Att begränsa globala uppvärmningen till 1,5°C kommer kräva negativa koldioxidutsläpp. En metod för att generera negativa koldioxidutsläpp är så kallad Bio-Energy Carbon Capture and Storage (BECCS). En direkt implementering av BECCS är att fånga in CO2 från rökgas som genereras vid förbränning av biomassa i en så kallad post-combustion capture-konfigurering. Post-combustion BECCS har skapat en stor resonans hos kraftverksoperatörer och pappersproducenter. Stockholm Exergi, som ägs av Fortum och Stockholms Stad, siktar på att fånga in upp till 800 kt CO2 per år från deras biomass-eldade CHP-anläggning i Värtaverket vid 2024. Planen är att fånga in CO2 från rökgasen genom en absorptionsprocess och sedan skeppa det till Norge för geologisk förvaring. Mastersexamensarbetet följde en experimentskampanj driven av Stockholm Exergi som siktade på att uppnå experimentell validering av en absorptionsprocess för koldioxidinfångning från rökgas vid förbränning av biomassa. En testenhet konstruerades och tester genomfördes från december 2019 till maj 2020. Examensarbetet fokuserade på rollen absorptionsmedlet hade på infångningshastigheten. Tester med tre olika lösningsmedel genomfördes och de experimentella resultaten analyserades genom en kombination av jämviktsmodeller och Murphree-effektiviteter. Resultatet visar att ett absorptionsmedel baserat på vattenlöslig K2CO3 är kompatibel med rökgas från förbränning av biomassa, eftersom infångningshastigheter mellan 5 och 13 % uppmättes. De undersökta hastighetspromotorerna (3 vikt% H3BO3 + 1 vikt% V2O5) visade dock inte den förväntade effekten på infångningshastigheter, och på grund av tidsbegränsningar testades inte olika vikt% av promotorn under det här examensarbetet. Ingen tydlig slutsats drogs därför med hänsyn till promotorer. Baserat på Murphree-effektiviteterna som beräknats genom experimenten med konstant förhållande mellan vätske- och gasflöde uppskattas en 28–35 m hög kolonn fånga 90% av CO2 i rökgasen. / Limiting global warming to 1.5°C will require negative carbon emissions. One way for generating negative carbon emissions is through bio-energy carbon capture and storage (BECCS). A direct implementation of BECCS is to capture CO2 from the flue gas originating from the combustion of biomass in a post-combustion capture configuration. Post-combustion BECCS has generated considerable resonance among power plant operators and paper manufactures. Stockholm Exergi, owned by Fortum and Stockholm Stad, aims at capturing up to 800 kt CO2 per year from their biomass-fired CHP plant in Värtaverket by 2024. The plan foresees to capture CO2 from the flue gas utilizing an absorption process and shipment of the captured CO2 to Norway for geological storage. The Master thesis project followed an experimental campaign run by Stockholm Exergi that aimed at experimental validation of an absorption process for carbon capture from flue gas originating from the combustion of biomass. A test unit was constructed, and test trials were run from Dec. 2019 to May 2020. The thesis focused on the role of the absorption solvent on the capture rate. Test trails with three different solvents were conducted, and the experimental results were analyzed using equilibrium models combined with Murphree efficiencies. The results show that an absorption solvent based on aqueous K2CO3 is compatible with the flue gas derived from biomass combustion, i.e., capture rates ranging from 5 to 13 % were measured. However, the investigated rate promoters (3 wt.% H3BO3 + 1 wt.% V2O5) did not show the expected effect with regards to capture rates and due to time constrain different wt.% of the promoter were not tested within the scope of this thesis. Therefore, no firm conclusion was given with regards to promoters. Based on the Murphree efficiency calculated from the experiment with keeping a constant liquid to gas flow ratio, a column height of 28-35 m is estimated to capture 90% of CO2 from the flue gas.

