Trefwoorden

structure, function, freezing, thawing

Beschrijving

In Europe, Milcobel is known as an important producer of industrial mozzarella. To explore new markets in Asia and the Middle-East, more frozen mozzarella will have to be produced. In order to develop the optimal freezing procedure for mozzarella, it is important to get more insight in the different variables of the freezing process (storage time before freezing/freezing rate/storage time in the freezer/thawing rate/storage time after thawing). In the project the impact of these variables on the water distribution, microstructure and functional properties of the mozzarella will be evaluated. Mozzarella will be produced and stored under different conditions. Before and after freezing, the mobility of the water in the blocks will be evaluated with low resolution NMR and DSC. If necessary, the microstructure will be analyzed by Confocal Laser Scanning Microscopy (CSLM) and/or Cryo Scanning Electron Microscopy (SEM). These results will be linked to the functional properties of the mozzarella (stretch, baking properties, etc.).

Trefwoorden

colloidchemie ; emulsies; geëvaporeerde melk

Beschrijving

Geconcentreerde eiwit-gestabiliseerde emulsies, zoals ge-evaporeerde melk, kunnen aggregeren bij intense sterilisatie, wat aanleiding geeft tot een ongewenste viscositeitstoename. Uit vroeger onderzoek is gebleken dat fosfolipiden (de hoofdcomponenten in lecithine) een gunstige invloed hebben op de hittestabiliteit van eiwit-gestabiliseerde emulsies. Aangezien eerder onderzoek aangetoond heeft dat het type fosfolipide een bepalende rol speelt, zal getracht worden het gunstig effect van lecithine-toevoeging verder te verbeteren door enzymatische behandeling. Het gaat hierbij enerzijds om de vorming van anionisch fosfatidinezuur uit fosfatidyl choline via fosfolipase D en anderzijds om de vorming van lysofosfolipiden via fosfolipase A1.

Trefwoorden

kristallisatie, light food

Beschrijving

In veel emulsies speelt de vetfase een belangrijke rol, bijvoorbeeld in de reologie van dressings en de opklopbaarheid van slagroom. Om de gewenste eigenschappen te bekomen is een voldoende groot vetgehalte van belang, waardoor deze producten veelal een hoge calorische waarde hebben. Een mogelijke strategie om dit probleem te omzeilen is om de oliedruppeltjes gedeeltelijk op te vullen met kleinere waterdruppeltjes. De productie van water-in-olie-in-water emulsies is dus een veel belovende technologie voor de productie van lightproducten. Indien de olie-fase in deze emulsies bestaat uit een kristalliserend vet, bv. palm olie, dan maakt de aanwezigheid van vetkristallen partiële coalescentie mogelijk. Dit is het mechanisme waarop de productie van slagroom gebaseerd is. Uit eerder onderzoek is gebleken  dat partiële coalescentie in W/O/W reeds bij veel lagere vetgehaltes optreedt dan in O/W emulsies. Het is het doel van deze thesis om de reden hiervoor te achterhalen. Verschillende parameters zullen geëvalueerd worden, bv. de hoeveelheid intern water, vettype en partikelgrootte. De snelheid van partiële coalescentie kan vervolgens gemeten worden door viscositeit- en/of reologische metingen.

Beschrijving

Dialkyl kationische surfactants worden op zeer grote schaal toegepast in wasverzachters. Commercieel zijn vooral verbindingen met chloride als tegenion beschikbaar. Preliminair onderzoek heeft echter aangetoond dat het vervangen van chloride door andere tegenionen een aanzienlijke invloed heeft op het associatiegedrag van deze surfactants in water. Dit opent perspectieven om enerzijds wasverzachters op een efficiëntere manier aan te maken (nu vereist het dispergeren in water een zeer intense menging) en anderzijds ook om wasverzachters met betere eigenschappen te bekomen (zoals verbeterde sorptiekinetiek, geringere gevoeligheid voor externe factoren). De interactie van het tegenion met de surfactant zal gekwantificeerd worden via diffusie-NMR, terwijl zowel X-straalverstrooiingsexperimenten als DSC een gedetailleerd beeld kunnen opleveren over het fasegedrag in water.

