In this study, flue gas emissions and combustion efficiencies during combustion and co-combustion of olive cake and coal are investigated in a bubbling fluidized bed with an inside diameter of 102 mm and a height of 900 mm and 1900 mm. Tun&ccedil / bilek lignite coal and Edremit olive cake were used in the experiments as fuels. Temperature distributions along the combustion column were continuously measured. Flue gas concentrations of O2, CO, SO2 and NOx were measured during combustion experiments. Four sets of experiments were performed in order to examine the effect of fuel composition, excess air ratio, freeboard extension and limestone addition on flue gas emissions and combustion efficiency. The olive cake addition to coal were 25, 50, 75 % by wt. The bed temperature on the average was 850 oC. The results of the experiments showed that coal combustion occurs at lower parts of the combustion column whereas olive cake combustion takes place more in the freeboard region. As olive cake percentage in the fuel mixture increased, CO emissions increased, SO2 and NOx emissions decreased. The reason for the decrease of NOx emissions with increasing percentage of olive cake in the fuel mixture was due to a reducing atmosphere created in the combustion column. Mostly combustion losses resulted mainly from the unburnt carbon in the fly ash. With the freeboard extension, noticeable decrease in CO emissions and slight increase in combustion efficiencies were observed. Among the limestones tested, &Ccedil / an limestone gave the best result with Ca/S = 3 at an optimum bed temperature of 850 oC. The SO2 reduction was 87% at this Ca/S ratio. For co-combustion experiments, it was observed that SO2 adsorption efficiency of limestone increased with the addition of olive cake to the fuel mixture.

One major aspect of environmental pollution affecting human life and climate is air pollution. The harmful pollutants in the air include mostly hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides as well as soot and other particulate matter. These pollutants result in several damaging effects on environment and living beings which include acid rain, photochemical smog, global warming and various health hazards in human beings even cancer. Major contribution of these pollutants is from man-made sources such as industrial and automotive emissions that employ fossil fuels. In our country, diesel constitutes more than 40% of the fossil fuel consumption. Studies show that diesel engine emissions contribute to 80% of nitrogen oxides amongst other air pollutants. In the context of stringent emission regulations being implemented all over the world, exhaust emission control, in general and nitrogen oxide emission in particular, is gaining significant importance. A review of recent literature indicates the significance and popularity of electrical discharge based non thermal plasma for exhaust cleaning applications in general, and NOx cleaning in particular. While the existing pre-combustion and catalyst based post-combustion nitrogen oxides (NOx) abatement techniques have inherent disadvantages owing to short shelf life, saturated engine modifications, cost concerns etc., the electrical discharge based non- thermal plasma techniques offer certain advantages in terms of cost and life factors. Several non-thermal plasma techniques viz., pulsed plasma, surface plasma, dielectric barrier discharge plasma etc., have been studied under different laboratory conditions. Interestingly, due to the high oxidizing environment that prevails in the discharge plasma zone, complete reduction of NOx by the plasma alone is becoming a challenging task. This has led the researchers to utilize additional processing techniques in cascade with discharge plasma. This additional gas cleaning technique may involve the use of adsorbents, catalysts or some other secondary treatment for eliminating the nitrogen oxides produced due to oxidizing reactions in the plasma chamber. One such additive can be an adsorbent, which can be commercially obtained or prepared from industrial wastes. In this thesis the adsorption properties of two industrial wastes were explored for the first time in conjunction with discharge plasma. The synergistic effect of plasma combined with an adsorbent shows promising results in NOx removal thus offering an effective solution to two environmental issues namely air pollution and open waste dumping. While the plasma, generally, refers to direct plasma treatment of exhaust, it can also be used for generation of ozone in a separate reactor which can subsequently be injected into the exhaust stream resulting in indirect plasma treatment. The current work focuses on both direct and indirect dielectric barrier discharge plasma treatment for NOx reduction in diesel engine exhaust cascaded with either oyster shells, a mariculture waste or lignite ash from lignite coal fired plant. Instead of conventional petro-diesel, biodiesel produced from the seeds of pongamia pinnata is used as the fuel. This biofuel, on one hand, causes considerable reduction in volatile organic compounds, particulate matter, soot, oil mist etc., but on the other hand may have higher concentrations of nitrogen oxides, an aspect that has motivated us to take up the research work envisaged in this thesis. It was observed in the laboratory environment that for a given power, both direct and indirect plasma treatments have resulted in NOx removal to the tune of 85 to 95% when cascaded with the adsorbents studied.

