Environmental Engineering Commons^™

Evaluating Potential Soil Amendments And Geomorphic Methods For Mine Land Reclamation, Amanda Rodrigues Silva

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

The United States has approximately 22% of the world’s coal reserves. Since 1961, the electric power sector has been the major user of coal in the U.S., accounting for 91.9% of the coal consumed in the country in 2021. Sixty-two percent of total U.S. coal production in 2021 was sourced from surface mining, and Wyoming, West Virginia, Pennsylvania, Illinois, and Montana were responsible for 74% of this total production.

Coal-mining activities expose sulfide minerals in rocks that, when in contact with oxidizing conditions, produce sulfate-rich drainage known as acid mine drainage (AMD). AMD treatment typically involves chemical treatments to raise …

Stormwater Runoff Response Under Changing Climate And Land Uses Across Gradients Of Inland And Coastal Urban-Natural Basin, Mahmood Khan

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Climatic variability has caused significant shifts in the magnitude, frequency and spatiotemporal distribution of precipitation, generating excessive runoff that leads to frequent occurrences of extreme hydrologic events such as the pluvial (rainfall accumulation) and fluvial (riverine) floods. The conversion of natural areas into urban lands is further exacerbating the rainfall accumulation by increasing surface imperviousness that hinders infiltration of water into the soil. This dissertation predicts and characterizes potential shifts in the future annual stormwater runoff
volumes and runoff extremes under the standalone and coupled changes in climate and land use across inland and coastal urban-natural settings. The research was …

Geospatial Synthesis Of Biogeochemical Attributions Of Porphyrins To Oil Pollution In Marine Sediments Of The Gulf Of México, Francisco Muñoz-Arriola, José Vinicio Macías-Zamora

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

Porphyrins are highly persistent in the environment and represent a helpful biogeochemical attribute to assess the spatial distribution of the effects of oil spills on ecosystems and their resilience. In areas prone to natural and human-originated oil spills, the measurement of VO– and nickel– porphyrins in marine–sediment samples can identify the effects of oil pollution across spatiotemporal scales. The goal is to explore whether or not these compounds can be useful indicators of the geospatial attributions of oil contamination in the surficial sediments. We hypothesize that the geospatial gradients of porphyrins in marine sediments from petroleum spills and seepage activities—related …

The Brazilian Soil Spectral Service (Braspecs): A User-Friendly System For Global Soil Spectra Communication, José A. M. Demattê, Ariane Francine Da Silveira Paiva, Raul Roberto Poppiel, Nícolas Augusto Rosin, Luis Fernando Chimelo Ruiz, Fellipe Alcantara De Oliveira Mello, Budiman Minasny, Sabine Grunwald, Yufeng Ge, Eyal Ben Dor, Asa Gholizadeh, Cecile Gomez, Sabine Chabrillat, Nicolas Francos, Shamsollah Ayoubi, Dian Fiantis, James Kobina Mensah Biney, Changkun Wang, Abdelaziz Belal, Salman Naimi, Najmeh Asgari Hafshejani, Henrique Bellinaso, Jean Michel Moura-Bueno, Nélida E. Q. Silvero

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

Although many Soil Spectral Libraries (SSLs) have been created globally, these libraries still have not been operationalized for end-users. To address this limitation, this study created an online Brazilian Soil Spectral Service (BraSpecS). The system was based on the Brazilian Soil Spectral Library (BSSL) with samples collected in the Visible–Near–Short-wave infrared (vis–NIR–SWIR) and Midinfrared (MIR) ranges. The interactive platform allows users to find spectra, act as custodians of the data, and estimate several soil properties and classification. The system was tested by 500 Brazilian and 65 international users. Users accessed the platform (besbbr.com.br), uploaded their spectra, and received soil organic …

Maize Response To Irrigation And Nitrogen Under Center Pivot, Subsurface Drip And Furrow Irrigation: Water Productivity, Basal Evapotranspiration And Yield Response Factors, Ali T. Mohammed, Suat Irmak