Trefwoorden

surfactant, nanosuspensie, colloïdchemie

Beschrijving

Vele actieve farmaceutische stoffen zijn slecht oplosbaar in waterige media en hebben bijgevolg een lage biobeschikbaarheid. Een mogelijke oplossing is de productie van nanosuspensies. In nanosuspensies komt de actieve stof voor als kleine (minder dan 1 µm) onoplosbare deeltjes in een waterig medium. Dit is bijvoorbeeld nuttig om geneesmiddelen te ontwikkelen met een vertraagde vrijstelling, zodat geen dagelijkse toediening meer vereist is. Voor farmaceutische toepassingen is het zeer belangrijk dat de eigenschappen van de nanosuspensie gedurende bewaring ongewijzigd blijven, zodat steeds hetzelfde effect bekomen wordt. In deze scriptie wordt de invloed van verschillende factoren zoals het type en de concentratie aan conserveermiddel (zoals sorbaat, benzoaat, parabenen), temperatuur en pH op de fysicochemische stabiliteit van een nanosuspensie voor HIV-behandeling nagegaan. Dit onderzoek verloopt in nauwe samenwerking met Janssen Pharmaceutica.

Trefwoorden

deeltjesgrootte, poederstroming

Beschrijving

De fysico-chemische eigenschappen van melkpoeder worden in grote mate bepaald door de verschillende procesparameters van de opeenvolgende productiestappen: meer bepaald de indamper en de droogtoren. Uiteenlopende toepassingen en klanten vereisen soms andere functionaliteiten van het melkpoeder. Met de bouw van een nieuwe indamp- en drooginstallatie wenst de industriële partner (Milcobel) in samenwerking met de academische wereld verder kennis op te bouwen rond de beschikbare analysetechnieken en -methodes om voor bepaalde types melkpoeder de fysische kenmerken in kaart te brengen en linken te leggen met de verschillende procescondities. Het is daarbij van belang om wetenschappelijk onderbouwde inzichten te verwerven, vertrekkende van goede staalnameplannen en een statistisch onderbouwde werkwijze en dataverwerking. Als topic voor deze masterthesis wordt ingezoomd op de korrelgrootteverdeling van melkpoeder. De beschikbare technieken zullen vergeleken worden, maar tevens kan in overleg met leveranciers van analyseapparatuur ook bekeken worden om andere meettechnieken toe te passen. Deze masterthesis laat toe om kennis te maken met een up-to-date melkpoederinstallatie, begrip te verwerven over de werking ervan en bij te dragen tot het bekomen van voor het bedrijf waardevolle inzichten in de (controle van) poederkarakteristieken.

Trefwoorden

waterdruppels, opspatten

Beschrijving

Margarines zijn water-in-olie emulsies, waarbij de vetfase grotendeels gekristalliseerd is bij koelkast-temperatuur. Bij margarines voor bakken en braden, wordt de temperatuur sterk opgedreven waarbij de waterdruppeltjes verdampen en hierbij aanleiding kunnen geven tot het opspatten uit de pan. Hoewel in een aantal onderzoeken al aangetoond is dat dit (ongewenst) spatgedrag afhankelijk is van de gebruikte lecithine (als emulgator) is er nog steeds onduidelijkheid over het exacte mechanisme. Het doel van deze scriptie is om margarines aan te maken op basis van lecithines met verschillende samenstellingen om zo een structuur-functie verband te kunnen opstellen. De opgedane kennis moet toelaten dit probleem beter onder controle te krijgen en de samenstelling van de lecithine doelgericht te kunnen aanpassen. Dit onderzoek zal in nauwe samenwerking met Vandemoortele verlopen.

Trefwoorden

stabiliteit, nanosuspensie, colloïdchemie

Beschrijving

Vele actieve farmaceutische stoffen zijn slecht oplosbaar in waterige media en hebben bijgevolg een lage biobeschikbaarheid. Een mogelijke oplossing is de productie van nanosuspensies. In nanosuspensies komt de actieve stof voor als kleine (minder dan 1 µm) onoplosbare deeltjes in een waterig medium. Dit is bijvoorbeeld nuttig om geneesmiddelen te ontwikkelen met een vertraagde vrijstelling, zodat geen dagelijkse toediening meer vereist is. Voor farmaceutische toepassingen is het zeer belangrijk dat de eigenschappen van de nanosuspensie gedurende bewaring ongewijzigd blijven, zodat steeds hetzelfde effect bekomen wordt. In deze scriptie wordt de invloed van verschillende factoren zoals het type en de concentratie aan conserveermiddel (zoals sorbaat, benzoaat, parabenen), temperatuur en pH op de fysicochemische stabiliteit van een nanosuspensie voor HIV-behandeling nagegaan. Dit onderzoek verloopt in nauwe samenwerking met Janssen Pharmaceutica.