Batterimodeller används för att representera batterier. För ändamål som batterihanteringssystem används idag främst empiriska modeller som representerar ett batteri med en motsvarande kretsmodell. Några nackdelar för dessa modeller ligger i dess oförmåga att simulera interna tillstånd och en tidskrävande parametriseringsprocess. Dessa nackdelar motiverar ingenjörer att vända sig till modeller som är baserade på fysiska lagar som ett alternativ eftersom de kan ge insikt i vad som händer inuti batteriet. Batterimodellerna som är baserade på de fysiska lagarna har alltför krävande beräkningar för att kunna användas för vissa applikationer, som batterihanteringssystem. Singel-partikelmodellen (SPM) är en fysikbaserad modell som används i detta avhandlingsprojekt. Syftet med projektet var att hitta en metod för att parametrisera SPM för nya kommersiella cylindriska HTPFR18650 1100mAh 3.2V litiumjärnfosfatceller. En litteraturundersökning och experiment användes för att extrahera parametervärdena. 17 parametrar valdes från litteraturundersökningen eftersom de kunde användas för att parametrisera modellen. Geometriska parametrar hittades genom en cellöppning. Tre typer av icke-destruktiva experiment som var inspirerade av litteraturen utfördes för att extrahera värden för de andra icke-geometriska parametrarna. Ett cykeltest med låg strömhastighet utfördes för att få en pseudo-OCV-kurva och för att extrahera kapacitetsrelaterade parametrarna. En känslighetsanalys genomfördes för galvanostatisk intermittent titreringsteknik testet (GITT) och pulstestet för de parametrar som var kopplade till transportoch kinetiska fenomen. Python matematisk batterimodellering (PyBaMM) användes för att simulera experimenten. Parametersamlingen Prada 2013 användes som standardvärden. Standardvärdena för de valda parametrarna ersattes av de värden som hittades genom experiment. Känslighetsanalysen visade att några av de valda parametrarna var känsliga för experimenten medan andra inte var det. Parametrarna extraherades genom fysiska relationer och genom att anpassa parametervärde för simuleringen så att den passar den experimentella datan under urladdningsförloppet. Värden för 14 av de 17 parametrarna extraherades i metoden. Den parametriserade modellen validerades mot två potentiella applikationer, en för ett batterielfordon och den andra för ett mild-hybridfordon. Den parametriserade modellen visade att den negativa partikelradien inte kan hittas med den föreslagna parametriseringsmetoden. Simuleringen visade sig också matchade den experimentella datan bättre under urladdning av cellerna jämfört till uppladdning. Flera förbättringar för framtida arbete har föreslagits, såsom att utvidgning av känslighetsanalysen, att erhålla OCV-kurvan från GITT istället för att använda pseudo-OCVkurvan, att använda strängare gränser vid kurvanpassningarna samt att skapa mer optimala tester för att extrahera parametervärdena. / Battery models are used to represent batteries. For purposes like battery management systems, empirical based models like the equivalent circuit models are widely used. These models have downsides regarding for example inability to simulate internal states and parametrization time that make engineers look at physics-based models as an alternative. The physics-based models are made up of physical relationships that offer insights into what is happening inside the battery. These are too computationally demanding to be used for certain applications, like battery managements systems. The Single Particle Model (SPM) is a physics-based model that is utilized in this thesis project. The aim of the project is to find a method to parametrize the SPM for fresh commercial cylindrical HTPFR18650 1100mAh 3.2V lithium iron phosphate cells. Literature survey and experiments were used to extract the parameter values. 17 parameters were selected from the literature survey since they could be used to parametrize the model. Geometrical parameters were found through a cell opening. Three types of nondestructive experiments inspired by literature were performed to extract values for the other non-geometric parameters. A low-rate cycling test was performed to get pseudo-OCV curve and to extract capacity related parameters. A sensitivity analysis is done for the GITT and the Pulse test for the parameters that were connected to the transport and kinetic phenomena. Python mathematical battery modelling (PyBaMM) was used to simulate the experiments. The Prada 2013 parameter set was be used as default values. The default values for the selected parameters were replaced by the values found through experiments. The sensitivity analysis showed that some of the selected parameters were sensitive while others were not. The parameters were extracted through physical relations and through curve fitting procedures during discharge. Values for 14 out of the 17 parameters were extracted in the method. The parametrized model was validated against two potential applications, one for a battery electric vehicle and the other for a mild hybrid. The parametrized model showed that the negative particle radius cannot be found through the proposed parametrization procedure. The simulation matched the experimental data better for discharging cells than charging cells. Several improvements for future work have been suggested such as extending the sensitivity analysis, obtaining the OCV-curve from GITT instead of low-rate cycling, having stricter bounds for the curve fitting as well as creating more optimal tests to extract the parameter values.

