed of carbonates and other minerals transforming into crystalline materials, with low mass variation. / CAPES: 12616-13-3

EUs direktiv för energiprestanda innebär att alla nya byggnader från och med 2021 ska vara nära-nollenergibyggnader. De stundande kraven innebär att beställare måste skärpa sina energikrav vid upphandling av flerbostadshus. Vidare spelar lågenergibyggnader som koncept en viktig roll för att nå hållbar utveckling och det är av högsta vikt att kommande byggprojekt blir effektiva både i byggprocess och vidare i driftskedet.  Nybyggnation av lågenergibyggnader har visat sig problematisk i många aspekter, där den uppmätta energianvändningen i många fall visat sig väsentligt högre än vad som projekterats. I och med den ny byggpraxis med bättre isolation, lufttäthet och ventilation med återvinning blir tappvarmvatten och hushållsel de största energiposterna i en byggnads energibalans.  Syftet med arbetet är att konkretisera problemen som finns för nyproducerade flerbostadshus med energikrav för lågenergibyggnader. Utifrån det har fokus lagts på två byggnader som AB Bostäder låtit bygga – båda projekterade för att uppnå lågenergikrav.  Likt befarat visar Examensarbetet att det är svårt att härleda problemet till specifika poster. Byggprocessen i sig kan vara en bidragande faktor, där tidsbrist, bristfällig kommunikation och okunskap kring ny byggpraxis är förekommande i en bransch som har svårt att hinna med den efterfrågade volymen av nybyggnation. Vad gäller specifika felkällor till försämrad energiprestanda stödjer vår rapport tidigare publicerade rapporter i ämnet där bristfällig indata vid energiberäkningar, byggprocessens inverkan, oaktsamhet av VVC-förluster och betydelsen av brukare har belysts. / The energy performance of buildings directive means that all new buildings must be nearly zero energy buildings by 31 December 2020. The current requirements mean that constructor companies must tighten their energy requirements when procuring multi-family houses. Lowenergy buildings as concepts play an important role in achieving sustainable development, and it is of the utmost importance that future construction projects become effective both in the construction process and on further operation.  New construction of low-energy buildings has proved to be quite problematic in many aspects, where the measured energy performance in many cases proved to be significantly higher than projected. With the new building practice with better insulation, air tightness and ventilation with recycling – hot water supply and household appliances become the largest energy posts in a building's energy balance.  The purpose of this master thesis is to concretize the problems that exist for newly produced multi-family houses with energy requirements for low-energy buildings. Based on this, focus has been on two building that AB Bostäder Borås recently has built – both built to achieve low energy requirements.  As expected, this master thesis shows the difficulty to deduce the problem to specific aspects. The construction process itself may be the source of error, where time shortages, inadequate communication and lack of knowledge concerning low energy buildings are present in an industry with difficulties catching up with the demanded volume of new construction. Regarding specific sources of vulnerability to energy performance, our report supports previously published reports where the lack of input data for energy calculations, the impact of the construction process, negligence of losses due to recirculation of hot water and the importance of user behaviour have been highlighted.

To reduce the emissions from energy use, high demands are set on new buildings. Studies have shown big differences between predicted and actual energy performance. This gap makes it more difficult to reduce the energy use in buildings. The aim of this study is to discover if deviations occur before the building is put into use, and if it does, discuss the reasons for that.  In this study, energy performance for 20 multi-family houses have been compared between the early design stage and the production stage. The result of this study is that there are no major differences in energy use between the different documents. On the other hand, there are big differences in some of the parameters that the energy use is dependent on. The reasons of this are discussed later in this thesis. None of the investigated buildings had the same value of energy performance in the production stage as in the early stage. The parameter that has shown the greatest difference is space heating and hot water recirculation. The biggest correlation was found between the energy required by the fans and the buildings total energy use.