Beschrijving

Nogal wat analystechnieken zijn gebaseerd op het aanpassen van een model aan experimentele data. Dit is bijvoorbeeld het geval voor deeltjesgrootte-analyse via statische (verstrooide lichtintensiteit als functie van strooihoek) of dynamische lichtverstrooiing (verstrooide lichtintensiteit als functie van tijd) of bij de bepaling van het vast vetgehalte, oliegehalte en watergehalte in emulsies via lage resolutie NMR. Meer betrouwbare pameterschattingen kunnen echter bekomen worden door verschillende experimentele data-sets tegelijkertijd te analyseren met 1 gemeenschappelijke set van parameters. In het eenvoudigste geval kan het gaan om herhaalde metingen, maar het kan even goed gaan om verschillende metingen onder andere experimentele condities. Hierdoor wordt het informatie-gehalte van de dataset opgedreven, waardoor betere resultaten kunnen bekomen worden. Zo zou het moeten mogelijk zijn om de deeltjesgroottedistributie te bepalen door tegelijkertijd een statische en een dynamische dataset te analyseren. Deze scriptie omvat geen labowerk, maar is gefocust op programmeren. Hierbij wordt voortgebouwd op het vrij beschikbare Fortran programma CONTIN.

Trefwoorden

margarine; gas chromatografie; NMR

Description

Polyglycerol polyricinoleate is een veel gebruikte emulgator in water-in-olie emulsies zoals laagcalorische margarines (met hoog watergehalte). De dosering is hierbij beperkt door een aantal factoren, nl. mogelijke (bittere) smaakafwijkingen bij een hoge dosis, wettelijke beperkingen en het negatieve imago van deze verbinding. Om de dosering echter doelgericht te kunnen aanpassen, is het essentieel om te weten hoeveel PGPR minimaal nodig is om de aanwezige waterdruppeltjes te stabiliseren. In deze scriptie zal nagegaan worden welke fractie van de toegevoegde PGPR-dosis opgelost blijft in de vetfase en welke fractie aan het olie-water grensvlak adsorbeert, waarbij gebruik zal gemaakt worden van NMR en gaschromatografische analyses (gebaseerd op ricinoleaat). Hierbij zal de invloed nagegaan worden van de polymerisatiegraad van de gebruikte PGPR, van de toegepaste samenstelling en van de aangewende proces-parameters bij de aanmaak van de W/O emulsie.

Beschrijving

In W/O/W emulsies bevatten de gedispergeerde oliedruppels (in een externe waterige fase) ingesloten waterdruppeltjes. Door deze compartimentalisatie kunnen functionele ingrediënten in de interne waterfase ingekapseld worden. In dit onderzoek zal nagegaan worden welke componenten succesvol kunnen ingekapseld worden (bijv. aminozuren, peptiden, functionele componenten met een bittere smaak, ...). Hierbij zal de invloed van (wijzigingen in) de samenstelling van de dubbele emulsie op de uitwisselingskinetiek tussen de interne en de externe waterfase onderzocht worden en zal tevens nagegaan worden onder welke omstandigheden vrijstelling van de ingesloten componenten kan gecontroleerd worden (bijvoorbeeld door een osmotische shock).

Trefwoorden

fat crystallisation, encapsulation, release

Beschrijving

Water-in-oil-in-water (W/O/W) double emulsions are a promising technology for encapsulation applications of water soluble active agents. As a further consequence, W/O/W emulsions are gaining increasing interest in the pharmaceutical and food industry. Long term retention of the entrapped compounds in the internal water droplets is therefore desirable. We recently showed that solid-fat based W/O/W double emulsions are less prone to molecular transport from the internal water phase to the external water phase, and vice versa, than their liquid-oil based counterpart. This is thanks to a continuous crystal network in the fat phase that acts as a physical wall. However, there are more parameters governing the molecular transport kinetics. Regarding the fat phase: solid fat content and fat crystal properties such as morphology, polymorphism and the spatial distribution are key parameters determining the permeability of the fat phase. The objective of this research is to evaluate the impact of the solid fat content and fat crystal properties on the exchange kinetics in W/O/W double emulsions in order to control the release rate of encapsulated compounds.

Key words

urine, developing countries, fertiliser, water

Description

Resource depletion is not only a story of smartphones, laptops, cars and batteries. Resources are running out, and oil is definitely not the only one. To provide the 10 billion inhabitants of Earth with sufficient food, a steady and sustainable supply of nutrients to soils is absolutely vital. Waste water, and specifically urine, has a big potential to achieve this goal: up to 20% of global nutrient needs could be provided through full nutrient recovery from urine. Technical feasibility is necessary, but also economic barriers may limit the application of nutrient recovery techniques. In this thesis, we take a global look at the possibilities of these recovery techniques through an economic/ecologic analysis, while comparing these values to current technology for nutrient supply. Specifically, we focus on the opportunities of urine to meet needs in developing countries.