I takt med att städerna växer ökar belastningen på de kommunala avloppsreningsverken. Käppalaförbundet förutspår att antalet anslutna personekvivalenter till Käppalaverket kommer att öka med över 160 % under de kommande tre decennierna. En ökad belastning leder till en större mängd slam som måste behandlas. Detta görs idag med stabilisering genom mesofil rötning samt efterföljande avvattning och hygienisering. Samtidigt finns ett behov av hållbara energikällor i samhället, dit avloppsreningsverken bidrar genom tillhandahålla energirik biogas som biprodukt från rötningen.  Utrötningsgraden är beroende av slammets uppehållstid i rötkammaren och uppehållstiden kommer att bli kortare i takt med att belastningen ökar. Termofil rötning har identifierats som ett möjligt alternativ till inköp av ytterligare rötkammarvolym då metoden har rapporterats ge en snabbare stabilisering och därmed ett likvärdig resultat med kortare uppehållstid. Dessutom finns indikationer för att termofil rötning kan producera en större mängd biogas per enhet organiskt material i jämförelse med mesofil rötning. För att utreda huruvida Käppalaförbundet kan åtnjuta dessa fördelar har ett termofilt rötningsförsök bedrivits i pilotskala.  Pilotanläggningen bestod av en 5 m³ rötkammare som matades semikontinuerligt med 65 mass% primärslam och 35 mass% överskottsslam. Försöket inleddes med en temperaturövergång från en mesofil ymp till termofila betingelser, följt av att processen tilläts acklimatisera. Processen drevs därefter under tre uppehållstider med en längd på 18 dygn vardera. Samtliga driftparametrar härleddes i den mån det var möjligt från fullskalig slambehandling på Käppalaverket. De experimentella resultaten jämfördes med simuleringsresultat baserade på den matematiska modellen Anaerobic Digestion Model No. 1. Temperaturövergången och acklimatiseringen utfördes med framgång. Vid referensbelastningen var utrötningsgraden 54.4 % och den specifika metanproduktionen var 0.221 Nm3 CH4/kgVS, vilket var otillräckligt för att överträffa den mesofila, fullskaliga processen. Försöket indikerade att proteiner bryts ned lättare i en termofil process. Vidare observerades avtagande processtabilitet och försämrade avvattningsegenskaper hos rötresten. / As cities grow, the load on the municipal wastewater treatment plants increases. The Käppala Association predicts that the number of population equivalents connected to the Käppala Wastewater Treatment Plant will increase by over 160 % in the coming three decades. An increased load leads to a larger amount of sludge that must be treated. This is done today with stabilization through mesophilic anaerobic digestion and subsequent dewatering and hygienization. At the same time, there is a need for sustainable energy sources in society, to which wastewater treatment plants contribute by providing energy-rich biogas as a by-product from the anaerobic digestion. The degree of digestion is dependent on the retention time of the sludge in the digester and the retention time will become shorter as the load increases. Thermophilic anaerobic digestion has been identified as a possible alternative to the investment of additional digester volume as the method has been reported to provide a faster stabilization and thus an equivalent result with a shorter retention time. In addition, there are indications that thermophilic anaerobic digestion is able to produce a larger amount of biogas per unit of organic material in comparison with mesophilic anaerobic digestion. To evaluate whether the Käppala Association can enjoy these benefits, a thermophilic anaerobic digestion experiment has been conducted on a pilot scale. The pilot plant included a 5 m³ digester which was fed semi-continuously with 65 mass% primary sludge and 35 mass% waste activated sludge. The experiment began with a temperature transition from a mesophilic inoculum to thermophilic conditions, followed by allowing the process to acclimatize. The process was operated thereafter for three retention times with a length of 18 days each. All process parameters were derived as far as possible from the full-scale sludge treatment at Käppala Wastewater Treatment Plant. The experimental results were compared with simulation results based on the mathematical model Anaerobic Digestion Model No. 1. The temperature transition and acclimatization was performed successfully. At reference load, the degree of digestion was 54.4 % and specific methane production was 0.221 Nm3 CH4/kgVS, which was not enough to overcome the mesophilic full-scale process. Indications pointed towards proteins being more easily digested in a thermophilic process. Furthermore, deteriorating process stability and dewaterability of the digestate was observed.

Background: Joint injuries are a complex matter. Due to the low blood flow to the tendons and ligaments, they take months or even years to heal; some fail to heal. This can be devastating for the elite athlete as well as for the labour worker or everyday person. Today, the devices that can detect an upcoming inflammation or injury, cost 15 000 US dollars and more. A cheaper technology would increase the access. This project is investigating the possibility to detect an upcoming inflammation through measuring the local skin temperature. Method: A model of an arm was built in Comsol Multiphysics, where a tennis elbow (lateral epicondylitis) was simulated through local temperature increase. Clinical tests were pursued on two healthy subjects, in order to gain knowledge on how the skin temperature behaves on healthy subjects. Results: At an internal temperature increase in the LE of 0.25 K, a temperature difference on the skin of 0.18 K was detected in the model. The clinical tests on healthy subjects indicated a correlation between the temperatures on and around the elbow joint. Discussion: The model results does not include any error sources, such as deviation in room temperature and factors affecting the subject´s body temperature, such as time of day, eating and exercising routines. The clinical tests show a pattern of the temperature distribution on and around the elbow joint, in healthy subjects. The fact that a pattern is present, is a presumption enabling to find deviations, caused by upcoming inflammation. Conclusion: The model is indicating that a local temperature increase in the LE is detectable at the skin surface. The clinical test indicates that the noise in the temperature data of a healthy person, is small enough to enable to detect a local temperature deviation. At a local skin temperature increase of more than 0.5 K, the results are indicating that the deviation is detectable. Analysing the model data, 0.5 K in skin temperature increase would mean a local temperature increase at the LE of approximately 0.7 K. This is before the stage of inflammation according to literature, which occurs at an increase of 1.5 to 2.2 K. Further studies would be interesting to make, in