Environmental Engineering Commons^™

การพัฒนาวัสดุเพาะเลี้ยงเห็ดจากกากกาแฟและใบจามจุรี, จิตรภาณุ อัศวพิชญโชติ

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์ในการศึกษาการนำกากกาแฟและใบจามจุรีที่เป็นมูลฝอย มาใช้ในการพัฒนาวัสดุเพาะเลี้ยงเห็ดนางรมทอง เพื่อเป็นวัสดุทางเลือกนอกจากวัสดุดั้งเดิมที่มีการใช้เพาะเลี้ยงเห็ด อย่างขี้เลื่อยไม้ยางพารา จากการทดลอง พบว่าการใช้กากกาแฟเป็นส่วนผสมในอัตราส่วนร้อยละ 30 ของน้ำแห้งก้อนเห็ด สามารถเพิ่มปริมาณโปรตีนและน้ำหนักของผลผลิตที่ได้เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ขี้เลื่อยไม้ยางพาราเพียงอย่างเดียว โดยผลผลิตดอกเห็ดมีน้ำหนักเฉลี่ยที่ 80.33±2.15 กรัม และมีปริมาณโปรตีนที่ 35.08±0.59% แต่เวลาที่ใช้ในการเพาะเลี้ยงเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับการใช้ขี้เลื่อยไม้ยางพาราเพียงอย่างเดียว โดยใช้เวลาเพาะเลี้ยงเฉลี่ยประมาณ 64 วัน และมีปริมาณคาเฟอีน 1.70 มก./ล. ในผลผลิตดอกเห็ด และการใช้ใบจามจุรีเป็นวัสดุผสมที่อัตราส่วนร้อยละ 30 ของน้ำหนักแห้งก้อนเห็ด ให้ผลผลิตในด้านของน้ำหนักและโปรตีน รวมถึงเวลาในการเพาะเลี้ยงที่เทียบเท่ากับการใช้ขี้เลื่อยไม้ยางพาราเพียงอย่างเดียว โดยมีค่า 55.90±3.18 กรัม และ 31.64±0.76% ตามลำดับ รวมถึงใช้ระยะเวลาการเพาะเลี้ยงเฉลี่ยประมาณ 37 วัน จากการศึกษาปริมาณสารประกอบฟีนอลิกในผลผลิตดอกเห็ด พบว่าปริมาณสารประกอบฟีนอลิกในผลผลิตเห็ดนางรมทองมีปริมาณที่แตกต่างกันเพียงเล็กน้อยในแต่ละรูปแบบสัดส่วนผสม และก้อนเห็ดที่ผ่านการเก็บเกี่ยว มีส่วนประกอบของเถ้าที่น้อยกว่า 15% โดยน้ำหนักแห้ง และไม่มีส่วนประกอบของซัลเฟอร์ สามารถนำไปเป็นเชื้อเพลิงชีวมวลได้ หากมีการลดความชื้นก่อนการนำไปใช้

การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตจากรีไซเคิลพอลิสไตรีนผสมผงไม้ไผ่, ณัฐภัทร หัชชะวณิช

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาพัฒนาวัสดุคอมโพสิตจากพอลีสไตรีนรีไซเคิล (RPS) ผสมกับผงไม้ไผ่ (BB) ที่ได้จากตะเกียบไม้ไผ่ใช้แล้ว เตรียมโดย เครื่องอัดรีดพลาสติกสกรูคู่ (Twin Screw Extruder) แล้วนำไปขึ้นรูปด้วยกระบวนการ ฉีดขึ้นรูป (Injection Molding Machine) โดยกำหนดอัตราส่วนของผงไม้เป็น 10, 20, 30 และ 40 %wt โดยตัวเมทริกซ์ของไม้พลาสติกคอมโพสิตเกิดจากการผสม RPS กับ อีวีโอเอช รีไซเคิล (REVOH) ในอัตราส่วน EVOH คือ 70, 60, 50, 40 30 เเละ 20 %wt ผลการทดลองพบว่าอัตราส่วนของเมทริกซ์ที่ดีที่สุดคือ 60:40 %wt และอัตราส่วนที่ดีที่สุดสำหรับไม้พลาสติกคอมโพสิตคือ 70:30 %wt โดยค่าสมบัติทางกลค่าลดลงตามปริมาณของ BB ที่เพิ่มขึ้น โดยมีการศึกษาการใช้สาร PE-G-MA ในปริมาณ 3%, 5% และ 7% %wt เพิ่มเติมโดยเลือกใช้ BB ที่อัตราส่วน 30 %wt และ 40 %wt ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า อัตราส่วนไม้พลาสติกคอมโพสิต 70:30 %wt ที่มีสาร PE-G-MA 3 %wt มีค่าสมบัติทางกลสูงสุด แต่เมื่อเพิ่มปริมาณสาร PE-G-MA เป็น 5% และ 7% %wt ค่าสมบัติทางกลจะลดลงตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ในอัตราส่วนไม้พลาสติกคอมโพสิต 60:40 %wt ค่าสมบัติทางกลกลับเพิ่มขึ้นตามปริมาณสาร PE-G-MA ที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้สูตรที่ดีที่สุดของไม้พลาสติกคอมโพสิตคือ อัตราส่วน Blend 60:40 %wt โดยใส่สาร PE-G-MA 7 %wt นอกจากนี้ การคำนวณต้นทุนผลิตภัณฑ์พบว่ามีค่าใช้จ่ายอยู่ที่ 31 …