Key words

water, urine, drinking water, membranes

Description

More than ever, drinking water production is under heavy pressure. Especially in countries where climate change has played a significant role on rainfall, drinking water is hard to come by. However, by reusing and recycling (waste) water, communities and houses can become self-sufficient. The ultimate (Bear Grylls) challenge for a self-sufficient process is producing drinking water from urine. Membrane distillation, a process which uses a vapour pressure gradient to transfer volatile substances through a hydrophobic membrane, may be the process we are looking for. In this thesis, we investigate whether membrane distillation is able to produce acceptable operation in one step, while guaranteeing the safety. Organic micropollutants, ranging from pharmaceuticals to pesticide residues, should not be transferred through the membrane, nor should ammonia. This could lead to a pilot trial on a summer festival.

Trefwoorden

water, anaerobie, voorbehandeling, MBBR

Beschrijving

Vandaag de dag zijn kleinschalige waterbehandelingsinstallaties (minder dan 500 kg COD per dag) over het algemeen aerobe systemen. Anaerobe systemen vormen hier een interessant alternatief wegens de lagere operationele kosten ten gevolge van bijvoorbeeld de lagere slib productie en ermee gepaard gaande lagere verwerkingskosten, en de productie van methaan voor vb. energie opwekking. Deze thesis zal focussen op anaerobie op dragermateriaal (MBBR systeem) en de slimme combinatie met voorgeschakelde technieken ter verbetering van de anaerobe conversie van koolstof. Hiermee zullen ook stromen met hoge concentraties aan gesuspendeerde CZV kunnen behandeld worden. De voorbehandelingstechnieken die hier bekeken zullen worden zijn hydrodynamische cavitatie en ozonisatie, of een combinatie van beide. In hydrodynamische cavitatie worden intense schokgolven geproduceerd door de implosie van opgewekte caviteiten in het water. Deze schokgolven zorgen voor de vernietiging van het aanwezige celmateriaal en oxidatieve reacties.

Advanced Waste Water Solutions (AWWS) is een Nederlands bedrijf (gesitueerd nabij Hulst, bij de Belgisch-Nederlandse grens) met expertise in decentrale waterbehandelingssystemen. AWWS is een productontwikkelaar en wil met dit onderzoek een product ontwikkeling dat laag in onderhoud is en gemakkelijk te opereren door gebruik making van slimme besturing. Het doel van dit thesisonderwerp is de ontwikkeling van een anaerobe MBBR en deze te testen op piloot-schaal samen met de voorbehandelingssystemen. Op die manier zal er inzicht verkregen worden in de verschillende systemen, hun effect op de CZV conversie en anaerobe efficiënties.

Key words

PFOS, electrochemical oxidation, water

Description

Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) is a man-made, persistent organic substance, which can be found in ground waters at contaminated sites. The substance was used in the past in fire extinguishers, because it produces large amounts of foam. The very persistent nature of this substance avoids its degradation by typical Advanced Oxidation Processes (AOPs), such as O3, UV and H2O2. AWWS recently found that this component can be degraded (mineralization) using an electrochemical cell with Boron Doped Diamond (BDD) electrodes, provided by MAGNETO. The oxidation pathway and kinetics have not been investigated yet, and it is therefore unclear why PFOS is degraded using BDD, but not using the typical AOPs. Furthermore, the optimal process conditions need to be established so that an economic analysis can be made. The objectives of this thesis topics are:

• Identification of the oxidation pathway of PFOS using BDD, in different electrolytes
• Assessment of the differences between BDD and typical AOPs
• Adjustment of process conditions, such as current density, conductivity, temperature and flow to optimize the ratio PFOS conversion/energy requirement
• Determine the CAPEX and OPEX of a possible installation, including the needed pre/post treatment for a reference case

R2T: The Resource Recovery Technology (R2T) Consortium is a novel platform matching industry needs with research activities of the groups at FBW working on water: PaInT, LabMET and BioMATH. The proposed thesis topic originates from R2T, and the described research and development activities will occur through close coadvisorship of the companies AWWS and Magneto.

Key words

resource recovery, valuable metals, capacitive deionisation, water treatment

Description

Energy efficient separation of ions from liquids is an important sustainability issue, whether it be for the removal of contaminant ions such as excess salts in drinking water or the recovery of valuable ions from brines. Conventional brine treatment for removal of multivalent ions focuses on physical-chemical precipitation or filtration. Both exhibit several drawbacks like high operational costs, low selectivity towards multivalent ions, low removal efficiency, etc.