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

Information and data about quantification and comparison of crop water productivity indices for various irrigation levels and methods and nitrogen (N) application timings “simultaneously” under the same conditions do not exist. Unprecedented and extensive field experiments were conducted for maize (Zea mays L.) in 2016 and 2017 under center pivot (CP), subsurface drip irrigation (SDI) and furrow irrigation (FI) methods with full irrigation treatment (FIT), 80% FIT, 60% FIT and rainfed treatment (RFT) with three N application timings. N treatments were: (i) traditional (TN), (ii) non-traditional-1 (NT-1) and (iii) non-traditional-2 (NT-2). Irrigation yield production functions (IYPF); evapotranspiration-yield production functions …

High Throughput Analysis Of Leaf Chlorophyll Content In Sorghum Using Rgb, Hyperspectral, And Fluorescence Imaging And Sensor Fusion, Huichun Zhang, Yufeng Ge, Xinyan Xie, Abbas Atefi, Nuwan Wijewardane,, Suresh Thapa

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

Background: Leaf chlorophyll content plays an important role in indicating plant stresses and nutrient status. Traditional approaches for the quantification of chlorophyll content mainly include acetone ethanol extraction, spectrophotometry and high-performance liquid chromatography. Such destructive methods based on laboratory procedures are time consuming, expensive, and not suitable for high-throughput analysis. High throughput imaging techniques are now widely used for non-destructive analysis of plant phenotypic traits. In this study three imaging modules (RGB, hyperspectral, and fluorescence imaging) were, separately and in combination, used to estimate chlorophyll content of sorghum plants in a greenhouse environment. Color features, spectral indices, and chlorophyll fluorescence …

Maize Response To Coupled Irrigation And Nitrogen Fertilization Under Center Pivot, Subsurface Drip And Surface (Furrow) Irrigation: Soil-Water Dynamics And Crop Evapotranspiration, Ali T. Mohammed, Suat Irmak

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

Determination of crop evapotranspiration (ETc) and root zone soil-water dynamics/distribution coupled with nitrogen (N) management strategies is important for effective management of agricultural fields for enhancing production efficiency. However, limited data and knowledge exist that sufficiently inform how soil-water dynamics and ETc response may vary with coupled irrigation levels and different N application timings under different irrigation methods. Extensive field experiments were conducted in 2016 and 2017 under center pivot (CP), subsurface drip irrigation (SDI), and furrow irrigation (FI) at full irrigation treatment (FIT), 80% FIT, 60% FIT, and rainfed treatment (RFT) with N application timing treatments of traditional N …

Inspiring Young Students To Pursue Engineering, Tami M. Brown-Brandl, Brian Steward

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

Imagine elementary school students understanding inputs and outputs, choosing appropriate sensors, and programming an autonomous robot. Imagine middle school students learning about PID control and creating advanced programs for sensor-based decision making. Imagine high school students using CAD to design drive trains, manufacturing parts with CNC machine tools, using finite element analysis to adjust the design, ordering custom components from a machine shop, using image processing for target recognition, and applying path planning and motion control. We have witnessed all of these skills. They happened outside of traditional classrooms, and they were all student-driven.

Yes, it’s true, and it’s amazing. …

Passage Tombs And Wind Turbines—A Contested Relationship?, Frank Prendergast, Muiris O'Sullivan Prof

Articles

Geospatial and archaeoastronomical analysis of the proposed location of large-scale wind turbines showed a significant negative visual impact on two National Monuments (Knockroe and Kilkieran) and on a hilltop passage tomb at Baunfree. These places straddle county boundaries and their constituent monuments are components of a rare and internationally important prehistoric landscape. Tipperary County Council gave considerable weight to the findings described in this paper in making their decision to refuse planning permission.