การปรับสภาพน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันปาล์มด้วยปฏิกิริยาเฟนตันเสมือนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตก๊าซชีวภาพร่วมกับการใช้ตัวกลางถ่านชีวภาพจากกากกาแฟ, จุฬเชษฐ์ วุฒิวโรภาส

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้ศึกษาการปรับสภาพน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันใช้แล้วจากครัวเรือนด้วยปฏิกิริยาเฟนตัน โดยใช้ถ่านชีวภาพกากกาแฟเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อเพิ่มความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของน้ำมันก่อนจะนำเข้าสู่ระบบบำบัดทางชีวภาพแบบไร้อากาศเพื่อเพิ่มผลผลิตก๊าซชีวภาพ และปรับสภาพพื้นผิวของถ่านชีวภาพด้วยเหล็กแมกนีไทต์และแคลเซียมของกรดไขมันให้มีความเหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาเฟนตันและเกิดการดูดซับน้ำมันเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาบนพื้นผิวของถ่านชีวภาพ โดยใช้น้ำมันปาล์มเป็นตัวแทนของน้ำมันใช้แล้วในน้ำเสียครัวเรือน การทดลองแบ่งเป็น 3 ช่วง ได้แก่ การทดลองที่ 1 การทดลองการดูดซับน้ำมันของถ่านชีวภาพกากกาแฟที่มีขนาด 0.05-1.18 (S), 1.7-2.0 (M) และ >2.8 มม. (L) และอุณหภูมิในการเผา 300 (BC300) 500 (BC500) และ 700 (BC700) °ซ พบว่าถ่านชีวภาพชนิด BC300_L มีประสิทธิภาพในการดูดซับน้ำมันมากที่สุดที่ร้อยละ 73 โดยมีแนวโน้มที่จะดูดซับน้ำมันน้อยลงหากถ่านชีวภาพมีขนาดเล็กลง และจากการปรับสภาพถ่านชีวภาพด้วยเหล็กแมกนีไทต์ (BCF) และแคลเซียมของกรดไขมัน โดยศึกษาการติดกรดไขมันบนถ่านชีวภาพก่อน (BCFSCa) และหลัง (BCFCaS) การใส่แคลเซียม พบว่าถ่านชีวภาพทุกชนิดสามารถดูดซับน้ำมันได้เพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้ำมันที่ใช้ในการทดลอง (5, 10 และ 15 ก./ล.) โดยประสิทธิภาพในการดูดซับน้ำมันของถ่านชีวภาพที่ผ่านและไม่ผ่านการปรับพื้นผิวมีความใกล้เคียงกัน การทดลองที่ 2 การปรับสภาพน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันปาล์มขั้นต้นด้วยปฏิกิริยาเฟนตัน พบว่าชุดการทดลองถ่านชีวภาพ BC และ BCF กลับตรวจพบค่า COD เพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มปริมาณไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในปฏิกิริยา และสูงกว่าค่า COD ตั้งต้นในชุดการทดลองส่วนใหญ่ ซึ่งมีแนวโน้มเกิดจากการออกซิไดซ์น้ำมันชีวภาพที่เกิดขึ้นจากการเผาถ่านชีวภาพ ในขณะที่ค่า COD ลดลงเมื่อเพิ่มปริมาณไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในชุดการทดลองถ่านชีวภาพ BCFSCa และ BCFCaS อาจเกิดจากแคลเซียมของกรดไขมันที่เคลือบอยู่บนพื้นผิวของถ่านชีวภาพช่วยลดการออกซิไดซ์น้ำมันชีวภาพที่เกิดขึ้น และพบว่าลำดับการติดกรดไขมันก่อนแคลเซียมทำให้ค่า COD ลดลงมากขึ้น หรือเกิดการออกซิไดซ์สารอินทรีย์ในระบบมากขึ้น การทดลองที่ 3 การทดลองบ่มก๊าซชีวภาพโดยจุลินทรีย์ไร้อากาศ โดยใช้น้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันปาล์มที่ผ่านการบำบัดขั้นต้นด้วยกระบวนการเฟนตันร่วมกับการใช้ถ่านชีวภาพ พบว่าสัดส่วนถ่านชีวภาพต่อจุลินทรีย์ที่ 0.25 ก./ก. VSS สามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้สูงที่สุด เมื่อเทียบกับที่ 0.75, 1.5 และ 2.5 ก./ก. VSS และจากการวิเคราะห์ค่า COD พบว่าถ่านชีวภาพขนาดเล็กสามารถลดค่า COD และผลิตก๊าซชีวภาพได้สูงกว่าถ่านชีวภาพขนาดใหญ่ เมื่อทำการบ่มจุลินทรีย์ไร้อากาศร่วมกับถ่านชีวภาพแต่ละชนิดที่ผ่านกระบวนการเฟนตัน พบว่าทุกชุดการทดลองที่ผ่านการปรับสภาพน้ำเสียสามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้มากกว่าน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันที่ไม่ได้ผ่านการปรับสภาพ ถ่านชีวภาพ BCFCaS700 ที่ผ่านการปรับสภาพด้วยเฟนตันที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ …

การพัฒนาวัสดุเพาะเลี้ยงเห็ดโคนญี่ปุ่นจากกากกาแฟ, พงศ์ปณต สาเรือง

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การบริโภคกาแฟที่มีเพิ่มมากขึ้นก่อให้เกิดของเสียจากกาแฟเพิ่มมากขึ้นในแต่ละวัน กากกาแฟเป็นสิ่งที่ถูกนำมาหาทางใช้ประโยชน์ให้สูงสุดก่อนที่จะนำไปกำจัด ไม่ว่าจะเป็นปุ๋ยหรือใช้ในการดับกลิ่น การศึกษานี้จึงมีวัตถุประสงค์ที่จะศึกษาและพัฒนาการนำกากกาแฟมาเป็นวัสดุผสมในการเพาะเลี้ยงเห็ดโดยพัฒนาสูตรของวัสดุเพาะเลี้ยงให้เหมาะสมกับการเลี้ยงเห็ดโคนญี่ปุ่น Agrocybe Aegerita และตรวจสอบความสามารถในการเป็นปุ๋ยอินทรีย์ของวัสดุเพาะเลี้ยงเพื่อใช้ประโยชน์จากของเสียหลังการเพาะปลูกจนครบวงจร ผลการศึกษาพบว่าชุดการทดลองที่ใส่กากกาแฟลงในวัสดุเพาะ 20 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักได้ค่าผลผลิตที่มากที่สุดที่ 20.42 (±1.01) กรัม/100กรัม และสอดคล้องกับค่าประสิทธิภาพการใช้วัสดุเพาะ 34.71(±3.49)% และมีอัตราส่วนของคาร์บอนต่อไนโตรเจนอยู่ที่ 85.14(±5.34) โดยการใส่กากกาแฟที่มากเกิน 65 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักส่งผลยับยั้งการเจริญเติบโตของเส้นใยของเห็ด โดยผลผลิตอย่างดอกเห็ดสามารถดูดซึมคาเฟอีนที่อยู่ในวัสดุเพาะที่ผสมกับกากกาแฟได้ที่ 5.92(±0.34) nmol/mg และการศึกษาการใช้ประโยชน์เป็นปุ๋ยวัสดุเพาะหลังการเก็บเกี่ยว ไม่มีชุดการทดลองใดที่ผ่านเกณฑ์ของกรมการเกษตรในทุกพารามิเตอร์ โดยพบอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนสูงเกิน ขาดค่าธาตุอาหารหลัก และค่าการย่อยสลายที่สมบูรณ์ที่ต่ำเกินไป และเมื่อนำไปผ่านกระบวนการหมักปุ๋ย ในชุดการทดลองที่การใส่วัสดุเพาะเห็ดผสมกับฟางข้าวและมูลสัตว์ สามารถปรับสภาพให้เหมาะสมต่อเกณฑ์มาตรฐานของกรมการเกษตรได้ ถ้าได้มีการนำไปเพาะพันธุ์พืชเพื่อหาความเหมาะสมต่อการใช้งาน จะสามารถนำปุ๋ยนี้ไปขยายผลและใช้งานได้อย่างเหมาะสมต่อไป

