The present work had as objective to study the hydration process of grains and its possible enhancement using the ultrasound technology. For that, it was studied the hydration kinetics of different grains (Andean lupin, Adzuki beans, sorghum grains and corn kernels) correlating the morphology with mathematical models and the mass transfer mechanisms. Moreover, the effect of the soaking water temperature and the grain initial moisture content were studied to complement the description of this process. The ultrasound application was studied for improving the hydration process, describing the possible mechanisms (direct and indirect effects) that improve the mass transfer process. Therefore, it was established the way by how water enters in the studied grains, demonstrating that the water transfer into the grains is a complex phenomenon and takes place not only due to diffusional mechanisms, but also by capillarity. In addition, suitable mathematical models were proposed and used to explain the processes, describing their parameters according to the grains morphology and the mass transfer mechanisms. Further, it was determined how ultrasound enhances the mass transfer and in which conditions the direct (inertial flow and sponge effect) and the indirect effects (micro channels formation by acoustic cavitation) take place in the process, maximizing the effect of this technology. Finally, it was demonstrated that the ultrasound technology enhanced the hydration process for corn kernels, reducing significantly the process time in approximately 35 %, without modifying the thermal, structural and rheological properties of their starch. In conclusion, the present work improved the description of the grain hydration phenomenon and proved that the ultrasound technology can be used to enhance this process without changing its main industrial component. It is highlighted that the obtained results are thus high desirable for both the industrial and academic point of view. / O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de hidratação de grãos e sua possível melhora usando a tecnologia do ultrassom. Estudou-se a cinética de hidratação de diferentes grãos (tremoço andino, feijão Adzuki, grãos de sorgo e grãos de milho) correlacionando a morfologia com modelos matemáticos e os mecanismos de transferência de massa. Também foi estudado o efeito da temperatura e o conteúdo de umidade inicial do grão para complementar a descrição deste processo. Estudou-se a aplicação do ultrassom no processo de hidratação descrevendo-se os possíveis mecanismos (efeito diretos e indiretos) que melhoram a transferência de massa. Como resultado, foi estabelecida a forma como a água entra nos grãos estudados, demostrando que a transferência de água dentro dos grãos é um fenômeno complexo e que acontece por difusão e capilaridade. Foram propostos e utilizados modelos matemáticos apropriados para explicar os processos, descrevendo os parâmetros de acordo com a morfologia dos grãos e os mecanismos de transferência de massa. Ainda, determinou-se como o ultrassom melhora a transferência de massa e em que condições do processo acontecem os efeitos diretos (fluxo inercial e efeito esponja) e efeitos indiretos (formação de micro canais pela cavitação acústica), maximizando o efeito dessa tecnologia. Finalmente, demonstrou-se que a tecnologia do ultrassom melhora o processo de hidratação de grãos de milho, diminuindo significativamente o tempo do processo em cerca de 35 % sem alterar as propriedades térmicas, reológicas e estruturais do seu amido. Como conclusão, o presente trabalho melhorou a descrição de como os grãos são hidratados, demonstrando que o ultrassom pode ser usado para melhorar o processo de hidratação de grãos sem alterar os seus principais produtos industriais. Ressalta-se que os resultados obtidos são desejáveis tanto do ponto de vista acadêmico quanto industrial.

The present work had as objective to study the hydration process of grains and its possible enhancement using the ultrasound technology. For that, it was studied the hydration kinetics of different grains (Andean lupin, Adzuki beans, sorghum grains and corn kernels) correlating the morphology with mathematical models and the mass transfer mechanisms. Moreover, the effect of the soaking water temperature and the grain initial moisture content were studied to complement the description of this process. The ultrasound application was studied for improving the hydration process, describing the possible mechanisms (direct and indirect effects) that improve the mass transfer process. Therefore, it was established the way by how water enters in the studied grains, demonstrating that the water transfer into the grains is a complex phenomenon and takes place not only due to diffusional mechanisms, but also by capillarity. In addition, suitable mathematical models were proposed and used to explain the processes, describing their parameters according to the grains morphology and the mass transfer mechanisms. Further, it was determined how ultrasound enhances the mass transfer and in which conditions the direct (inertial flow and sponge effect) and the indirect effects (micro channels formation by acoustic cavitation) take place in the process, maximizing the effect of this technology. Finally, it was demonstrated that the ultrasound technology enhanced the hydration process for corn kernels, reducing significantly the process time in approximately 35 %, without modifying the thermal, structural and rheological properties of their starch. In conclusion, the present work improved the description of the grain hydration phenomenon and proved that the ultrasound technology can be used to enhance this process without changing its main industrial component. It is highlighted that