Evidence Of Coal Conversion In The Majuba Underground Coal Gasification Pilot Plant, South Africa, L.S. Mokhahlane, N.J. Wagner, D. Vermeulen

Coal Combustion and Gasification Products Journal Archive

Underground coal gasification (UCG) is a coal conversion method that permits coal resources to be exploited in situ using high-temperature conversion reactions. An understanding of the chemical, mineralogical, and petrographic properties of the coal, and resultant unburned carbon, degasified coal, and ash (minerals) in the UCG gasification zone, is fundamental to determining conversion rates, gas composition, and environmental and groundwater risk assessments. This study aims to provide a mineralogical and petrographic characterization of UCG residues obtained from the Eskom Majuba UCG pilot plant site in South Africa. Samples were selected from a verification borehole (VH3) drilled at the site following …

Low-Density And High-Strength Fracking Proppant Made By High Alumina Fly Ash, Shuqiang Ding, Jinder Jow

Coal Combustion and Gasification Products Journal Archive

High-alumina fly ash is defined to have alumina (Al2O3) content of no less than 40%, according to the Chinese power industry standard DL/T 2297. Specification for resource utilization categorization of fly ash from coal-fired power plant (Standard No. DL/T 2297-2021), and is considered a valuable raw material to replace bauxite for making aluminum, refractory materials, and fracking proppants, etc. A low-density and high-strength proppant, conventionally made with bauxite, has been successfully made by high-alumina fly ash and commercially used in the market. This new high-alumina f ly-ash–derived proppant has some advantages compared with the bauxite-derived proppant: (1) lower raw material …

Indoor Air Quality Through The Lens Of Outdoor Atmospheric Chemistry, Jonathan P.D. Abbatt, Douglas B. Collins

Faculty Contributions to Books

Outdoor atmospheric chemistry and air quality have been the topic of research that intensified in earnest around the mid-20^th century, while indoor air quality research has only been a key focus of chemical researchers over the last 30 years. Examining practices and approaches employed in the outdoor atmospheric chemistry research enterprise provides an additional viewpoint from which we can chart new paths to increase scientific understanding of indoor chemistry. This chapter explores our understanding of primary chemical sources, homogeneous and multiphase reactivity, gas-surface partitioning, and the coupling between the chemistry and dynamics of indoor air through the lens of …

Improving Urban Resilience And Sustainability Via Multi-Scale Urban Food-Energy-Water-Waste Nexus Analysis, Andrea Valencia Marin

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

Urban sustainable development requires an in-depth and holistic understanding of the complex Food-Energy-Water-Waste (FEWW) nexus facing population growth, climate change, economic development, and pollution control. Following the United Nations (UN) 17 Sustainable Development Goals (SDGs), goal 11 aims for sustainable cities and communities to be resilient, sustainable, and safe cities to achieve social, economic, and environmental sustainability. Explicitly, SDG target 11.3 concentrates on inclusive and sustainable urbanization for sustainable planning and management. As the UN Food System program aims for inclusive, sustainable, and resilient network, promoting sustainable food systems becomes a necessity to echo social, economic, and environmental sustainability. The …

A Novel Antibody-Dependent Mc-Lr Detecting Biosensor For Early Warning Of Harmful Algal Blooms (Habs), Stephanie Stoll

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

Microcystins (MCs) are toxins produced by cyanobacteria commonly found in harmful algal blooms (HAB) occurring in many surface waters. Due to their toxicity to humans and other organisms, the World Health Organization (WHO) set a guideline of 1 µg/L for microcystin-leucine-arginine (MC-LR) in drinking water. However, current analytical techniques for the detection of MC-LR such as liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) are costly, bulky, time-consuming, and mostly conducted in a laboratory, requiring highly trained personnel. Therefore, an analytical method that can be used in the field for rapid determination is essential. In this study, an Anti-MC-LR/MC-LR/Cysteamine …