purpose of developing an affordable device that can detect if an inflammation is about to occur, and thereby enable the subject to stop the course. A prototype should be developed in order to make tests on more subjects. The equine industry is also a target group – the prototype may therefore be developed to fit both humans and horses. / Bakgrund: Ledskador är komplicerade. På grund av det låga blodflödet till senor och ligament, tar de månader eller år att läka; visa skador läker aldrig helt. Det här kan vara förödande för såväl elitatleter som arbetande och gemene man. Tekniker idag som kan detektera uppkommande inflammation eller skada, kostar 15 000 US dollar och mer. En billigare teknik skulle ha en större tillgänglighet. Det här projektet undersöker möjligheten att detektera en uppkommande inflammation genom att mäta den lokala skintemperaturen. Metod: En modell av en arm byggdes i Comsol Multiphysics, där en tennisarmbåge (lateral epikondylit) simulerades genom en lokal temperaturökning. Kliniska tester utfördes på två friska subjekt, för att skapa en bil av hur skintemperaturen varierar på friska personer. Resultat: Vid en inner temperaturökning om 0,25 K i LE, uppmättes en temperaturökning på huden om 0,18 K i modellen. De kliniska testerna på friska subjekt indikerade att en korrelation finns mellan temperaturerna på och runt armbågsleden. Diskussion: Resultat från modellen saknar felkällor, som exempelvis variation av rumstemperatur och andra faktorer som påverkar subjektets kroppstemperatur, som tid på dagen, mat- och träningsrutiner.De kliniska testerna uppvisar ett mönster av temperaturdistributionen hos friska subjekt på och runt armbågsleden. Att ett mönster finns, banar väg för att hitta avvikelser, som orsakas av uppkommande inflammation. Slutsats: Modellen indikerar att en lokal temperaturökning i LE är mätbar på huden. Det kliniska testet indikerar att bruset i temperaturdistributionen hos ett friskt subjekt, är litet nog för att möjliggöra detektion av en lokal temperaturavvikelse. Vid en lokal ökning av hudtemperatur med mer än 0,5 K, indikerar resultaten att avvikelsen är detekterbar. Vid analys av modellresultaten, innebär 0,5 K hudtemperatursökning en temperaturökningi LE om ungefär 0,7 K. Det är innan inflammation har brutit ut, som sker vid en ökning om 1,5 till 2,2 K. Vidare studier är intresssant att göra, i ändamål att utveckla en prisvärd produkt som kan detektera om en inflammation är på väg, och därigenom göra det möjligt för subjektet att stoppa förloppet. En prototyp behöver utvecklas för att kunna utföra tester på fler subjekt. Utöver människor, är hästindustrin en målgrupp – prototypen bör därför utvecklas för att passa båda grupperna.

The technical feasibility of gasoline and diesel range hydrocarbons production through oligomerisation of olefins, starting from biomass with the intermediary steps of gasfication, water-gas shift reaction and syngas-to-olefins synthesis was investigated, through mathematical modelling and simulation on Matlab. The model for the gasifier was based on minimisation of Gibbs free energy and its results showed that higher carbon efficiencies could be achieved at lower pressures and steam inlet, and more inlet energy, by pre-heating the gasifying agents. The water-gas shift reactor was used to increase the ratio of hydrogen to carbon monoxide from the gasifier, before entering the syngas-to-olefins process. A 1-D model was employed to determine the concentration, temperature, and pressure profiles in the reactor. High inlet pressure and temperature were shown to be beneficial, by requiring smaller reactors for the desired ratios to be reached. Experimental data from scientific literature was used for empirical modelling of the Fischer-Tropsch reactor. Partial pressure of CO and H2 amounting to 1 bar, high temperature and H2/CO showed better production of the low olefins. A reaction mechanism and accordingly, rate equations were developed and employed in a plug-flow type reactor model, calculating the concentration profile of the olefins up to C20. High pressures were favourable for the production of heavier fractions, while elevated temperatures showed to cause more cracking of heavy hydrocarbons and consequently, less conversion. Based on the results of individual reactors, an integrated process flow diagram was suggested and optimised for maximum production of low olefins to the oligomerisation reactor (C2-4). The optimisation showed overall carbon efficiency of the process to be around 20%. The reason for this was associated with the choice of catalyst in the FTO process, due to its high selectivity to carbon dioxide. / Den tekniska genomförbarheten av bensin- och dieselproduktion genom oligomerisering av olefiner, från biomassa via förgasning, vatten-gasförskiftsreaktion och syngas-till-olefiner syntes undersöktes genom matematisk modellering och simulering på Matlab. Förgasningsmodellen baserades sig på Gibbs energi minimisering. Ju mindre förgasningstryck desto högre uppnås koleffektivitet. Vatten-gasskift reaktorn användas för att anpassa väte/kolmonoxid förhållande från förgasningsreaktorn till syngas till olefiner rektorn. En 1-D modell utvecklades och beräknade reaktorns koncentrationer, temperatur och tryckprofiler. Högre inlopps tryck och temperaturer leder till mindre reaktorer.   Experimentella data från vetenskaplig litteratur användes för att modellara Fischer-Tropsch reaktorn (syngas till olefiner). Partialt tryck av CO och H2 lika med 1 bar, hög temperatur och H2 / CO visade högre produktion av lätta olefiner. En reaktionsmekanism och följaktligen hastighetsekvationer utvecklades för oligomerisering och användades i en pluggflödesreaktor. Modellen beräknade koncentrationer profiler av olefiiner upp till C20.Högre tryck producerar tyngre fraktioner (diesel) medan högra temperaturer främjar krakning. Baserat på resultaten från enskilda reaktorer föreslogs ett integrerat processflödesdiagram och optimerades för maximal produktion av låga olefiner till oligomeriseringsreaktorn (C2-4). Optimeringen visade att den totala koleffektiviteten i processen var cirka 20%. Anledningen till detta var förknippat med valet av katalysator i FTO-processen på grund av dess höga selektivitet för koldioxid.