This thesis deals with various physical-chemical aspects of agricultural and environmental applications of the South Moravian lignite. The main attention was paid to the behavior of lignite in an aqueous environment and the application potential of lignite as a cheap, effective and universal sorbent. In the experimental part of the thesis, aqueous extracts of lignite were characterized in detail (by measurement of pH, conductivity, and by the qualitative and quantitative determination of inorganic constituents). The high sorption affinity towards polar (cationic dyes) and nonpolar compounds (petroleum products) was confirmed experimentally. At last, simple methods of the laboratory preparation of lignite granules was designed and optimized. The main aim of this part was to combine the unusual sorption properties of lignite with an improvement of the end-use properties of the product (user-friendly handling, controlled release of the lignite into the aqueous environment, etc.). The thesis represents a complex compilation of the results of pilot experiments which represent the starting point of detailed future works focused on the non-energetic application of this valuable natural material.

Energy and water are two precious natural resources with which demand will continue to grow with increased population growth. Coal provides a cheap and abundant source of energy but with important environmental effects on air and water. An analysis of the current coal production in Texas, one of the leading providers of energy in the United States, will be discussed along with the possibility of creating a coal-to-liquids market in Texas from existing and future coal mining operations. An in-depth discussion into the water requirements for traditional coal production and coal-to-liquids will assist in analyzing its possible production and sustainability. / text

Lignite (brown coal) mine-mouth power plants supply a significance portion of electricity generated annually in Texas. Most lignite is produced from the Wilcox Group at surface mines located near a power plant. At the Oak Hill Mine, a lignite mine in the Sabine Uplift area of northeast Texas, the presence of low pH seeps has delayed the release of some portions of the reclaimed land from bond of some until all surface water bodies achieves a stable pH between 6 and 9. But this federal requirement may require an artificial elevation of surface water pH above the natural range for low volume, groundwater-fed surface water bodies in that region. The primary objective of this thesis is to determine whether the distribution of groundwater pH at Oak Hill Mine has become more acidic as a result of mining activity. This study shows that low pH (<6.0) groundwater was common within the mine permit area prior to mining activities; the 95% confidence interval for the median pH of overburden pre-disturbance (OP) wells is 4.7 to 4.8. This naturally occurring, low pH groundwater is produced by the weathering (oxidative dissolution) of pyrite in the Carrizo Sand and overburden Wilcox Group. Although low pH groundwater occurs naturally within the Oak Hill Mine permit area, groundwater pH has also decreased (groundwater has become more acidic) as a result of mining activities. The 95% confidence interval for the median pH of overburden reclamation (OR) wells is 4.1 to 4.2, indicating that mining activities has changed the median groundwater pH by approximately -0.5 standard units. Underburden groundwater is less acidic than overburden groundwater, but also becomes more acidic after mining activities. Underburden pre-disturbance (UP) groundwater has a median pH of 6.2 to 6.3 at the 95% confidence interval, whereas underburden reclamation (UR) groundwater has a median pH of 5.6 to 5.8 at the 95% confidence interval. / text

Includes an addendum. / Bibliography : leaves 217-233. / iii, 284 leaves : ill. ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Chemical Engineering, 1994