ค่าจลนพลศาสตร์ของการบำบัดน้ำเสียความเข้มข้นต่ำด้วยเม็ดตะกอนจุลินทรีย์แบบใช้อากาศ, วีร์สุดา รับสิริ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ศึกษาการสร้างเม็ดตะกอนจุลินทรีย์ ประสิทธิภาพและอัตราการบำบัดซีโอดี และค่าจลนพลศาสตร์ของการบำบัดน้ำเสียด้วยเม็ดตะกอนจุลินทรีย์แบบใช้อากาศที่ความเข้มข้นซีโอดี 50-1000 มิลลิกรัมต่อลิตร เดินระบบในถังปฏิกิริยาเอสบีอาร์โดยมีน้ำตาลทรายเป็นแหล่งคาร์บอนที่ความเข้มข้นซีโอดีเริ่มต้นในระบบ 500 มิลลิกรัมซีโอดีต่อลิตร และแอมโมเนียมคลอไรด์เป็นแหล่งไนโตรเจนที่ความเข้มข้นแอมโมเนียมเท่ากับ 100 มิลลิกรัมไนโตรเจนต่อลิตร รอบการบำบัด 4 ชั่วโมง ความเร็วในการเติมอากาศ 3.5 เซนติเมตรต่อวินาที ระยะเวลาตกตะกอน 15 นาที และสัดส่วนทดแทนน้ำเสียร้อยละ 60 ผลการทดลองพบว่า หลังจากเดินระบบแล้ว 28 วัน เริ่มพบการก่อตัวของเม็ดตะกอนในระบบ หลังจากนั้นเปลี่ยนความเข้มข้นซีโอดีเริ่มต้น 1,000 500 250 100 และ 50 มิลลิกรัมต่อลิตร โดยคงสัดส่วน C:N เท่ากับ 10:1 โดยเดินระบบเช่นเดียวกับการสร้างเม็ดตะกอน พบว่าที่ความเข้มข้นซีโอดีที่สูงที่สุดของระบบ ขนาดเม็ดตะกอนที่พบในระบบจะมีขนาดใหญ่กว่าที่ความเข้มข้นซีโอดีที่ต่ำ โดยขนาดเม็ดตะกอนที่ใหญ่ที่สุดมีขนาด 5 มิลลิเมตร ค่า MLSS เฉลี่ยเท่ากับ 19,195±5,089 7,699±2,619 7,160±945 3,553±1,259 และ 1,365±671 มิลลิกรัมต่อลิตร ตามลำดับ ระบบเม็ดตะกอนดังกล่าวมีค่า SVI5 อยู่ระหว่าง 14-35 มิลลิลิตรต่อกรัม และค่า SVI30 อยู่ระหว่าง 12-24 มิลลิลิตรต่อกรัม ตลอดการทดลอง ความหนาแน่นของตะกอนที่ความเข้มข้นซีโอดี 50 100 และ 500 มิลลิกรัมต่อลิตร ใกล้เคียงกันอยู่ที่ 1.096-1.123 กรัมต่อมิลลิลิตร ประสิทธิภาพการกำจัดซีโอดีทุกความเข้มข้นมีค่าเฉลี่ยมากกว่าร้อยละ 94 และจากการหาอัตราการบำบัดจำเพาะที่ความเข้มข้นซีโอดีต่างๆ พบว่าเป็นไปตามสมการของโมโนด์ (Monod’s Equation) โดยมีค่าอัตราการบำบัดซีโอดีจำเพาะสูงสุดของระบบ (km) เท่ากับ 15.2±2.88 มิลลิกรัมซีโอดีต่อมิลลิกรัมMLVSSต่อวัน และความเข้มข้นที่อัตราการบำบัดเท่ากับครึ่งหนึ่งของอัตราบำบัดสูงสุด (KS) เท่ากับ 121±74 มิลลิกรัมต่อลิตร

The Improvement Of The Regional Regulatory Governance System For Radiation Risk Management: Spatial Analysis On Radiation Hazards In South Korea, Sangwon Lee, Jaewon Lim, Chan Goo Yi