This project focuses on experimentally characterizing one of the tools used at Ericsson AB to test product performance, the climatic chamber. By conducting experiments inside the climate chamber and post processing the data obtained, the airflow inside it can be understood and compared to outdoor experimental data. One of the main sections of this work is to prove the hypothesis: The energy potential of the wind outdoors is greater than indoors, which is shown to be true when comparing values for the integral length scales of the flow, at the same mean wind speed. The second main part of this project is to obtain valuable experimental input that will serve to construct a virtual model of the climate chamber. With the conclusions drawn from the experiments, which involve heat transfer, boundary conditions for the numerical model can be established. / Det här projektet fokuserar på att experimentellt karakterisera ett av verktygen som används i Ericsson AB för att testa produktprestanda - klimatkammaren. Genom att utföra experiment inuti klimatkammaren och efterbehandla de erhållna data, kan man få en förståelse för luftflödet inuti kammaren och jämföra resultat med experimentella data från utomhus. Ett av delmomenten i detta arbete bevisar hypotesen: 'Vindens energipotential är större än inomhus', vilket visar sig vara sant när man jämför värden för flödets integrala längdskalor, med samma medelvärde i vindhastighet. Den andra etappen av detta projekt är att erhålla en värdefull experimentell vägledning som kommer att tjäna till att konstruera en virtuell modell av klimatkammaren. Med slutsatserna från experimenten, som innefattar värmeöverföring, kan gränsvillkor för den numeriska modellen fastställas.

Power outages, electric-grid deficiencies and renewable energies are all examples where stationary energy storages are useful. In this master thesis, two types of stationary electrochemical energy storages are examined; vent-regulated lead-acid batteries (VRLA) and lithium iron phosphate batteries (LFP), to find out the more beneficial one in stationary uses. The techniques are examined for a large range of electric-grid services in a techno-economical investigation. The cost per delivered kWh of the energy storage is the basis of comparison which is calculated using battery degradation data with respect to C-rate, SoC, DoD, temperature, storage time and cycle frequency to estimate calendar and cyclic aging. Modelling presents neither alternative as superior although LFP is the more versatile alternative. VRLA-batteries can be a more cost-beneficial alternative for applications demanding less than 1 cycle/day, at temperatures lower than 30C, short project lifetimes and when utilizing storages beyond 80% EoL. The investment cost is lower for VRLA at equal C-rates. Cost items neglected will decrease the chances of VRLA being the cheapest technique. From a sustainability point of view, LFP is under almost all circumstances the less energy and CO2-intense technology, however recyclability is in clear favor for VRLA. / Strömavbrott, underdimensionerade elnät och förnybar energi är tre exempel där ett stationärt energilager kan tillämpas. I den här masteruppsatsen undersöks två typer av stationära elektrokemiska energilager; ventilreglerade bly-syra-batterier och litium-järnfosfat-batterier (LFP), för att finna det mer fördelaktiga alternativet i stationära applikationer. De två teknikerna analyseras i ett stort antal elnätsapplikationer i en tekno-ekonomisk studie. Kostnaden per levererad kWh av energilagret används som jämförelsebas vilken beräknas utifrån batteridegraderingsdata med avseende på C-rate, SoC, DoD, temperatur, lagringstid och cykelfrekvens för att estimera kalender- och cyklisk åldring. Modellering visar att inget av batterialternativen är överlägset i alla situationer men LFP är det mångsidigare alternativet. Bly-syra-batterier kan vara mer kostnadseffektiva för applikationer som kräver mindre än 1 (full-ekvivalent) cykel/dag vid temperaturer lägre än 30C, korta projektlivstider samt när batterilagren används bortom 80% EoL. Investeringskostnaden är lägre för bly-syra-batterier när likadan C-rate appliceras. Negligerade kostnadsposter kommer minska chanserna att bly-syra-batterier är det billigaste alternativet. Från ett hållbarhetsperspektiv är LFP nästan uteslutande den mindre energikrävande och mindre CO2-intensiva tekniken. Bly-syra-batterier har dock en klar fördel när det kommer till återvinningsbarhet.

