Tierärztl. Hochsch., Diss., 2004--Hannover.

<p>Denna rapport är en del av examensarbetet i utbildningen Kemiteknik med inriktning mot miljökemi och bioteknik. Uppdraget har varit att dels utreda orsakerna bakom problematiken med att svavelväte uppstår vid neutralisering av sköljvatten hos Sapa Profiler AB samt vid lagring av slam på Eka Chemicals AB och att hitta förslag till åtgärder. Detta har främst gjorts genom experiment. Det som undersökts är om det är bakterier som orsakar problematiken i slammet, deras förmåga till anaerob och aerob tillväxt, möjlighet till nitratreduktion, hur vattenhalten påverkar deras förmåga att överleva i slammet, hur Enzym Clean påverkar dem, hur bakterierna reagerar på olika temperaturer, deras morfologi och gramegenskaper samt hur deras kolonier ser ut. Vattenhalt, sulfathalt samt glukonathalt i slammet har också undersökts. Undersökningarna har gjorts främst på slam från Brogårdsfabriken (Bro. 26/1) men även på slam från Vetlandafabriken (Vet. 26/1)</p><p>Under neutraliseringsprocessen är det en kemisk process som påverkas av pH och redoxpotential. Genom odling i SIM-agar har slutsatsen dragits att det är bakterier som orsakar problematiken med svavelväte i slammet. Bakterierna har förmågan att växa både aerobt och anaerobt, i det senare fallet reducerar de först nitrat innan de reducerar sulfat. Det har även kunnat visas att det är minst tre stammar bakterier med lite skiftande egenskaper vad gäller bland annat nitratreduktion som växer i slammen.</p><p>Slammet har en vattenhalt på cirka 75 %, sulfathalten som undersöktes genom spektrofotometrisk grumlighetsmätnig visade att sulfathalten i Brogårdsfabrikens slam 26/1 ligger på cirka 15 w% och i Vetlandafabrikens slam 26/1 var cirka 9 w/w%. Glukonathalten i Vetlandafabrikens slam 26/1 har bestämts till cirka 3 w/w%. En ökad mängd glukonat har visat sig leda till större bakteriell aktivitet. Då slammet hetats upp till 50°C eller över så har bakteriernas förmåga till överlevnad och tillväxt kraftigt begränsats. Det har dock inte kunnat visas på hur vattenhalten påverkar bakteriernas förmåga att överleva i slammet då detta försök inte gav några tillförlitliga resultat. Inte heller kunde några direkta slutsatser dras om hur Enzym Clean påverkar.</p><p>Slutsatsen är alltså att det är bakterier som orsakar problemen med uppkomsten av svavelväte i slammet efter en tids förvaring. Dessa lever både aerobt och anaerobt och det är när förhållandena blir anaeroba som de orsakar problem. Åtgärderna att sätta in är då att förhindra att slammet får stora anaeroba delar genom återkommande mekanisk bearbetning.</p><p> </p> / <p>This paper is a part of my education in Chemical engineering at School of Engineering, Jonkoping University. The tasks were to examine the reasons behind the origin of hydrogen sulphide at the neutralisation of process water at Sapa Profiler AB and during storage of the aluminium sludge at Eka Chemicals AB, and to find out the actions to take to prevent these problems. This has mainly been done by experiments. The things that have been examined is whether it is bacteria that cause the problems, their ability to grow aerobically and anaerobically, ability to nitrate reduction, how the water content affect their ability to survive in the sludge, how Enzym Clean affect them, how they react on different temperatures, their morphology, if they are gram positive or negative and what their colonies look like. Water, sulphur and gluconate content in the sludge have also been examined. The experiments are mainly performed on sludge from Brogårdsfabriken (Bro. 26/1) but also on sludge from Vetlandafabriken (Vet. 26/1).</p><p>The problem in the neutralisation process is caused by a chemical process affected by redoxpotential and pH. Through use of SIM-agar is the conclusion drawn that the problems with H₂S in the sludge are caused by bacteria. The bacteria have the ability to grow both aerobically and anaerobically and in the later case they use first nitrate and then sulphate as electron acceptor. It has also been shown that there are at least three strains of bacteria living in the sludge with a bit different features like their ability to reduce nitrate.