Public Policy and Leadership Faculty Research

Since the 2011 Fukushima nuclear power plant accident, nuclear regulators have strength-ened safety standards or decided to decommission the nuclear power plant. The vast majority of radiation is from nuclear power plants, so safety measures are also concentrated in nuclear power plants. Radioactive materials located much closer to the people are scattered around the nation. However, it is difficult for citizens to predict the radiation risk around them because regulatory agencies do not provide adequate information on radiation. The main goal of this study is to analyze the spatial distribution patterns of radioactive materials that serve as indicators for potential …

The Photo-Transformation Of Free Methionine In The Presence Of Surrogate And Standard Isolate Dissolved Organic Matter Under Sunlit Irradiation, Benjamin J. Mohrhardt

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Sulfur (S)-containing amino acids are key sources of carbon, nitrogen, and sulfur involved in protein synthesis, protein function, and providing energy for microbial growth. Dissolved free and combined methionine is one of two S-containing amino acids incorporated into proteins and has been attributed to their stability and function. The oxidation of methionine has received considerable attention given its ubiquitous presence in most biological systems and has been associated with losses in protein function and pathological disorders. In natural waters, methionine is rapidly and selectively taken up by microorganisms to achieve cellular requirements of carbon, nitrogen, and sulfur. The abiotic transformation …

Climatic And Land Cover Sensitivities Of Stormwater Runoff In A Coastal Natural-Urban Basin Of Texas, Usa., Nusrat Nasrin Khan

Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports (ETD)

Changes in climatic and land use drivers typically drive stormwater runoff quantity and quality. This study focuses on determining the stormwater runoff sensitivities to variation in climatic and land cover changes in a coastal natural-urban basin. A mechanistic hydrologic model was developed for the Spring San Jacinto Basin (SSJB) of Texas, USA considering the basin as a pilot study area by using the U.S. Environmental Protection Agency (EPA)’s Storm Water Management Model 5.2. The SSJB drains an area of 1949 km² ultimately into the northern Gulf of Mexico, USA through peripheral neighborhoods of the Greater Houston area. The model …

การพัฒนาจมูกอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เซนเซอร์วัดก๊าซชนิดสารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์สำหรับตรวจวัดคุณภาพอากาศ, ญาณัจฉรา นวลปาน

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ศึกษาการพัฒนาจมูกอิเล็กทรอนิกส์ (E-nose) เพื่อตรวจวัดคุณภาพอากาศผ่านก๊าซ 5 ชนิด ได้แก่ คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และโอโซน โดยทำการพัฒนาระบบเซนเซอร์ตรวจวัดที่ใช้เซนเซอร์ออกไซด์ของโลหะ (Metal Oxide Sensor, MOS) จำนวน 8 ชนิดในการรับข้อมูลแล้วพัฒนาโมเดลเพื่อคำนวณความเข้มข้นของก๊าซแต่ละชนิด โดยการพัฒนาโมเดลได้ทำการเปรียบเทียบประสิทธิภาพแบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียม (Artificial Neural Network: ANN) แบบ Regression และ การวิเคราะห์การถดถอยเชิงเส้นพหุคูณ (Multiple Linear Regression: MLR) โดยทำการศึกษาจำนวนชั้นซ่อน (Hidden Layer) ที่เหมาะสมและทำการวัดประสิทธิภาพของโมเดลโดยใช้ค่าความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยสมบูรณ์ (Mean Absolute Error: MAE) และเปอร์เซ็นต์ความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยสมบูรณ์ (Mean Absolute Percentage Error: MAPE) สำหรับการทำนายความเข้มข้นของก๊าซและใช้ค่าความถูกต้อง (Accuracy) และค่าความแม่นยำ (F1 score) สำหรับโมเดลในรูปแบบการแบ่งกลุ่ม จากการศึกษาก๊าซชนิดเดียวในก๊าซตัวอย่าง พบว่า แบบจำลอง ANN มีความแม่นยำในการทำนายก๊าซแต่ละชนิดได้ถูกต้องและมีค่า MAPE น้อยกว่าร้อยละ 20 ซึ่งน้อยกว่าโมเดล MLR สำหรับก๊าซ CO NO2 SO2 และ CO2 ในขณะที่แบบจำลอง Classification มีค่า Accuracy และ F1 score อยู่ในช่วง 0.7 – 1.0 แสดงถึงประสิทธิภาพในการทำนายแยกกลุ่มก๊าซทั้ง 4 ชนิดได้ถูกต้อง แต่อย่างไรก็ตามโมเดลไม่สามารถทำนาย O3 ได้แม่นยำมากนักเนื่องจากความไม่เสถียรของข้อมูล นอกจากนี้ เมื่อใช้เซนเซอร์ในการทำนายก๊าซผสม พบว่า แบบจำลองทั้งสองที่นำมาใช้ทำนายยังมีประสิทธิภาพไม่ดีมากนัก โดยมีค่า MAPE มากกว่าร้อยละ 50 เนื่องจากข้อมูลสำหรับการสร้างโมเดลมีไม่มากพอ อีกทั้งเซนเซอร์ยังมีความไวต่อก๊าซหลายชนิดพร้อมกัน ซึ่งเกิดจากอุปกรณ์การทดลองยังไม่มีความแม่นยำมากพอในการควบคุมก๊าซให้มีความเข้มข้นคงที่