Reactor Design By Integrating Absorption And Photocatalytic Oxidation Processes For Volatile Organic Compound (Voc) Removal From Polluted Gas Stream Of Storage Facilities In Petrochemical Industry, Phaly Ham

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Even petrochemical industry plays an important role in meeting the global energy demand, it is also responsible for emitting significant amounts of Volatile Organic Compounds (VOCs), which pose serious environmental and health hazards. In this thesis, we propose an innovative approach to address this issue by designing a multifunctional reactor that integrates absorption and photocatalytic oxidation processes for the removal of VOC from polluted gas streams of storage facilities, during loading, discharging, and cleaning process. This research encompasses four scopes (i) Comparative study of gas-liquid contactors: Bubble Column Reactor (BCR) and internal-loop Airlift Reactor (IL-ALR). The relative effect of reactor’s …

A Sustainable Ultrafiltration Of Sub-20 Nm Nanoparticles In Water And Isopropanol: Experiments, Theory And Machine Learning, Jie Mcatee

Theses and Dissertations

This research focused on ultrafiltration (UF) for particles down to 2 nm against membranes with larger pore size in water and IPA, which has the potential to save up to 90% of energy. This study developed electrospray (ES) - scanning mobility particle sizer (SMPS) method to fast and effective measure retention efficiencies for small particles (ZnS, Au and PSL) on polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF) and polycarbonate (PCTE) in different liquids. Theoretical models that could quantitatively explain the experimental results for small particles in medium-polarity organic solvents were also developed. Results showed that the highest efficiency was up to ~80% …

Numerical Study Of Sediment Suspension Affected By Rigid Cylinders Under Unidirectional And Combined Wave-Current Flows, Sha Lou, Xiaolan Chen, Shengyu Zhou, Gangfeng Ma, Shuguang Liu, Larisa Dorzhievna Radnaeva, Elena Nikitina, Irina Viktorovna Fedorova

Civil & Environmental Engineering Faculty Publications

Sediment transport modeling for flows with cylinders is very challenging owing to the complicated flow–cylinder–sediment interactions, especially under the combined wave-current flows. In this paper, an improved formulation for incipient sediment suspension considering the effect of cylinder density (i.e., solid volume fraction) is employed to simulate the bottom sediment flux in the flow with cylinders. The proposed model is calibrated and validated using laboratory measurements under unidirectional and combined wave-current flows in previous studies. It is proved that the effects of cylinders on sediment suspension can be accounted for through a modified critical Shields number, and the proposed model is …

Winter Dynamics Of Storm Water Management Ponds And Winter Tolerance In Three Aquatic Plant Species, Patrick Strzalkowski

Theses and Dissertations (Comprehensive)

The vast majority of the research into the performance of stormwater management ponds (SWMPs) has been performed in warm regions or during the warmer seasons in temperate regions. It is presumed that SWMPs are inactive in the winter as any potential stormwater is trapped in snow and ice. The main goal of this thesis was to test this presumption and to study the dynamics and performance of three SWMPs during the winter. Remote water level loggers were installed into the three SWMPs and daily grab samples from the influents and effluents were taken and analyzed for total phosphorus (TP), chloride, …

Phosphorus Release And Recovery From Simulated Ferric Wastewater Sludge, Aseel Alnimer

Theses and Dissertations (Comprehensive)

Phosphorus (P) is a fundamental element necessary for all life forms and a key component in the fertilizer industry. Meanwhile, the excessive load of P to water bodies due to human activities has the potential to promote eutrophication. Wastewater treatment plants remove P either biologically or chemically and produce P rich sludge which could be a potential renewable source for P. At present, commercial technologies exist for P recovery from biological wastewater sludge. However, P recovery from chemical sludge particularly iron(III)-phosphate (Fe-P) sludge generated in chemical P removal plants that use iron(III) salts remains a challenge.