Dans le cadre du « Collaborative Mercury Research Network »(COMERN), la problématique de la contamination des écosystèmes boréaux par le mercure (Hg) a été abordée sous forme d'approche écosystémique. Cette approche a notamment été utilisée dans le cadre du projet dit « des lacs de la forêt boréale » pour comprendre l'origine et le devenir du Hg présent dans ces milieux. Cette thèse fait partie intégrante du volet « interaction lac -bassin versant » et a pour but de comprendre les mécanismes qui influencent l'apport de Hg des bassins versants vers les lacs. L'objectif spécifique est de déterminer pourquoi les concentrations en Hg ([Hg]) dans les sédiments récents varient entre les lacs de l'écosystème boréal. De nombreuses études démontrent que le devenir du Hg dans les écosystèmes lacustres est associé aux apports de matière organique terrigène (MOT). Pour comprendre et préciser cette interaction, une double approche a été utilisée. L'analyse de biomarqueurs spécifiques de la MOT dans les sédiments de lacs et la caractérisation des propriétés des bassins versants par système d'information géographique (SIG). Les biomarqueurs de la MOT ont été choisis car ils sont spécifiquement d'origine terrigène et procurent une information sur la source et la qualité de la MOT. Dans un premier temps et après une revue de la littérature, il est apparu nécessaire de bien définir le cadre de référence et les valeurs sources des biomarqueurs utilisés. Les biomarqueurs de la lignine obtenus par oxydation à l'oxyde de cuivre des végétaux et de matière organique partiellement décomposée sont souvent utilisés pour décrire les sources et l'état de dégradation de la matière organique terrestre (MOT). La plupart des études utilisant ces biomarqueurs font référence aux sources pures (échantillons de plantes fraîches) mais plusieurs recherches récentes démontrent que les sols jouent un rôle prépondérant sur les signatures de biomarqueurs de lignine. Il était donc nécessaire d'établir un milieu de référence plus adapté à cette problématique. Nous avons ainsi démontré que la matière organique des sols de trois grands écosystèmes terrestres du paysage boréal (tourbières et les peuplements dominés par les gymnospermes ou par les angiospermes) est caractérisée par des signatures de biomarqueurs distinctes. De plus, la pédogenèse réduit la variation des signatures de référence de ces biomarqueurs. Finalement, nous avons été en mesure de confirmer le potentiel d'utilisation des indicateurs de dégradation et d'humification de la matière organique des sols. Dans la deuxième partie de cette thèse l'influence du bassin versant sur la composition de biomarqueurs spécifiques de la MOT mesurés dans les sédiments, est analysée. La caractérisation d'un bassin versant est souvent ardue, coûteuse et longue et les biomarqueurs de la lignine représentent d'excellents indicateurs des processus qui ont lieu à l'échelle d'un bassin versant. Les systèmes d'information géographique permettent également d'intégrer et de décrire les caractéristiques morpho édaphiques des bassins versants. En combinant ces deux approches, nous avons observé une relation positive et significative entre la pente moyenne du bassin versant et les apports de MOT estimé par λ8 dans les sédiments récents (R²=0.65). La pente moyenne est également corrélée avec la composition de la MOT. En effet, les rapports P/(V+S) et 3,5Bd/V diminuent significativement avec l'augmentation de la pente moyenne (R²=0.57 and R²=0.71 respectivement). La composition de la végétation influence également la composition des sédiments des lacs étudiés. L'augmentation de la présence d'angiospermes dans le bassin versant favorise l'apport de MOT dans les sédiments de lacs tel qu'estimé par λ8 (R²=0.44). Une relation similaire est observée avec le rapport S/V, indicateur de ce type de source. Dans cette étude, nous avons donc pu déterminer: que les zones de faibles pentes jouent le rôle de zone tampon pour les apports de lignine et donc par extension sur les apports de MOT vers les sédiments lacustres et que la contribution relative de la MOT des horizons de sols organiques augmente dans les bassins versant plus escarpés. Cette étude a des implications significatives pour la compréhension du devenir de la MOT dans les écosystèmes lacustres. Dans un troisième temps nous avons