Ökade utsläpp av växthusgaser är ett stort problem idag för den pågående klimatförändringen. Lustgas (N2O) är en mycket potent växthusgas och är relaterad till kväverening vid rening av avloppsvatten. I februari 2014 ansattes en separat rejektvattenreningsprocess på Bromma reningsverk som använder ANITA™Mox med anammox bakterier som reningsteknik. Denna masteruppsats undersöker samband och korrelationer mellan kväverening och N2O utsläpp i rejektvattenreningen på Bromma reningsverk, men syftet att presentera hur Stockholm Vatten och Avfall AB kan minska sina lustgasutsläpp. En manuell profilmätning genomfördes även för att utvärdera hur processen fungerade. Fyra olika scenarion testades under åtta veckor: intermittent luftning med olika fördelning mellan luftning och icke-luftning, olika löst syrekoncentrationer, ändringar i ammoniumbelastningen samt seriekörning av processen. Den manuella profilmätningen mätte pH, konduktivitet, löst syre, nitrit- och ammoniumkoncentrationen. Dessa mätningar togs i sju olika punkter, inkluderat rejektet direkt från centrifugerna och utgående rejekt. Resultaten påvisade att vid intermittent luftning gavs de högsta utsläppen vid 60 minuter luftning och 7,5 minuter paus (1,46% N2O-N/inkommande N-tot). Lägsta utsläppen var vid samma luftningstid men 15 minuter paus (0,44% N2O-N/inkommande N-tot).  Både höga och låga koncentrationer av löst syre gav ökade utsläpp. Med de högsta utsläppen vid 0,77 mg/L (0,88% N2O-N/inkommande N-tot ) och lägsta vid 0,34 mg/L (0,07% N2O-N/inkommande N-tot ). Ändringen av ammoniumbelastning (1,5 högre belastning) hav ingen signifikant skillnad gällande utsläpp, med utsläpp på 0,42–0,90% N2O-N/inkommande N-tot. Seriekörning av processen resulterade i driftproblem med höga ammoniumhalter, med utsläpp på 0,90-1,47% N2O-N/inkommande N-tot. Profilmätningarna visade på att processen är stabil och välutvecklad för att rena rejektet på kväve. Uppsatsen kan ge slutsatsen att rejektvattenreningsprocessen är komplex med många parametrar som påverkar varandra och N2O utsläppen. En ingående och bred förståelse om vad som påverkar utsläppen av lustgas är viktigt för att förstå hur utsläppen ska minskas. En positiv linjär korrelation mellan halten nitrit i processen och lustgasutsläpp kan verifieras, samt påverkan av ökade utsläpp vid både för låga och höga koncentrationer syre. Från profilmätningarna kan slutsatsen dras att det är viktigt att rengöra onlineinstrumenten regelbundet. / Greenhouse gas emissions, particularly nitrous oxide (N2O), are a significant environmental challenge linked to biological nitrogen removal in wastewater treatment. Bromma Wastewater Treatment Plant (WWTP) implemented a separate reject water treatment process in February 2017 using ANTIA™Mox with anammox bacteria. This Master's thesis investigates the relationship and correlations between nitrogen removal and N2O production in this process, aiming to assist Stockholm Vatten och Avfall AB in reducing emissions. A manual profile measurement was conducted to investigate the ongoing process. Over eight weeks, four operating strategies were tested: intermittent aeration with varying ratios between aeration and non-aeration, different dissolved oxygen (DO) concentrations, changes in ammonium load, and series configuration. Manual profile measurements of pH, conductivity, DO, nitrite, and ammonium were taken at seven points in the treatment process, including the supernatant and discharged reject. Findings indicate that intermittent aeration, particularly 60 minutes of aeration followed by a 7.5-minute pause, produced the highest N2O emissions (1.46% N2O-N/Influent N-tot load). The lowest emissions (0.44% N2O-N/Influent N-tot load) occurred with a 15-minute pause. The lowest emission (0.07% N2O-N/Influent N-tot load) was detected at 0.34 mg/L, and high DO concentrations (0.77 mg/L) had the highest emissions (0.88% N2O-N/Influent N-tot load). Variations in ammonium load (1.5 times higher) did not significantly affect emissions, averaging 0.42-0.90% N2O-N/Influent N-tot load. The series configuration faced operational challenges with elevated ammonium levels, leading to emissions of 0.90-1.47% N2O-N/Influent N-tot load. Profile measurements confirmed a stable nitrogen removal process. The study concludes that N2O emissions in reject water treatment are complex and influenced by multiple factors. A positive linear correlation was identified between nitrite concentration and N2O emissions, alongside the impact of not having too-low or too-high DO levels, which results in elevated. Regular maintenance of oxygen sensors is crucial for accurate measurements and effective N2O mitigation.

Vatten är en av de viktigaste resurserna för mänskligheten eftersom det är en nödvändighet för överlevnad men också en viktig faktor inom många industrier. Utöver detta är vattenförorening ett globalt problem som påverkar både miljön och människors hälsa. Många länder runt om i världen saknar fortfarande en hållbar vattenhantering inom många sektorer, varav en viktig är energiproduktionssektorn. Detta problem hotar inte bara mål 6: rent vatten och sanitet för alla, utan även fler av FNs globala mål. Händelöverket är ett stort kraftvärmeverk som har levererat fjärrvärme till Norrköping sedan 1982. Sedan dess har anläggningen utökats från två till fem pannor. För att säkerställa en kontinuerlig tillförsel av bränsle har bränslelagret utökats och är nu fyllt med bränslen som exempelvis träflis, gummi, återvunnet trä, kol och avfall. En ökad produktionskapacitet har även lett till en ökad mängd dag- och processvatten som måste behandlas. Ursprungligen byggdes en sedimenteringsbassäng för att behandla avloppsvatten från de två första pannorna. Idag används samma bassäng för att behandla allt dagvatten och processvatten från hela Händelöverkets område tillsammans med två efterföljande sandfilter. Syftet med denna studie var att undersöka möjliga förbättringar av vattenreningen av dagvatten och processvatten vid Händelöverket. Studien begränsades till att fokusera på två vattenströmmar, en som består av dagvatten från bränslelagret och en annan som är ansluten till den strömmen och samlar upp avrinningsvatten från avfallet i bunkern. Dessutom karakteriserades dessa avfallsströmmar