</p><p>The sludge got water content of about 75 %. The sulphate content, which were examined spectrophotometerically, showed that the content in Bro. 26/1 is 15 w/w% and in Vet 26/1 is 9 w/w%. The gluconate content in Vet. 26/1 were determined by addition of Ce(IV) and titration with Fe(II) to about 3 w/w%. A higher gluconate content have been shown to increase the bacterial activity. It has been shown that when the sludge is heated to 50°C or higher the ability of the bacteria to survive in the sludge is dramatically lowered. But it haven't been able to determine how the water content affect the ability of the bacteria to survive in the sludge, the results were to unreliable. No conclusion could be drawn from the experiment with addition of Enzym Clean.</p><p>The conclusion is that it is bacteria that cause the problem of H₂S in the sludge. They grow both aerobically and anaerobically and the problems arise in the later case. The action to be taken is to hinder big areas of the sludge to become anaerobe, for example by turning the sludge mechanically.</p><p> </p>

Denna rapport är en del av examensarbetet i utbildningen Kemiteknik med inriktning mot miljökemi och bioteknik. Uppdraget har varit att dels utreda orsakerna bakom problematiken med att svavelväte uppstår vid neutralisering av sköljvatten hos Sapa Profiler AB samt vid lagring av slam på Eka Chemicals AB och att hitta förslag till åtgärder. Detta har främst gjorts genom experiment. Det som undersökts är om det är bakterier som orsakar problematiken i slammet, deras förmåga till anaerob och aerob tillväxt, möjlighet till nitratreduktion, hur vattenhalten påverkar deras förmåga att överleva i slammet, hur Enzym Clean påverkar dem, hur bakterierna reagerar på olika temperaturer, deras morfologi och gramegenskaper samt hur deras kolonier ser ut. Vattenhalt, sulfathalt samt glukonathalt i slammet har också undersökts. Undersökningarna har gjorts främst på slam från Brogårdsfabriken (Bro. 26/1) men även på slam från Vetlandafabriken (Vet. 26/1) Under neutraliseringsprocessen är det en kemisk process som påverkas av pH och redoxpotential. Genom odling i SIM-agar har slutsatsen dragits att det är bakterier som orsakar problematiken med svavelväte i slammet. Bakterierna har förmågan att växa både aerobt och anaerobt, i det senare fallet reducerar de först nitrat innan de reducerar sulfat. Det har även kunnat visas att det är minst tre stammar bakterier med lite skiftande egenskaper vad gäller bland annat nitratreduktion som växer i slammen. Slammet har en vattenhalt på cirka 75 %, sulfathalten som undersöktes genom spektrofotometrisk grumlighetsmätnig visade att sulfathalten i Brogårdsfabrikens slam 26/1 ligger på cirka 15 w% och i Vetlandafabrikens slam 26/1 var cirka 9 w/w%. Glukonathalten i Vetlandafabrikens slam 26/1 har bestämts till cirka 3 w/w%. En ökad mängd glukonat har visat sig leda till större bakteriell aktivitet. Då slammet hetats upp till 50°C eller över så har bakteriernas förmåga till överlevnad och tillväxt kraftigt begränsats. Det har dock inte kunnat visas på hur vattenhalten påverkar bakteriernas förmåga att överleva i slammet då detta försök inte gav några tillförlitliga resultat. Inte heller kunde några direkta slutsatser dras om hur Enzym Clean påverkar. Slutsatsen är alltså att det är bakterier som orsakar problemen med uppkomsten av svavelväte i slammet efter en tids förvaring. Dessa lever både aerobt och anaerobt och det är när förhållandena blir anaeroba som de orsakar problem. Åtgärderna att sätta in är då att förhindra att slammet får stora anaeroba delar genom återkommande mekanisk bearbetning. / This paper is a part of my education in Chemical engineering at School of Engineering, Jonkoping University. The tasks were to examine the reasons behind the origin of hydrogen sulphide at the neutralisation of process water at Sapa Profiler AB and during storage of the aluminium sludge at Eka Chemicals AB, and to find out the actions to take to prevent these problems. This has mainly been done by experiments. The things that have been examined is whether it is bacteria that cause the problems, their ability to grow aerobically and anaerobically, ability to nitrate reduction, how the water content affect their ability to survive in the sludge, how Enzym Clean affect them, how they react on different temperatures, their