การกักเก็บคาร์บอนด้วยเถ้าลอยเพื่อเป็นวัสดุแทนที่ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์บางส่วน, สวิท วิเศษคุณธรรม

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของประสิทธิภาพการกักเก็บคาร์บอนด้วยเถ้าลอยถ่านหินจากโรงไฟฟ้าแม่เมาะ (FA) ที่สัดส่วนเถ้าลอยต่อน้ำ 50 100 และ 200 g/L และศึกษาความต้องการน้ำและกำลังรับแรงอัดของมอร์ตาร์ของการใช้เถ้าลอยคาร์บอเนตเพื่อใช้เป็นวัสดุทดแทนปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ในอัตราส่วนร้อยละ 10 20 และ 30 โดยน้ำหนัก จากการศึกษาพบว่า ปริมาณและประสิทธิภาพการกักเก็บคาร์บอนสูงสุด 66.69 mgCO2/gFA และ 26.5% ตามลำดับ ที่สัดส่วนเถ้าลอยต่อน้ำ 50 g/L ระยะเวลาเก็บนานที่สุด ที่สัดส่วนน้ำต่อเถ้าลอย 200 g/L เมื่อเปรียบเทียบกับ 50 และ 100 g/L นอกจากนี้ เมื่อนำเถ้าลอยคาร์บอเนต (CFA) ที่สัดส่วนเถ้าลอยต่อน้ำ 50 g/L ไปทดแทนปูนซีเมนต์ ที่อัตราส่วนร้อยละ 10 20 และ 30 โดยน้ำหนัก วิเคราะห์ความต้องการน้ำของเถ้าลอยคาร์บอเนต (CFA) มอร์ตาร์เทียบกับ ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ (OPC) มอร์ตาร์ พบว่าเมื่อมีการทดแทนปูนซีเมนต์ด้วยเถ้าลอยคาร์บอเนต (CFA-OPC) ที่สัดส่วนเพิ่มขึ้นส่งผลให้ความต้องการน้ำลดลง และเมื่อวิเคราะห์กำลังรับแรงอัดของเถ้าลอยคาร์บอเนต (CFA) มอร์ตาร์และซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ (OPC) มอร์ตาร์ ที่อายุบ่ม 1 3 7 28 และ 56 วัน พบว่ามอร์ตาร์ทุกการทดลองมีกำลังรับแรงอัดที่ต่ำกว่า ซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ (OPC) มอร์ตาร์ แต่อย่างก็ตาม การใช้เถ้าลอยคาร์บอเนตที่ทุกอัตราส่วนการทดแทนปูนซีเมนต์ มีค่าเป็นไปตามมาตรฐาน ASTM C618 สำหรับการนำวัสดุปอซโซลานไปใช้งานในการทดแทนปูนซีเมนต์