med avseende på koncentration av metaller, kemisk syreförbrukning, biologisk syreförbrukning (7 dagar), suspenderade partiklar och pH. Baserat på resultaten presenterades tre olika förbättringsalternativ. Från Case 1 drogs slutsatsen att återcirkulering av avrinningsvatten från avfallet tillbaka in i bunkern var ett enkelt och ekonomiskt genomförbart alternativ. Dessutom skulle det resultera i en vattenhantering som är bättre anpassat till slutsatserna i Best Available Technology presenterat av Europeiska unionen. Dessutom skulle Case 1 inte heller påverka pannornas effektivitet väsentligt. Case 2 föreslog en förändring i hanteringsplanen för hanteringen av släckvatten om en brand skulle uppstå på bränsleytan eller i avfallet i bunkern. Från Case 2 drogs slutsatsen att denna plan bör förbättras genom att införa ytterligare bestämmelser om att leda släckvatten till den befintliga bergrumsvattenreningen som applicerar fällnings- och flockningsteknik. Slutligen fokuserade Case 3 på förbättringar som skulle kunna göras för att öka effektiviteten av behandling av zink, koppar, nickel och bly. Från dessa case drogs slutsatsen att implementering av en polymerblandare samt att flytta doseringsplatsen längre upp i sedimenteringssbassängen skulle vara det mest lämpliga första steget. Dessutom rekommenderades det också att installera ett fällningssteg före polymerdoseringen för att fälla ut metaller som fortfarande är i lösning och därmed öka renlighetsgraden ytterligare i processen. / Water is one of the most important resources for humanity as it is a necessity for survival but also an important factor within many industries. In addition to this, water pollution is a global concern affecting both the environment and human health. Many countries around the world still lack a sustainable water management within many sectors whereas one important one is energy production. This problem threatens not only goal 6: clean water and sanitation, but also many other of the sustainable development goals presented by the united nations development programme.  Händelöverket is a large combined heat and power plant supplying the city of Norrköping with district heating since 1982. Since then the plant has expanded from two to five boilers in operation. Additionally, to have a continuous supply of fuel, the storage area has been increased and is now filled with fuels like wood chips, rubber tires, recycled wood, coal and waste. An expanding production site has naturally led to an increased amount of storm- and process water that has to be treated. Originally a sedimentation was built to only treat waste water from two boilers. Today the same basin is used to treat all storm and process water from the entire site of Händelöverket together with the following sand filters.  The scope of this study was to investigate potential improvements of the waste water treatment of the storm- and process water treatment at Händelöverket. This study focused on two waste water streams: one consisting of storm water from the fuel yard, and stream another connected to it, which collects waste leachate water. Furthermore these waste flows were characterized in terms of metal concentration, chemical oxygen demand, biological oxygen demand, total suspended solids and pH. Based on the results, three different cases of improvements were presented. Case 1 concluded that recirculating of the waste leachate water back onto the waste material was a simple and economically feasible option. Furthermore it would result in a waste water management more aligned with Best available technology regulation presented by the European Union. Additionally it would not significantly effect the efficiency of the boilers. Case 2 proposed a change in the management plan for handling extinguishing water if a fire would occur on the fuel yard or within the waste material of the bunker. It was concluded that this plan should be improved to send water of similar quality to the other existing waste water treatment plant working with a coagulation and flocculation technique. Lastly Case 3 focused on improvements that could be made to the existing storm and process wastewater treatment process that could enhance the efficiency of treating zinc, copper, nickel and lead. It was concluded that implementing a polymer mixing tank and moving the dosing locationfurther up the sedimentation basin would be the most important first step. Furthermore it was also recommended to install a precipitation step before the polymer dosing to precipitate metals that are still in solution. By doing this the degree of purification will be increased further for the storm- and process water treatment.

Concrete, one of the world’s most important building materials is formed when cement is mixed with aggregates and reacts with water. The reaction is called hydration. Production of cement involves conversion of limestone and clay minerals into cement clinker in a kiln at high temperatures. The process requires high amounts of energy and causes substantial carbon emissions due to calcination of limestone and combustion of fuels, and the need for carbon neutral clinker products have never been greater. Heidelberg Materials Cement Sverige AB has multiple ongoing projects to reduce the carbon footprint of their clinker products. In essence, this is made possible by diluting the clinker with supplementary cementitious materials (SCM), electrification of the kiln, and carbon capture and storage (CCS). During tests of such applications in pilot and industrial scales it is necessary to evaluate the cement clinker manufactured for its ability to act as a binder in concrete. Such properties are collectively termed hydraulic reactivity and depend on the rate and extent to which the anhydrous components (alite, belite, aluminate, ferrite) in the cement react with water to form structural strength. The primary hydration products are Calcium-silicate-hydrate (C-S-H) and portlandite (CH). Due to lack of routines for clinker reactivity testing, especially for small batches, new methods and guidelines for reactivity tests has become highly sought after. Therefore, this work has aimed to develop a method for laboratory grinding of clinkers and then to study their hydration