morphology, if they are gram positive or negative and what their colonies look like. Water, sulphur and gluconate content in the sludge have also been examined. The experiments are mainly performed on sludge from Brogårdsfabriken (Bro. 26/1) but also on sludge from Vetlandafabriken (Vet. 26/1). The problem in the neutralisation process is caused by a chemical process affected by redoxpotential and pH. Through use of SIM-agar is the conclusion drawn that the problems with H2S in the sludge are caused by bacteria. The bacteria have the ability to grow both aerobically and anaerobically and in the later case they use first nitrate and then sulphate as electron acceptor. It has also been shown that there are at least three strains of bacteria living in the sludge with a bit different features like their ability to reduce nitrate. The sludge got water content of about 75 %. The sulphate content, which were examined spectrophotometerically, showed that the content in Bro. 26/1 is 15 w/w% and in Vet 26/1 is 9 w/w%. The gluconate content in Vet. 26/1 were determined by addition of Ce(IV) and titration with Fe(II) to about 3 w/w%. A higher gluconate content have been shown to increase the bacterial activity. It has been shown that when the sludge is heated to 50°C or higher the ability of the bacteria to survive in the sludge is dramatically lowered. But it haven't been able to determine how the water content affect the ability of the bacteria to survive in the sludge, the results were to unreliable. No conclusion could be drawn from the experiment with addition of Enzym Clean. The conclusion is that it is bacteria that cause the problem of H2S in the sludge. They grow both aerobically and anaerobically and the problems arise in the later case. The action to be taken is to hinder big areas of the sludge to become anaerobe, for example by turning the sludge mechanically.

Kväve har tidigare endast utvunnits ur atmosfären med hjälp av naturligt förekommande kvävefixerande bakterier men i och med uppkomsten av Haber-Bosch processen under tidigt 1900 – tal har det blivit möjligt att utvinna kväve ur atmosfären på kostgjord väg. Detta har lett till en obalans i kvävets naturliga kretslopp. Kväve har, sedan processen kom i bruk, utvunnits i stora kvantiteter för användning som bland annat gödningsmedel i jordbruksindustrin och som komponent i vanligt förekommande sprängmedel.   Kväveformen som används i dessa industrier är nitrat-, (NO3-)-, vilket fungerar som näringsämne åt växter. Då överskott av nitrat lakas ut, löser sig och sprids med vatten, kan det leda till övergödning i sjöar, hav och vattendrag. Ett hav som är hårt drabbat av detta är Östersjön.   Biologiska reningsmetoder har länge använts för att rena vatten från olika vattenlösliga kväveformer som nitrat, nitrit-, (NO2-), och ammonium-, (NH4+). De biologiska reningsmetoderna härstammar från kvävets kretslopp där de förekommer naturligt och innefattar processerna denitrifikation, nitrifikation och anammox. Genom att skapa förhållanden som gynnar de olika biologiska processerna har de effektivt använts för kväverening vid både kommunala reningsverk och för rening av dräneringsvatten från jordbruk. Processerna kan kombineras i olika utformningar eller användas enskilt beroende på vilken kväveform som förekommer i vattnet.   System för rening av nitratutsläpp härstammande från sprängmedel är relativt nytt. Denna rapport beskriver anläggningen och uppföljningen av en passiv denitrifierande bioreaktor med syfte att rena vatten från nitrat härstammande från sprängmedel. Bioreaktorn är den andra i sitt slag i Sverige och utöver dessa två förekommer inga andra bioreaktorer som renar vatten från sprängmedel i Sverige idag.   Rapporten innehåller en utvärdering av bioreaktorns nitratreduktion och jämför metoden med andra vanliga systemutformningar och metoder för nitratrening. Jämförelsen och utvärderingen har gjorts med hjälp av en litteraturstudie och genom kemiska analyser. Den kemiska analysen omfattar analys av nitratkväve, ammoniumkväve, pH, alkalinitet, temperatur och elektrisk konduktivitet.   