[ES] En los últimos años, la preocupación mundial con el aumento de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero ha motivado a las industrias del transporte y la energía a moverse hacia el desarrollo de tecnologías sostenibles con bajas o nulas emisiones de contaminantes de plantas de generación de potencia. Con este escenario, la oxicombustión surge como uno de los métodos más prometedores para mitigar la huella ambiental de plantas de generación de potencia, al erradicar sus emisiones contaminantes del tubo de escape, además de permitir la captura de dióxido de carbono (CO2) de sus gases producidos en la combustión. De esta manera, el oxígeno puro (O2) se diluye con el gas de escape recirculado para que reaccione con el combustible en el proceso de combustión y, de este modo, la corriente de gases de escape, compuesta principalmente por CO2 y vapor de agua, puede ser sometida a etapas elementales de enfriamiento y presurización para capturar CO2 de alta pureza a temperatura ambiente. Dado este contexto, en esta tesis, se desarrolla un modelo de sistema autosostenible a oxicombustión con captura de carbono para un motor policilíndrico de encendido por compresión (MEC) de 2,2 litros turboalimentado y de inyección directa como demostración de viabilidad de este concepto propuesto, considerando su aplicación potencial para el desarrollo de plantas de potencia de altas prestaciones con cero emisiones. En tales circunstancias, se emplea una membrana conductora mixta iónica-electrónica para generar O2 a partir del aire local. Para ello, se recupera la energía residual de los gases de escape mediante un ciclo Brayton adaptado con el fin de proporcionar las condiciones adecuadas para el correcto funcionamiento de la membrana en términos de temperatura y relación de presión alimentación-permeado. Asimismo, se diseña un sistema de captura de carbono (CC) local, compuesto esencialmente por dos compresores alternativos, tres unidades de refrigeración con separación de líquidos (flashes) y un tanque de almacenamiento de CO2, teniendo en cuenta las temperaturas de salida de los flashes y la presión de funcionamiento de la última etapa de purificación del CO2. En primer lugar, se diseña el modelo del sistema de oxicombustión con el motor y sus componentes auxiliares (intercambiadores de calor y turbocompresores) y, a continuación, el sistema es evaluado bajo condiciones de oxicombustión para la curva de plena carga del motor desde 1250 rpm hasta 3500 rpm en ausencia del CC, contrastando sus resultados con el comportamiento del MEC convencional de referencia. En segundo lugar, se amplía el mapa de funcionamiento de carga del motor de oxicombustión hasta los límites de estabilidad del sistema modificando el dosado oxígeno-combustible y la temperatura de los gases de escape para tres regímenes del motor. Por último, se diseña el CC y se lo acopla a la unidad de generación de O2, reciclando el agua y el exceso de O2 del CC de nuevo a la admisión del motor. A este respecto, un barrido es llevado a cabo sobre el inicio de la inyección y el flujo másico de agua recirculada para encontrar el punto de funcionamiento óptimo a 3500 rpm con respeto a la compensación entre las prestaciones del motor y la potencia de refrigeración adicional. A continuación, se mejora y adapta el modelo del sistema completo de oxicombustión con captura de carbono para una aplicación realista a escala de laboratorio y una prueba de concepto experimental, siguiendo la misma filosofía de compensación. Aunque el diseño final del motor de oxicombustión con captura de carbono presenta un ligero empeoramiento de prestaciones comparado con el MEC convencional de referencia a 3500 rpm, este nuevo concepto propuesto puede seguir siendo competitivo desde el punto de vista de la eficiencia energética como tecnología emergente que puede contribuir a la concepción de plantas de generación de potencia con emisiones cero a escala industrial comercial. / [CA] En els darrers anys, la preocupació mundial amb l'augment de les emissions antropogèniques de gasos d'efecte hivernacle ha motivat les indústries del transport i l'energia a moure's cap al desenvolupament de tecnologies sostenibles amb baixes o nul·les emissions de contaminants de plantes de generació de potència. Amb aquest escenari, l'oxicombustió sorgeix com un dels mètodes més prometedors per mitigar l'empremta ambiental de plantes de generació de potència, en eradicar les emissions contaminants del tub d'escapament, a més de permetre la captura de diòxid de carboni (CO2) dels seus gasos produïts a la combustió. D'aquesta manera, l'oxigen pur (O2) es dilueix amb el gas d'escapament recirculat perquè reaccioni amb el combustible en el procés de combustió i així el corrent de gasos d'escapament, compost principalment per CO2 i vapor d'aigua , pot ser sotmesa a etapes elementals de refredament i pressurització per capturar CO2 d'alta puresa a temperatura ambient. Atès aquest context, en aquesta tesi, es desenvolupa un model de sistema autosostenible a oxicombustió amb captura de carboni per a un motor policilíndric d'encesa per compressió (MEC) de 2,2 litres turboalimentat i d'injecció directa com a demostració de viabilitat d'aquest concepte proposat , considerant la seva aplicació potencial per al desenvolupament de plantes de potència d'altes prestacions amb zero emissions. En aquestes circumstàncies, es fa servir una membrana conductora mixta iònica-electrònica per generar O2 a partir de l'aire local. Per això, es recupera l'energia residual dels gasos d'escapament mitjançant un cicle Brayton adaptat per tal de proporcionar les