This study explored, in …

Analysis Of Underwater Noise Due To Pile Driving In Florida Using Individual Hammer Blows, Consolatha Constantine Mushi

UNF Graduate Theses and Dissertations

In recent years, the potential impact on marine organisms of sound waves generated by pile driving has become a growing concern. Previous research in this field has predominantly relied upon single-strike averages to analyze underwater sound data. However, it was unclear from these analyses if or how much attenuation may vary during typical pile drives. This study involved collecting sound data from multiple locations during a given pile driving operation at the same time and used these data to analyze sound decay from each hammer blow individually. In addition to this, computational fluid dynamics (CFD) was used to better understand …

Frequency Analysis Of A New Empirical Model To Predict Underwater Transmission Loss During Impact Pile Driving, Mariam S. Makoleo

UNF Graduate Theses and Dissertations

Over the years, anthropogenic noise generated by pile driving activities has increased, posing a significant concern for marine organisms and their ecosystems. This study aims to entail a comprehensive frequency analysis of a new empirical model to predict underwater transmission loss during impact pile driving. To achieve this objective, extensive data collection was undertaken, and spectral and frequency analyses were conducted to examine the frequency content and attenuation patterns of the sound. The results of the study reveal that sound attenuation is frequency-dependent. Notably, low frequencies, typically below 100 Hz, and very high frequencies, approximately 10 kHz, were found to …

Faceted Nanomaterial Synthesis, Characterizations And Applications In Reactive Electrochemical Membrane Filtration, Qingquan Ma

Dissertations

Facet engineering of nanomaterials, especially metals and metal oxides has become an important strategy for tuning catalytic properties and functions from heterogeneous catalysis to electrochemical catalysis, photocatalysis, biomedicine, fuel cells, and gas sensors. The catalytic properties are highly related to the surface electronic structures, surface electron transport characteristics, and active center structures of catalysts, which can be tailored by surface facet control. The aim of this doctoral dissertation research is to study the facet-dependent properties of metal or metal oxide nanoparticles using multiple advanced characterization techniques. Specifically, the novel atomic force microscope-scanning electrochemical microscope (AFM-SECM) and density functional theory (DFT) …

Bioremediation Of Petroleum Hydrocarbons In Coastal Sediments, Charbel Abou Khalil

Dissertations

The biodegradation of dispersed crude oil in the ocean is relatively rapid (a half-life of a few weeks). However, it is often much slower on shorelines, usually attributed to low moisture content, nutrient limitation, and higher oil concentrations in beaches than in dispersed plumes. Another factor may be the increased salinity of the upper intertidal and supratidal zones since these parts of the beach are potentially subject to prolonged evaporation and only intermittent inundation. Therefore, two laboratory experiments are conducted to investigate whether such an increase in porewater salinity results in additional inhibitory effects on oil biodegradation in seashores.

In …

Design, Concept, And Visualization Of Urban Multi-Level Growing Table Systems In Hyper Urban Areas, Aaryan Manoj Nair, Shaheed Mohammed, Omar Rahama

Publications and Research

As of a 2019 study conducted by the National Urban Gardening Program (National Urban Gardening Program), urban farming accounts for approximately 19% of the total national farming output and is expected to triple to almost 45% by 2025. There is intensive research being conducted on aspects of reduced recidivism, communal health benefits, natural carbon capture systems, improved urban ecology and the necessity for reducing the carbon footprint of food, (informally dubbed “food miles”) there is little substantive research on optimisation, and maximation of crop productivity in hyper-urban areas.

The purpose of this report is to understand the functionalities of urban …

Reduction Of Embodied Carbon In Buildings Through Use Of Low Carbon Strategies And Standardization And Enforcement Of Life Cycle Assessment, Bhargavi Sai Sudhakar

Master's Projects and Capstones

The building and construction industry is energy intensive and as of 2021, this industry is responsible for 37% of the total global greenhouse gas emissions. In previous studies of conventional buildings, the operational energy of a building contributed to 80% and the embodied energy contributed to 20% of the total life cycle energy. With increase in policies and standards that focus on reducing the operational energy, low energy and certified green buildings have emerged where the operational energy has considerably reduced. The relative and absolute share of embodied energy in these energy efficient buildings have increased due to excessive use …

Polyelectrolyte Functionalized Forward Osmosis For Water Reclamation From Synthetic Spacecraft Wastewater, Alina Ripp

Electronic Theses and Dissertations, 2020-2023

This study investigated the application of a polyelectrolyte (PE)-assisted metallic iron nanoparticle-integrated forward osmosis (FO) membrane to treat synthetic spacecraft wastewater comprising urea, ammonium carbonate, and linear alkylbenzene sulfonate (LAS). The draw solution (MgSO4) diluted via the FO operation was further treated using a nanofiltration (NF) membrane aimed at producing potable quality water by the FO-NF hybrid process. A cellulose triacetate FO membrane was functionalized by layer-by-layer deposition of polyallylamine hydrochloride (PAH) and polyacrylic acid (PAA) followed by incorporating zero valent iron nanoparticles (ZVINP) within the "bilayers". It required 14 bilayers to ensure a uniform coating as demonstrated via scanning …

