I det svenska samhället tillför diffusa och direkta föroreningskällor metaller till avloppsreningsverk, metaller som sedan hamnar i avloppsslam och recipient. Avloppsslam innehåller höga halter av växtnäringsämnen som bör återföras till jordbruksmark, men om detta ska ske får inte metallhalterna i slammet vara för höga. REVAQ är ett certifieringssystem vars syfte är att utveckla och systematisera avloppsreningsverkens uppströmsarbete och därmed möjliggöra en återföring av det växtnäringsrika slammet till jordbruksmark. Flera REVAQ-certifierade avloppsreningsverk prioriterar antimon, guld, kadmium, silver och vismut i uppströmsarbete på grund av att ackumulationshastigheten för dessa spårelement är hög i jordbruksmark som gödslas med avloppsreningsverkens slam. Source Finder (SoFi) är ett verktyg som kan användas vid uppströmsarbete för att kvantifiera identifierade källor till utsläpp av kadmium, koppar, krom, kvicksilver och zink. Syftet med examensarbetet var att vidareutveckla och anpassa verktyget SoFi till att göra beräkningar på spårelementen antimon, guld, silver och vismut samt att utveckla källan hushåll så att emissioner inom hushåll kartläggs för spårelementen och kadmium. Källor till spårelementen i avloppssystem identifierades genom litteratur och schablonvärden bestämdes för de källor det var möjligt. För att testa verktyget och kontrollera dess säkerhet utfördes en fallstudie över Käppalaverkets upptagningsområde samt en resultatkontroll. Resultaten visade att verktyget uppskattar mängden kadmium som inkommer till avloppsreningsverk bra och att inkommande mängder av antimon, silver och vismut underskattas stort. För antimon, silver och vismut var det inte möjligt att kvantifiera alla identifierade källor på grund av att kunskapen om emissioner av spårelementen är bristfällig. För guld kunde inga emissioner kvantifieras och därför beräknades inte spårelementet i verktyget. På grund av att alla stora källor inte har kvantifierats går det inte att avgöra huruvida identifieringen av källor har lyckats. Verktyget kan användas vid uppströmsarbete redan idag men genom att kvantifiera flera av de identifierade källorna kan verktyget göra större nytta och för att möjliggöra detta krävs nya studier. / Metals are transported to wastewater treatment plants (WWTPs) from diffuse and point sources in the Swedish society, these metals will end up in sewage sludge or receiving water. Sewage sludge contains a lot of plant nutrients, like phosphorus and nitrogen, which should be returned to arable land. But sludge also contains metals and if the metal content is too high the sewage sludge cannot be returned to the arable land. REVAQ is a certification system and the objective with it is to develop and systematize the WWTPs work to improve the wastewater and by that enable the return of plant nutrients to arable land. The accumulation rate of antimony, gold, cadmium, silver and bismuth are high in arable land fertilized by sewage sludge and because of that these trace elements are prioritized in WWTPs, certified by REVAQ, work to improve wastewater. Source Finder (SoFi) is a tool that can be used by the WWTPs to quantify emissions of cadmium, copper, chrome, mercury and zink from identified sources. The objectives of this master thesis were to develop and adapt the tool SoFi to estimate the trace elements antimony, gold, silver and bismuth and to develop the source household by survey the emissions of the trace elements and cadmium in it. Sources of the trace elements in the sewage system were identified by literature and emission coefficients were compiled for those sources that were possible. The new version of Source Finder was tested in the municipal WWTP Käppala and an estimation of the reasonableness of the results was made. The results showed that a good estimation of cadmium flow is made by the tool and that antimony, silver and bismuth flows are underestimated. It was not possible to determine emission coefficients for all identified sources to antimony, silver and bismuth because of the lack of knowledge about these trace elements. No emissions of gold could be quantified and the trace element was therefore not calculated by the tool. Since all identified sources have not been quantified it is not possible to determine whether all sources have been identified or not. The tool is ready to be used by the WWTPs in their work to improve the wastewater, though by quantifying further identified sources the tool will be of better use. To make that possible new studies have to be done. / Flödesanalys av spårelement från källa till slam

La thèse porte sur les propriétés thermodynamiques, de transport, de diffusion de rayonnement, et diélectriques des mélanges CO2-N2 contaminés par du cuivre, pour des températures de 300 - 30,000 K et des pressions 0.1 - 16 bar. Les motivations de ce travail ainsi qu'un état de l'art sur le remplacement du SF6 et l'influence des vapeurs métalliques dans de tels dispositifs sont présentés dans le chapitre 1. Le chapitre 2 étudie les compositions à l'équilibre calculées à partir de la méthode de minimisation de l'énergie libre de Gibbs, en considérant la présence de phases condensées dans le plasma. A partir de ces compositions, nous présentons les propriétés thermodynamiques comme la densité de masse, l'enthalpie et la chaleur spécifiques à pressions constante. Les corrections de Virial et Debye-Hückel sont prises en compte pour tenir compte de l'effet des ions et des hautes pressions. Dans le chapitre 3, les coefficients de transport (conductivité électrique, viscosité, et conductivité thermique) et les coefficients de diffusion combinés (coefficients de diffusion ordinaires combinés, ceux liés au champ électrique, aux gradients de pression et de température) sont calculés selon la théorie de Chapman-Enskog. Les