caractérisé la MOT au niveau moléculaire pour déterminer précisément les conditions du transfert de Hg vers les sédiments. Quinze lacs ont été échantillonnés au Québec et au Labrador. Dans chaque lac, les sédiments récents de la zone focale du lac ont été échantillonnés et analysés en laboratoire pour déterminer la concentration en Hg total et celles des différents biomarqueurs terrigènes. Nos résultats mettent en évidence trois régions distinctes déterminées par des apports de MOT et de Hg différents. L'Outaouais et le Témiscamingue (région A) sont caractérisés par des concentrations en Hg très variables et des teneurs élevées en MOT. L'Abitibi (région B) est caractérisée par des taux de Hg intermédiaires et des teneurs de MOT très faibles. Le Labrador (région C) est caractérisé par des niveaux de Hg très faibles et des teneurs de MOT également très faibles. Dans les lacs de la région A, la variation des teneurs en Hg -est bien expliquée par l'augmentation du rapport 3,5Bd/V et la diminution du rapport C/V. Dans la région B, les sédiments sont enrichis en Hg lorsque comparés aux apports de MOT. Une contamination locale due à l'activité minière explique cet enrichissement relatif. Finalement au Labrador, la dynamique de la MOT est dominée par les gymnospermes et la végétation arbustive ou rase et induit une production primaire faible dans le bassin versant. Cette spécificité entraîne un apport très faible de Hg des bassins versants vers les lacs. Notre étude montre donc que la source et la qualité de la MOT sont déterminantes pour comprendre les variations d'apports en Hg dans les sédiments récents. Plus précisément, l'augmentation des apports de MOT dérivés des horizons humifiés des sols explique une grande part des apports de Hg dans les sédiments. Finalement, dans la partie 4 de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la problématique du cycle du Hg dans un complexe hydroélectrique boréal. En effet, la mise en eau d'un réservoir entraîne des impacts environnementaux considérables sur les écosystèmes initiaux comme la modification drastique du cycle du carbone, ainsi que celle de la dynamique des éléments nutritifs et des contaminants. Les sédiments des lacs Gabbro et Sandgirt, inondés, et du lac Atikonak ont été échantillonnés pour déterminer les sources du Hg observé dans le complexe hydroélectrique de Churchill Falls au Labrador. Les biomarqueurs de la lignine ont été utilisés comme indicateur de source de la matière organique terrigène (TOM). Dans le lac Atikonak, qui n'a pas été modifié par l'inondation, les niveaux de Hg total ([THg]) dans les sédiments ont augmenté progressivement dans le temps. Par opposition, dans les lacs Gabbro et Sandgrit inondés, des augmentations drastiques de [THg] ont été observées depuis l'inondation. Contrairement au lac Atikonak, ces augmentations de [THg] dans les lacs inondés sont associées à un changement de la nature de la MOT. À la suite de la mise en eau, la proportion de MOT dans les sédiments a augmenté significativement. La composition de la MOT montre qu'elle est également moins dégradée et présente une signature typique des horizons organiques de sols forestiers. Les résultats obtenus dans cette étude démontrent que l'augmentation de niveaux de Hg dans les sédiments de réservoir est causée par l'inondation des sols forestiers et l'érosion de leurs horizons de surface. Il est également important de remarquer que les [THg] restent élevées 38 ans après la mise en eau. En conclusion, le travail réalisé dans cette thèse permet de démontrer qu'il est possible d'intégrer des paramètres du bassin versant par l'analyse moléculaire de la matière organique terrigène. En associant des analyses moléculaires et des SIG, il est également possible de mettre en place un indicateur de la contamination des sédiments récents par le mercure. Finalement, nous confirmons le rôle primordial des versants dans l'apport de mercure vers les milieux aquatiques. Cette thèse démontre la nécessité du couplage bassin versant milieu aquatique dans les études environementales mais aussi géochimique notamment pour la compréhension des cycles des contaminants et du carbone dans ces milieux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bassin versant, Biomarqueur, Lignine, Matière organique, Mercure, Lac, Réservoir, Sédiment, SIG, Terrigène.