the obtained results are thus high desirable for both the industrial and academic point of view. / O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de hidratação de grãos e sua possível melhora usando a tecnologia do ultrassom. Estudou-se a cinética de hidratação de diferentes grãos (tremoço andino, feijão Adzuki, grãos de sorgo e grãos de milho) correlacionando a morfologia com modelos matemáticos e os mecanismos de transferência de massa. Também foi estudado o efeito da temperatura e o conteúdo de umidade inicial do grão para complementar a descrição deste processo. Estudou-se a aplicação do ultrassom no processo de hidratação descrevendo-se os possíveis mecanismos (efeito diretos e indiretos) que melhoram a transferência de massa. Como resultado, foi estabelecida a forma como a água entra nos grãos estudados, demostrando que a transferência de água dentro dos grãos é um fenômeno complexo e que acontece por difusão e capilaridade. Foram propostos e utilizados modelos matemáticos apropriados para explicar os processos, descrevendo os parâmetros de acordo com a morfologia dos grãos e os mecanismos de transferência de massa. Ainda, determinou-se como o ultrassom melhora a transferência de massa e em que condições do processo acontecem os efeitos diretos (fluxo inercial e efeito esponja) e efeitos indiretos (formação de micro canais pela cavitação acústica), maximizando o efeito dessa tecnologia. Finalmente, demonstrou-se que a tecnologia do ultrassom melhora o processo de hidratação de grãos de milho, diminuindo significativamente o tempo do processo em cerca de 35 % sem alterar as propriedades térmicas, reológicas e estruturais do seu amido. Como conclusão, o presente trabalho melhorou a descrição de como os grãos são hidratados, demonstrando que o ultrassom pode ser usado para melhorar o processo de hidratação de grãos sem alterar os seus principais produtos industriais. Ressalta-se que os resultados obtidos são desejáveis tanto do ponto de vista acadêmico quanto industrial.

Industriell vattenrening är ett extremt viktigt område inom Miljöskyddsteknik då 60% av allt sötvatten inom Sverige används av industrier. Substanser som PFAS, aromatiska textilfärger, fenol och läkemedelsrester är extra utmanande då dessa kan vara gifta för biologisk rening. Syftet med denna rapport var att först redogöra några av de viktigaste avvägningarna som behöver göras när ett industriellt vattenreningsverk designas. I del två av arbetet har en kartläggning av teknologier som kan användas för att assistera eller ersätta biologisk rening. Det existerar flera olika typer av tekniker för att ersätta biologisk rening, men majoriteten av dessa konsumerar stora mängder värme eller elektricitet, vilket kan leda till stora rörliga kostnader. En trend inom industriell vattenrening är elektrifiering. Elektrifiering ger möjlighet att återvinna kemikalier, selektiv separation av joner, automatisk justering av pH via tekniker som elektrodialys och elektrokoagulering. Kall plasmaoxidation och kavitation kan även användas för destruktion av organiska ämnen. I takt med att förnyelsebar energi blir billigare att producera och om regeringen inför el-subventioner för industrin så kommer användbarheten av dessa tekniker att öka. Membranprocesser kan användas för att intensifiera processer som extraktion och indunstning. Med hjälp av membran kan separationshastigheten och energianvändningen minskas. Enzym kan användas för att skräddarsy rening för att bryta ner specifika ämnen vid låga tryck och temperaturer. Skumseparation är en mycket lovande process som kan användas för separation av ytaktiva ämnen som PFAS och har en mycket enkel design och låga energikostnader. / Industrial water treatment is an important field of study as industries in Sweden consumes over 60% of the available freshwater. Furthermore, only 60% of the industrial wastewater in Europe receive treatment before its discharged. Hard to oxidize compounds such as dyes, phenol, and PFAS are a major problem within the field as they often exhibit toxic or inhibiting qualities towards biological treatment methods. Therefore, the purpose of this thesis is twofold; firstly, some of the most important considerations when designing an industrial wastewater treatment plant is discussed to aid someone new to the field. Secondly, novel technologies that could be used to support or replace biological treatment methods are discussed. There exist several different novel technologies that can be used to treat organic pollutants. However, many of these techniques are very energy intensive, leading to high operational costs. A major trend within wastewater treatment is the electrification of treatment techniques. These enables the recycling of chemicals, selective removal of ions and automatic neutralization of pH by means of electrodialysis and electrocoagulation. They can also be used for destruction of organics using cavitation or cold plasma oxidation. The usefulness of these techniques is likely to increase in the future as the electrification of industry picks up speed and subsidies on industrial electricity prices are put in place. Membrane processes can intensify already existing unit operations such as evaporation and extraction. By employing a membrane, the speed of separation and the energy use can be lowered. Enzymatic treatment can be used to degrade several different compounds at low temperatures and pressures by tailoring the mix of enzymes to perfectly fit the wastewater in question. Foam separation is also interesting technology in the removal of surface-active chemicals and compounds due to its simplistic design and low operational cost. The use of this technology is likely to increase in the future if the legislation regarding persistent organics is tightened further.