Vattenprover har tagits under uppstart perioden av bioreaktorn vilket och har omfattat de 36 första dagarna från och med att bioreaktorns driftstart den 2017-06-29 till och med 2017-08-02. Under denna tid har bioreaktorn uppvisat en nitrat- och ammoniumproduktion i kombination med en alkalinitetförbrukning. Alkalinitetförbrukningen har med största sannolikhet uppkommit till följd av nedbrytningen av det organiska materialet och nitrat- och nitratproduktionen kommer av ett lågt C/N förhållande i de träslag som används som kolkälla. Ammoniumproduktionen härstammar förmodligen från en kombination av den förbrukade alkaliniteten och C/N förhållandet i trädslagen. Analysresultaten har på grund av dessa resultat inte kunnat bidra till en utvärdering av bioreaktorn. Litteraturstudien visar dock att den denitrifierande bioreaktorn är det reningssystem som är mest lämpat för nitratrening med hänsyn till de förhållanden som råder avseende den omgivande miljön och vattnets kemiska innehåll. Studien visar även att ett antal förändringar i utformningen av bioreaktorn skulle kunna öka bioreaktorns driftsäkerhet. / Nitrogen has previously only been extracted from the atmosphere by naturally occurring nitrogen-fixing bacteria, but with the development of the Haber-Bosch process in the early 1900s it has been made possible to extract nitrogen from the atmosphere artificially. This has led to an imbalance in nitrogen’s natural cycle. Nitrogen has, since the process has been put in use, been extracted in large quantities for the use as a fertilizer in the agricultural industry and as a component of commonly used explosives.   The nitrogen form used in these industries is nitrate, (NO3-), which acts as a nutrient to plants. As excess nitrate dissolves and spreads with water it can lead to eutrophication in lakes, seas and streams. A sea largely affected by this is the Baltic Sea.    Biological treatment methods have long been used to purify water from various water-soluble nitrogen forms such as nitrate, nitrite, (NO2-), and ammonium, (NH4+). The biological purification methods are derived from the nitrogen cycle where they occur naturally and they include the processes of denitrification, nitrification and anammox. By creating conditions that benefit the various biological processes, they have effectively been used for removing nitrogen in both municipal wastewater treating plants and for drainage water from agriculture. The processes can be combined in different designs or used individually depending on the nitrogen form present in the water.   Systems for purifying water from nitrate originating from explosives are a relatively new. This report describes the construction and follow-up of a passive denitrifying bioreactor used to purify water from nitrate derived from explosives. The bioreactor is the second of its kind in Sweden and in addition to these two there are no other bioreactors that treat water impacted by explosives in Sweden today.   The report contains an evaluation of the bioreactors nitrate reduction and compares the method with other commonly used system designs and methods for nitrate purification. The comparison and evaluation has been made using a literature study and through chemical analyses. The chemical analyses include analysis of nitrate, ammonia, pH, alkalinity, temperature and electrical conductivity.   Water samples have been collected during the start-up period of the bioreactor which includes the first 36 days from the day the bioreactor was put in operation, 2017-06-29 through 2017-08-02. During this time the bioreactor has demonstrated a nitrate- and ammonia production in combination with alkalinity consumption. The alkalinity consumption is most likely do to the degradation of the organic material and the nitrate production comes from a low C/N ratio in the woods used as source for carbon. Ammonia production is likely to derive from a combination of the alkalinity consumption and the C/N ratio in the woods. Because of these results, the results of the analysis have not been able to contribute to the evaluation of the bioreactor. However, the literature study shows that the denitrifying bioreactor is the most suitable purification system for nitrate purification, taking into consideration the environmental conditions and the waters chemical content. The study also shows that a number of changes in the design of the bioreactor could increase the bioreactors reliability.