reactions by isothermal conductive calorimetry (ICC), Rietveld refinement quantitative x-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA). The goal of the work has been to provide a grinding method for laboratory cement preparation and a protocol for clinker reactivity evaluation. A fundamental requirement has been that the results of the methods must be comparable with Heidelberg Materials’ conventional standard methods. The work was initiated with a literature review on cement clinker manufacture, its hydration kinetics and reactivity tests. Industrial reference clinkers were used to develop the grinding method, and finally, reactivity tests with ICC, XRD and TGA were conducted on multiple clinkers of different origins. The grinding method developed in this work gave a fineness resembling the conventional grinding method but slightly coarser. Consequently, the heats measured in ICC for the clinkers studied were also comparable to previous analyses by conventional methods. This was a direct result of the reactivity being dependent on the specific surface area of the cement particles. Thanks to this, the newly developed grinding method and reactivity test by ICC may be incorporated into Heidelberg Materials standard methods. Hydrates formation and clinker mineral consumption were studied in XRD and TGA. The two techniques were used as cross-validation of one another. In summary, these yielded more in-depth information about the hydration of cements than provided by ICC and gave insights into what minerals and reactions were responsible for each clinker’s reactivity. However, the XRD and TGA results contained significant errors at some times, and further development is necessary before using them as part of a standard routine. This was mainly due to errors tied to sample preparation. Some necessary improvements are better Rietveld refinement, prevention of XRD sample carbonation, and addition of a separate ettringite analysis in TGA. Despite this, the methods show great promise, as highly correlating results were reached between methods when the sources of error were managed. For future work, it is suggested that the protocol is expanded and applied to also evaluate SCM’s. / Betong är ett av världens viktigaste byggmaterial och bildas när cement blandat med aggregat reagerar med vatten. Reaktionen kallas hydratation. Cement i sin tur tillverkas genom omvandling av kalksten och lermineraler till cementklinker vid hög temperatur i en roterugn. Denna process är mycket energikrävande och genererar stora koldioxidutsläpp från råmaterialen och bränslet. Till följd av detta har ett starkt och omedelbart behov av klimatvänliga klinkerprodukter uppstått. Heidelberg Materials Cement Sverige AB arbetar ständigt med att hitta nya lösningar till produktionen för att minska dess klimatavtryck. En viktig del i denna minskning är att späda ut klinkern med alternativa bindemedel (SCM), elektrifiering av bränningsprocessen och uppfångning samt lagring av koldioxid (CCS). Förändringar i den industriella processen förändrar dock klinkern vilket kan påverka cementets förmåga att agera som bindemedel i betong. Dessa egenskaper kallas kollektivt för hydraulisk reaktivitet, och beror på både hastigheten och i vilken utsträckning klinkermineralerna alit, belit, aluminat och ferrit hydratatiseras för att bilda calcium-silikat-hydrat (C-S-H) och portlandit (CH) och på så vis skapa tryckhållfasthet. I och med försök på industriell- och pilotnivå har det blivit önskvärt att kunna utvärdera reaktiviteten hos klinker. Eftersom det idag delvis fattas rutiner för detta, så har detta arbete syftat till att utveckla en metod för laboratoriemalning av klinker i små batcher, samt att studera hydratationen av den malda klinkern med isotermisk konduktions kalorimetri (ICC), kvantitativ röntgendiffraktion med Rietveld metoden (XRD) och termogravimetrisk analys (TGA). Projektets mål har varit att färdigställa en sådan malningsmetod och att förse företaget med ett protokoll för utvärdering av reaktiviteten. Ett grundläggande krav för de utvecklade metoderna är att deras resultat ska vara jämförbara med Heidelberg Materials konventionella standardmetoder. Arbetet sjösattes med en litteraturstudie på ämnet klinkerproduktion, cementhydratation och reaktivitetstester av cement och alternativa bindemedel. Därefter utvecklades malningsmetoden med hjälp av industriell referensklinker. Slutligen testades dessa och ett antal andra klinkers, både framställda i laboratorieugn och industriellt, för reaktivitet med ICC, XRD och TGA. Malningsmetodens resultat blev något grövre, men ändå i hög grad jämförbart med dagens konventionella metod. Denna skillnad är dock liten och förutsägbar. Därför blev också uppmätt värme i ICC jämförbart med tidigare värden från den konventionella metoden. På grund av den något grövre malningen, vilket leder till mindre reaktionsyta för cementet-vatten-fasen, så blev värmeutvecklingen i ICC alltid något lägre jämfört med den konventionella metoden, dock aldrig utanför gränserna för vad standardmetodens reproducerbarhet är. Tack vare detta dras slutsatsen att protokollet kommer vara relevant och lämpligt för introduktion i industrin. Cementens reaktivitet studerades också i högre detalj med hjälp av TGA och XRD, vilka användes för extern validering av varandra. Medan dessa metoder ger viktig information om varje enskild fas i den åldrande pastan, så är slutsatsen att de är i fortsatt behov av utveckling. Detta har mest att göra med provberedningen. Nödvändiga förbättringar är bättre Rietveld kvantifiering med fler prover och försiktigare provberedning för att förhindra karbonatisering av cementpastorna. TGA metoden kan enkelt förbättras och uppnå avsevärt bättre resultat endast genom införandet av en separat analys av ettringit. Trots detta så visar de två metoderna hög korrelation mellan varandra då provberedningen fungerat som avsett, vilket är lovande och innebär att man med dessa enkla förslag kan skapa en metod som ger information om ett cements reaktivitet i mycket högre detalj än vad som är möjligt med dagens standardmetoder. Som förslag till framtida arbeten ges att protokollet bör utökas till att även bedöma prestandan av alternativa bindemedel vid spädning av klinker. / Cemzero