Der Bericht beschreibt ein neues, flexibles und deutschlandweit einmaliges Bewertungsinstrument für die Rohstoffe Steine und Erden sowie Braunkohle. Es ermöglicht, die sächsischen Braunkohlen nach unterschiedlichen Kriterien miteinander zu vergleichen und ihre Eignung für eine stoffliche Veredlung oder eine energetische Nutzung zu beurteilen. Mit Hilfe der Rohstoffbewertung können die Bau- und Sicherungswürdigkeit von Steine- und Erden sowie Braunkohlenvorkommen berechnet und kartografisch dargestellt werden. Durch die Variabilität der Bewertungsparameter und durch räumliche Auswahlmöglichkeiten sind verschiedene Betrachtungsvarianten möglich.

Fly ashes generated from fluidized bed combustion of low calorific value, high ash content Turkish lignites are characterized by high content of acidic oxides, such as SiO2, Al2O3 and Fe2O3, varying in the range 50-70%. However, there exists no study for the investigation of the possibility of using these ashes as concrete admixture. Therefore, in this study, characterization of fly ashes from fluidized bed combustion of a Turkish lignite and evaluation of these fly ashes as a substitute for Portland cement in production of pastes and mortars were carried out. The samples were subjected to chemical, physical, mineralogical and morphological analyses. Results of chemical and physical analyses of three fly ash samples show that they satisfy the requirements of EN 197-1, EN 450 and ASTM C 618, except for CaO and SO3, owing to high content of acidic oxides of these ashes contrary to majority of FBC fly ashes reported in the literature. In addition to characterization studies, water requirement, compressive strength, setting time and soundness tests were also performed for 10%, 20% and 30% fly ash-cement blends and the reference cement. Results of these tests reveal that the blends meet compressive strength, setting time and soundness requirements of ASTM C 595 without any pre-hydration treatment, and that fly ashes from fluidized bed combustion of Turkish lignites have significant potential for utilization as an admixture in manufacture of blended cements.

Co-firing of biomass with coal in fluidized bed combustors is a promising alternative which leads to environmentally friendly use of coal by reducing emissions and provides utilization of biomass residues. Therefore, effect of biomass share on gaseous pollutant emissions from fluidized bed co-firing of various biomass fuels with high calorific value coals have extensively been investigated to date. However, effect of co-firing of olive residue, hazelnut shell and cotton residue with low calorific value lignites having high ash and sulfur contents has not been studied in bubbling fluidized bed combustors to date. In this thesis study, co-firing of typical Turkish lignite with olive residue, hazelnut shell and cotton residue in 0.3 MWt METU Atmospheric Bubbling Fluidized Bed Combustion (ABFBC) Test Rig was investigated in terms of combustion and emission performance and ash behavior of different fuel blends. The results reveal that co-firing of olive residue, hazelnut shell and cotton residue with lignite increases the combustion efficiency and freeboard temperatures compared to those of lignite firing with limestone addition only. O2 and CO2 emissions are not found sensitive to increase in olive residue, hazelnut shell and cotton residue share in fuel blend. Co-firing lowers SO2 emissions considerably while increasing CO emissions. Co-firing of olive residue and hazelnut shell has no significant influence on NO emissions, however, reduces N2O emissions. Co-firing cotton residue results in higher NO and N2O emissions. Regarding to major, minor and trace elements partitioning, co-firing lignite with biomasses under consideration shifts the partitioning of these elements from bottom ash to fly ash. No chlorine is detected in both EDX and XRD analyses of the ash deposits. In conclusion, olive residue, hazelnut shell and cotton residue can easily be co-fired with high ash and sulfur containing lignite without agglomeration and fouling problems.