The Combined Impact Of Redcedar Encroachment And Climate Change On Water Resources In The Nebraska Sand Hills, Yaser Kishawi, Aaron R. Mittelstet, Zablon Adane, Nawaraj Shrestha, Paolo Nasta

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

The Nebraska Sand Hills (NSH) is considered a major recharge zone for the High Plains Aquifer in the central United States. The uncontrolled expansion of the eastern redcedar (Juniperus Virginiana) under climate warming is posing threats to surface water and groundwater resources. The combined impact of land use and climate change on the water balance in the Upper Middle Loup River watershed (4,954 km²) in the NSH was evaluated by simulating different combination of model scenarios using the Soil Water Assessment Tool (SWAT) model. A total of 222 climate models were ranked according to the aridity …

Nucleation-Accumulation Mode Trade-Off In Non-Volatile Particle Emissions From A Small Non-Road Small Diesel Engine, Indranil Brahma, Odinmma John-Paul Ofili

Faculty Journal Articles

Small (< 8 kW) non-road engines are a significant source of pollutants such as particle number (PN) emissions. Many small non-road engines do not have diesel particulate filters (DPFs). They are so designed that air–fuel ratio (AFR) can be adjusted to control visible diesel smoke and particulate matter (PM) resulting from larger accumulation mode particles. However, the effect of AFR variation on smaller nucleation mode nanoparticle emissions is not well understood. Several studies on larger engines have reported a trade-off between smaller and larger particles. In this study, AFR was independently varied over the entire engine map of a naturally aspirated (NA) non-road small diesel engine using forced induction (FI) of externally compressed air. AFR’s ranged from 57 to 239 compared to the design range of 23–92 for the engine, including unusually high AFR’s at full-load operation, not previously reported for conventional combustion. As expected, larger accumulation mode particles were lowered (up to 15 times) for FI operation. However, the smaller nucleation mode nanoparticles increased up to 15 times. Accumulation mode particles stopped decreasing above an AFR threshold while nucleation particles continuously increased. In-cylinder combustion analysis showed a slightly smaller ignition delay and higher burn rate for FI cases relative to NA operation. Much higher peak cylinder pressures were accompanied by much lower combustion and exhaust gas temperatures (EGT), due to higher in-cylinder mass during FI operation. Peak nucleation mode emissions were shown to be negatively correlated to EGT for all the data, collapsing on a single curve. This is consistent with some other studies reporting increased nucleation mode emissions (and higher accumulation mode particles) with decreased load, lower speed, lower EGR, advanced combustion phasing, and higher injection pressure, all of which reduce EGT. The nucleation-accumulation trade-off has been explained by the ‘adsorption hypothesis’ by some investigators. In the current work, an alternative/supplemental argument has been made for the possibility that lower cylinder temperatures during the late-burning phase (correlated to lower EGT) phase hampers oxidation of nucleation mode particles and increases nucleation mode emissions.

Hydraulic Redistribution Under Saline Conditions, Josh Gottlieb

Civil and Environmental Engineering Undergraduate Honors Theses

Water scarcity and soil salinity are dual stressors for plants in arid, salt-affected ecosystems. Hydraulic redistribution, a hydraulic adaptation which moves water through plant roots into dry or saline soil regions along potential gradients, aids plant survival in stressful environments. Recent theory regarding hydraulic redistribution proposes limitations on the process within saline soils. This study applies a minimalist resistor-capacitor model of the soil-plant-atmosphere system to the experimental conditions of a 2010 study investigating hydraulic redistribution in a salt affected area. The effectiveness of the model is evaluated, and a sensitivity analysis is conducted to identify key dynamics affecting the moisture …

Evaluation For Using Expended Bioelectrochemical Systems As Soil Amendments For Improved Corn Plant Growth And A Drought Resistant Soil., Jackson Lee Sauers

Theses and Dissertations

A long-held practice is to mix agricultural soil with a soil amendment to improve growing conditions in crops. A common soil amendment is biosolids produced from both municipal and dairy wastewater due to the macro- and micronutrients within it. Both the agricultural and wastewater industries are participating in the Circular Economy concept (CEC). Two experiments explored using expended bioelectrochemical systems (BES) that treated either synthetic dairy wastewater (DWW) or synthetic municipal wastewater (SWW) as soil amendments to improve corn plant growth when treated with three different nutrient treatments: 100%- 50%- and 0% Hoagland Nutrient Solutions. Biochar and used terracotta clay …