intégrales de collision nécessaires au calcul de ces coefficients sont obtenues pour les interactions neutre-neutre et neutre-ion à partir d'un potentiel de Lennard-Jones modifié. Dans le chapitre 4, les coefficients d'émission nette (CEN) sont calculés en considérant le rayonnement des raies atomiques, du continuum atomique, des raies moléculaires et du continuum moléculaire. Les élargissements en pression des raies (élargissements de Van der Waals et de résonance), les élargissements Stark, et l'élargissement sont pris en compte dans la détermination d'un facteur de fuite qui permet de simplifier le calcul du coefficient d'émission des raies. Le rayonnement du continuum atomique tient compte de l'attachement radiatif, de la recombinaison radiative et du Bremsstrahlung. Dans le chapitre 5, les propriétés diélectriques de claquage (incluant la fonction de distribution d'énergie des EEDF), le coefficient réduit d'ionisation réduit, le coefficient réduit d'attachement électronique, le coefficient effectif réduit d'ionisation, et le champ critique réduit) du gaz chaud ont été calculés sur la base de l'approximation à deux termes de l'équation de Boltzmann. Les interactions, incluant les collisions élastiques, excitation, ionisation et attachement entre électrons et espèces neutres sont pris en compte dans la résolution de l'équation de Boltzmann. Les sections efficaces d'ionisation de Cu2 et CuO non disponibles dans la littérature ont été calcules selon la méthode DM. La conclusion des travaux et leurs perspectives sont présentés dans le chapitre. / Sulfur hexafluoride (SF6) is a greenhouse gas designated by the Kyoto Protocol because of its extremely high global warming potential (GWP). CO2, N2, and their mixtures have the potential to replace SF6 in certain applications, such as circuit breakers. In these electric apparatus, copper vapour resulting from the heating of electrodes can modify the characteristics of arc plasmas, which must be taken into account when setting up physical models. This dissertation, therefore, investigates the thermodynamic, transport, diffusion, radiation, and dielectric breakdown properties of CO2-N2 mixtures contaminated by copper at temperatures of 300 - 30,000 K and pressures of 0.1 - 16 bar. The equilibrium compositions are calculated using the minimization of Gibbs free energy with consideration of condensed species. Copper vapour is found to condense at temperatures below 3000 K. Based on the compositions, the thermodynamic properties, including mass density, specific enthalpy, and specific heat at constant enthalpy, are determined according to their definitions. The Debye-Hückel corrections are also considered in the calculation of compositions and thermodynamic properties. The transport coefficients (including electrical conductivity, viscosity, thermal conductivity) and combined diffusion coefficients (including the combined ordinary diffusion coefficient, combined electric field diffusion coefficient, combined temperature diffusion coefficient and combined pressure diffusion coefficient) are calculated based on the Chapman-Enskog theory. The newly developed Lennard-Jones like phenomenological model potential is adopted to describe the neutral-neutral and neutral-ion interactions in determining collision integrals. The net emission coefficients (NEC) of gas mixtures are calculated with considering atomic lines and continuum and molecular bands and continuum. The pressure broadening (Van der Waals broadening and the resonance broadening), Stark broadening, and Doppler broadening are taken into account in the determination of escape factors. The continuum radiation of atoms is described by radiative attachment, radiative recombination, and Bremsstrahlung. The dielectric breakdown properties (including EEDF, reduced ionization coefficient, reduced electron attachment coefficient, reduced effective ionization coefficient, and reduced critical electric field strength) of hot gas mixtures are calculated based on the two-term approximation of the Boltzmann equation. The interactions, including elastic, excitation, ionization and attachment collisions, between electrons and neutral species are taken into account in solving the Boltzmann equation. The ionization cross sections of Cu2 and CuO which are unavailable in literatures are calculated using the DM method. Compared with SF6-Cu mixtures, CO2-N2-Cu mixtures present much different thermophysical, radiation, and dielectric breakdown properties. As an arc quenching gas, CO2-N2-Cu mixtures have lower ??Cp and thermal conductivity at low temperatures but present higher ??Cp, thermal conductivity, and NEC in the medium temperature range. As an insulating medium, the hot CO2-N2-Cu mixtures have much poorer dielectric strength below 2000 K, whereas above 2000 K, they present better dielectric breakdown performance than SF6-Cu mixtures.

Hlavním cílem práce je studium radiačního přenosu energie v termálním plazmatu pomocí aproximační metody sférických harmonických funkcí (PN-aproximace). Práce má teoretický charakter. Pozornost je věnována především P1-aproximaci. Spektrální závislost absorpčních koeficientů byla zpracována pomocí multigroup aproximace. Byl vytvořen výpočetní program pro výpočet radiačních charakteristik v izotermickém válcovém plazmatu a ve válcovém plazmatu s daným teplotním profilem, a vypočteny radiační charakteristiky pro plazma vzduchu a směsí SF6 a PTFE. Získané výsledky umožňují zahrnout radiační ztráty energie do celkové energetické bilance plazmatu elektrického oblouku. Jsou využívány v matematických modelech elektrického oblouku, které vytváří naši spolupracovníci z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR v Praze a také ze zahraničních pracovišť (ABB Corporate Research ve Švýcarsku a Siemens AG Corporate Technology v Německu).