condicions adequades per al funcionament correcte de la membrana en termes de temperatura i relació de pressió alimentació-permeat. Així mateix, es dissenya un sistema de captura de carboni (CC) local, compost essencialment per dos compressors alternatius, tres unitats de refrigeració amb separació de líquids (flaixos) i un tanc d'emmagatzematge de CO2, tenint en compte les temperatures de sortida dels flaixos i la pressió de funcionament de l'última etapa de purificació del CO2. En primer lloc, es dissenya el model del sistema d'oxicombustió amb el motor i els seus components auxiliars (intercanviadors de calor i turbocompressors) i, a continuació, el sistema és avaluat sota condicions d'oxicombustió per a la corba de plena càrrega del motor des de 1250 rpm fins a 3500 rpm en absència del CC, contrastant els resultats amb el comportament del MEC convencional de referència. En segon lloc, s'amplia el mapa de funcionament de càrrega del motor d'oxicombustió fins als límits d'estabilitat del sistema modificant el dosatge oxigen-combustible i la temperatura dels gasos d'escapament per a tres règims del motor. Finalment, es dissenya el CC i l'acobla a la unitat de generació d'O2, reciclant l'aigua i l'excés d'O2 del CC de nou a l'admissió del motor. Quant a això, un escombrat és dut a terme sobre l'inici de la injecció i el flux màssic d'aigua recirculada per trobar el punt de funcionament òptim a 3500 rpm respecte a la compensació entre les prestacions del motor i la potència de refrigeració addicional. A continuació, es millora i s'adapta el model del sistema complet d'oxicombustió amb captura de carboni per a una aplicació realista a escala de laboratori i una prova de concepte experimental, seguint la mateixa filosofia de compensació. Tot i que el disseny final del motor d'oxicombustió amb captura de carboni presenta un lleuger empitjorament de prestacions comparat amb el MEC convencional de referència a 3500 rpm, aquest nou concepte proposat pot continuar sent competitiu des del punt de vista de l'eficiència energètica com a tecnologia emergent que pot contribuir a la concepció de plantes de generació de potència amb emissions zero a escala industrial comercial. / [EN] In recent years, a worldwide concern with respect to an increase in anthropogenic greenhouse gas emissions has pushed transport and energy industries towards the development of sustainable technologies with low or zero pollutant emissions from powerplants. Within this scenarios, oxy-fuel combustion arises as one of the most promising methods to mitigate the environmental footprint of powerplants, by eradicating their pollutant tailpipe emissions, in addition to enabling carbon dioxide (CO2) capture from their flue gas. In this case, pure oxygen (O2) is diluted with recirculated exhaust gas to react with fuel for the combustion process and, thereby, the exhaust stream, mainly composed of CO2 and water vapor, may be subjected to elementary cooling and pressurizing steps for capturing high-purity CO2 at ambient temperature. Therefore, in this thesis, a self-sustaining oxy-fuel carbon-capture layout model is developed for a 2.2 liter turbocharged and direct-injection multicylinder compression ignition engine (CIE) as a feasibility demonstration of this proposed concept considering its potential application for development of zero-emission high-duty powerplants. In such circumstances, a mixed ionicelectronic conducting membrane is employed to generate O2 from air in-situ. For this purpose, exhaust gas wasted energy is recovered via a tailored Brayton cycle in order to provide suitable conditions for proper membrane operation in terms of temperature and feed-permeate pressure ratio. Also, an in-situ carbon capture system (CC), composed essentially of two reciprocating compressors, three cooling units with liquid separation (flashes) and a CO2 storage tank, is designed taking into account the flash out temperatures and operating pressure of the last CO2 purification step. Firstly, the oxy-fuel layout model with engine and its auxiliary components (heat exchangers and turbochargers) is designed and then assessed under oxyfuel combustion conditions for the engine full-load curve from 1250 rpm to 3500 rpm in the absence of the CC, contrasting its outputs against the baseline conventional multi-cylinder CIE behavior. Secondly, the oxy-fuel powerplant load operation map is extended until system stability limits by modifying oxygen-fuel ratio and exhaust gas temperature for three engine speeds. Finally, the CC is designed and then coupled to the O2 generation unit, recycling water and excess of O2 from CC back to engine intake. In this regard, start of injection and recirculated water mass flow are swept in order to find out optimum operating point concerning the trade-off between powerplant performance and additional cooling power at 3500 rpm. Thereafter, the complete oxy-fuel carbon-capture layout model is enhanced and adapted for realistic application at laboratory scale and experimental proof of concept, following same trade-off philosophy. Although the final oxyfuel carbon-capture engine layout presents slight deterioration in performance if compared to the baseline conventional multi-cylinder CIE at 3500 rpm, this proposed novel concept may be still energy-efficient competitive as an emerging technology which might contribute for conception of zero-emission powerplant on commercial industrial scale. / Farias Da Silva, VH. (2024). Study of oxy-fuel combustion-based power plants with in-situ O2 production and carbon capture [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207281