Resiliency Of Levee-Protected Power Networks To Flooding In A Changing Climate Integrating Environmental Justice, Seyed Saeed Miraee-Ashtiani

Theses and Dissertations

Electric power system (EPS) is an integral part of infrastructure systems. Ensuring its resiliency to extreme weather events and natural hazards is crucial to protect the safety, economy and public health. Recorded and projected data show an increase in the frequency and severity of extreme weather events and natural hazards attributed to a changing climate. It is critical to ensure the integrity of the aging infrastructure systems and to promote environmental justice by shrinking the energy-equity gap to lower power outages in disadvantaged communities.

An important aspect is the resiliency interdependency of EPS to other critical infrastructure systems, an aspect …

Estimation Of Cotton Canopy Parameters Based On Unmanned Aerial Vehicle (Uav) Oblique Photography, Jinyong Wu, Sheng Wen, Yubin Lan, Xuanchun Yin, Jiantao Zhang, Yufeng Ge

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

Background: The technology of cotton defoliation is essential for mechanical cotton harvesting. Agricultural unmanned aerial vehicle (UAV) spraying has the advantages of low cost, high efficiency and no mechanical damage to cotton and has been favored and widely used by cotton planters in China. However, there are also some problems of low cotton defoliation rates and high impurity rates caused by unclear spraying amounts of cotton defoliants. The chemical rate recommendation and application should be based upon crop canopy volume rather than on land area. Plant height and leaf area index (LAI) is directly connected to plant canopy structure. …

2022 Fall Engr333 Project Section A Final Report, Dat Cao, Sam Hoover, Sawyer Masselink, Ian Vanderkooi, Matthew Carlson, Jacob Heeres, Anthony Nykamp, Jacob Wyngarden, Nate Anderson, Anna Giboney, Gia Mien Le, Jonathan Washburn, Jess Camp, Aubree Peters, Alin Stoica, Drew Stoneburner, Claire Sheppard, Alayna Spiering, Reid Veneman, James Viel

ENGR 333

Calvin University has committed to being carbon neutral by 2057. This entails removing all the natural gas consumption for heating, converting to electrical heating options, and then making carbon free electricity. This project looked into four different options: air source heat pumps, ground source heat pumps, renewable natural gas, and the efficiency of current equipment. Each option was examined throughout the course of the semester to determine feasibility of each solution, and which ones would be best to implement. As a class, section A decided ground source heat pumps along with thermostatic valves and the implementation of double pane windows …

Comparative Study Of Differentiating Human Pluripotent Stem Cells Into Vascular Smooth Muscle Cells In Hydrogel-Based Culture Methods, Qing Liu, Zhen Liu, Hongyu Gu, Yuxia Ge, Xuesheng Wu, Fuxing Zuo, Qian Du, Yuguo Lei, Zhanqi Wang, Haishuang Lin

Department of Agricultural and Biological Systems Engineering: Faculty Publications

Vascular smooth muscle cells (VSMCs), which provides structural integrity and regulates the diameter of vasculature, are of great potential for modeling vascular-associated diseases and tissue engineering. Here, we presented a detailed comparison of differentiating human pluripotent stem cells (hPSCs) into VSMCs (hPSCs-VSMCs) in four different culture methods, including 2-dimensional (2D) culture, 3-dimensional (3D) PNIPAAm-PEG hydrogel culture, 3-dimensional (3D) alginate hydrogel culture, and transferring 3- dimensional alginate hydrogel culture to 2-dimensional (2D) culture. Both hydrogel-based culture methods could mimic in vivo microenvironment to protect cells from shear force, and avoid cells agglomeration, resulting in the extremely high culture efficiency (e.g., high …

Interlayered Thin Film Composite (Itfc) Membranes: The Synthesis And Assembly Of Active Layer From Conjugated Microporous Polymer, Febby Andini

Department of Civil and Environmental Engineering: Dissertations, Theses, and Student Research

The pursuit of advanced materials with well-defined structures at sub-1 nm size, multi-functionalities, and superior chemical stability is essential for enhanced separation performance but technically challenging. Limitations of conventional TFC membranes for use in Organic Solvent Nanofiltration (OSN) can be addressed by manipulating the pore size and chemical properties of the film with novel materials. Conjugated microporous polymers (CMPs) are promising in a few years because of their highly ordered structure and excellent stability. Porphyrin, one of the basic building blocks, can form a conjugated polymer. Herein, poly(5,10,15,20-tetrakis(4-aminophenyl)porphyrin) or PTAPP, is considerably selected as an active layer from CMPs using …