n a world of unsustainable growth and increasingly catastrophic climate events, the quest for sustainability is open. Electrochemical ammonia synthesis (EAS) represents an eco-friendly means for green ammonia production. This technology mainly requires electricity, which can be harvested from renewable sources, as its energy input, and can be employed in a decentralized fashion, cutting down transport emissions and complexity. Green ammonia could help humanity as a hydrogen carrier, energy storage and sustainable fertilizer. However, sustainable alternatives are still far from achieving the production rates of the current adopted technology, namely the Haber-Bosch process. The present experimental-based investigation explores the feasibility of implementing a new membrane-less porous walls approach to electrochemical ammonia synthesis. This research mainly revolves around two experimental phases: the first considering a single compartment (SC) cell electrochemical set-up, and the second a membrane-less porous walls (PW) cell set-up. The former was used to gain knowledge regarding membrane-less cell behaviour, which then was applied to the latter, whose aim was to achieve ammonia synthesis. It was demonstrated that this approach can achieve high current densities (707.4 mA cm-2) and high ammonia production rate (1727.9 μmol cm-2 h-1) at -3.1V (cell voltage), through catalytic nitrate (𝑁𝑂3−) reduction, on nickel phosphide sheet cathode, in an aqueous sodium hydroxide electrolyte solution. On the contrary, it shows low faradaic efficiency, only 43%. Even if the results were partially validated by literature and contamination tests, isotope labelling experiments need to be conducted for more reliable estimates. These findings add another promising perspective to the field of electrochemical ammonia synthesis. / I en värld av ohållbar tillväxt och alltmer katastrofala klimathändelser är strävan efter hållbarhet öppen. Elektrokemisk ammoniaksyntes (EAS) är en miljövänlig metod för grön ammoniakproduktion. Denna teknik kräver främst el, som kan förses från förnybara källor, för energitillförsel och kan användas på ett decentraliserat sätt, vilket minskar transportutsläppen och komplexiteten. Grön ammoniak kan hjälpa mänskligheten som vätgasbärare, energilagring och hållbart gödningsmedel. Hållbara alternativ är dock fortfarande långt ifrån att uppnå produktionsnivån för nuvarande teknik, nämligen Haber-Bosch-processen. Detta experimentella arbete undersöker möjligheten att implementera en ny strategi för elektrokemisk ammoniaksyntes genom membranfri porösväggar. Denna forskning handlar huvudsakligen om två experimentella faser: den första handlar om enkelfack (SC) cellelektrokemisk uppsättning, och den andra en membranfri porösväggar (PW) celluppsättning. Den förstnämnda användes för att få kunskap om membranfritt cellbeteende, som sedan applicerades på det senare, vars mål var att uppnå ammoniaksyntes. Det har visats att den just nämnda tekniken kan uppnå högströmtätheter (707.4 mA cm-2) och hög ammoniakproduktionshastighet (1727.9 μmol cm-2 h-1) vid -3.1V (cellspänning), genom katalytiskt nitrat (𝑁𝑂3−) reduktion, på nickelfosfidarkatod i en vattenhaltig natriumhydroxidelektrolytlösning. Å andra sidan visar resultaten en låg faradaisk effektivitet, bara 43%. Även om resultaten delvis validerades genom litteratur- och kontamineringstester, måste isotopmärkningsexperiment genomföras för mer pålitliga uppskattningar. Dessa fynd lägger till ytterligare ett lovande perspektiv på området elektrokemisk ammoniaksyntes.