2022 Fall Engr333 Poster, Section B, Nicholas Paternoster, Nick Grossman, Jared Ruba, Zac Runhaar, Caleb Styf, Anne Ghata, Micah Lee, Thomas Noble, Liam Austin, Kai Barboza, Mark Bekhet, Jordan Tuter, Jacob Tanis, Sara Vansolkema, Aidan Bakker, Ben Casey, Sarah Maccarthy, Elise Miera, Christine Vanoyen

ENGR 333

• “What would it take to eliminate Calvin's natural gas-related net CO2 emissions?”
• Former Calvin President Michael Le Roy signed the President’s Climate Commitment on Dec 6, 2017
• Pledged carbon neutrality by 2057
• Results so far have been mixed due to the COVID-19 pandemic, but gains have come from: Improved lighting efficiency, Reduced enrollment, Renewable electricity is already being tackled through partnerships with companies like Sun FundED.

2022 Fall Engr333 Poster, Section A, Dat Cao, Izuchi Ebeku, Samuel Hoover, Sawyer Masselink, Ian Vanderkooi, Matthew Carlson, Jacob Heeres, Anthony Nykamp, Jacob Vanwyngarden, Nate Anderson, Anna Giboney, Gia Mien Le, Jonathan Washburn, Jess Camp, Ryan Macintyre, Aubree Peters, Alin Stoica, Drew Stoneburner, Claire Sheppard, Alayna Spiering, Reid Veneman, James Viel

ENGR 333

In 2017 President Michael K. Le Roy signed Second Nature’s President Climate Commitment. This commitment outlines that Calvin’s governing body will ensure Calvin University is a carbon neutral educational institution by 2057. In June of 2022, Calvin University’s presidential seat was passed from Dr. Michael K. Le Roy to Dr. Wiebe Boer. In his short time as the president of Calvin University, Dr. Boer has put many projects into motion to help Calvin achieve its goal of becoming carbon neutral by 2057. This past fall Dr. Boer tasked the ENGR 333 class with answering the following question: What would it …

2022 Fall Engr333 Project Section B Final Report, Nicholas Paternoster, Nick Grossman, Jared Ruba, Zac Runhaar, Caleb Styf, Anne Ghata, Micah Lee, Thomas Noble, Liam Austin, Kai Barboza, Mark Bekhet, Jordan Tuter, Jacob Tanis, Sara Vansolkema, Aidan Bakker, Ben Casey, Sarah Mccarthy, Elise Miera, Christine Vanoyen

ENGR 333

Sustainability is a multi-faceted grand challenge. One of today’s largest challenges is related to sustainability: CO2 emissions from energy consumption. Calvin University purchases natural gas for the energy services it provides; however, it is a major contributor to the amount of CO2 emitted into the atmosphere. The ENGR 333 section B class was tasked with the question: What would it take to eliminate Calvin’s natural gas-related net CO2 emissions? After many hours of research and calculations, the ENGR 333 section B class answered this question with recommendations such as implementing ground source heat pumps, console heat pumps, air source heat …

Mysteerio: Multi-Regional Environmentally Extended Input-Output Model For United States, Yash Srivastava

All Theses

This research work titled My State Environmentally Extended Regional Input-Output (MYSTEERIO) is based on the concept of multi-regional environmentally extended input-output (MREEIO), which is a combination of lifecycle thinking and economics principles. Numerous studies have highlighted the advantages of using this methodology to determine the environmental impacts associated with economic activities for a region. However, no prior attempt has been made to conduct a state-level analysis for the US. This research work thus tries to estimate the impacts embodied due to the consumption of goods and services at the state level by using the MREEIO principles. Extensive coverage of the …

Microcosm Evaluation Of Natural And Biologically-Enhanced Abiotic Transformation Of Chlorinated Ethenes In Low Permeability Formations, Hao Wang

All Dissertations

Trichloroethene (TCE) is one of the most commonly found hazardous compounds at Superfund sites, especially in groundwater. Its volatility and toxicity pose a threat to drinking water safety and human health. In the past decades, research on the fate of TCE in the environment has shifted to contamination of low-permeability formations, for example fractured bedrock aquifers. TCE back-diffusion from low permeability zones and management of persistent TCE groundwater plumes caused by this long-term source zone pose major challenges for remediation.

Monitored natural attenuation (MNA) is a cost-effective remediation strategy that has gradually gained acceptance by regulators. Compared to extensive active …