In capacitive deionization (CDI), a liquid is passed between pairs of affordable and sustainable carbon electrodes with very high surface areas that are electrically polarized to attract and store ions at their surface in a reversible electrostatic manner, thereby removing these ions from the influent. It has several unique advantages compared to established desalination technologies: low pressure, room temperature and low voltage operation, high energy efficiency at low to moderate salinity and ability to simultaneously store energy and desalinate.

In aqueous solutions containing multiple ions, time-dependent selectivity of CDI has been observed: monovalent ions are first stored in the electrode preferentially but are later on replaced by divalent ions. This opens up the possibility of selectively deionizing liquids (i.e. removing only the desired ions) by purely electrostatic means.

In this thesis you will perform experiments with a lab-scale CDI setup to investigate how this time-dependent selectivity phenomenon can be exploited to optimize the selective removal of specific multivalent ions from concentrated brines. You will perform experiments to investigate the role of operational parameters such as voltage, flow rate and cycle composition, and of cell component materials such as capacitive electrodes, which you will learn to manufacture and/or characterize.

Key words

water, capacitive deionisation, electrodes, characterisation

Description

Energy efficient separation of ions from liquids is very important, for example for removal of ionic contaminants (e.g., heavy metals) in drinking water, or for the recovery of valuable ions from brines.

In capacitive deionization (CDI), water is passed between pairs of affordable and sustainable carbon electrodes with very high surface areas that are electrically polarized to attract and store ions at their surface in a reversible electrostatic manner, thereby removing these ions from the influent. CDI has several unique advantages compared to other desalination technologies: low pressure, low temperature and low voltage operation, high energy efficiency at low to moderate salinity and the ability to simultaneously store energy and desalinate.

The durability of the capacitive carbon electrodes, however, is an important and underexplored topic. After many desalination cycles, the performance of the electrodes, both in terms of salt adsorption capacity and in terms of salt adsorption rate, often deteriorates quite rapidly, a process referred to as ‘ageing’. It is known that the abundance of a.o. oxygen-containing functional groups on the carbon surface affects the performance characteristics of CDI cells.

This thesis will focus on characterization of CDI electrodes by techniques such as infrared spectroscopy (FTIR), temperature-phased desorption (TPD), energy dispersive spectroscopy (EDX), point of zero charge (PZC) determination and potentiometric titration. These techniques will be used to monitor how the quantity and types of functional groups change as a function of the age of electrodes. By using carbon materials with different pore size distributions, the effect of pore sizes on ageing will be simulated. This will help in improving the fundamental understanding of adsorption and transport mechanisms in CDI electrodes, and thus in the development of more durable CDI electrodes.

Trefwoorden

selectieve scheiding, waterbehandeling, membranen, nanofiltratie

Beschrijving

Steeds meer industriële bedrijven hebben te maken met complexe afvalstromen die zowel hoge zoutconcentraties als hoge concentraties organisch materiaal bevatten. Vaak zijn deze stromen moeilijk biologisch behandelbaar, door de hoge zoutconcentratie, en bovendien kan het zout ook niet op een goede en zuivere manier teruggewonnen worden door de contaminatie met organisch materiaal. Selectieve scheiding van de zoute en organische fractie is dus steeds meer belangrijk.

Drukgedreven membraanprocessen, zoals nanofiltratie en omgekeerde osmose, zijn weinig selectief in deze scheiding. De verwijdering van organisch materiaal is altijd goed, maar om een scheiding te bekomen, moet de verwijdering van zout laag zijn. Dat is vaak nog een probleem.

Het doel van deze thesis is om aan membraanontwikkeling te doen, en zo de nieuwe nanofiltratiemembranen van de toekomst te maken. Deze moeten een zo laag mogelijk zoutretentie hebben, maar zoveel mogelijk organisch materiaal tegenhouden. In dit onderzoek worden nieuwe polymeertypes gebruikt om membranen te maken, na intensieve karakterisatie van de interactie tussen deze polymeren en de verschillende types organisch materiaal die in water voorkomen.

Tenslotte zullen deze membranen gebruikt worden voor de scheiding van een aantal complexe industriële waterstromen.

Key words

organic material, ultrapure water, demiwater, boilers

Description

In the middle of the Antwerp harbor, Induss exploits a centralized demineralised water production plant which is unique in Europe: with a production capacity of 1200 m³ of ultrapure water per hour and a dedicated piping network of 20 km, some of the biggest chemical and petrochemical sites are being served. The industrial standards for ultrapure demineralised water are ever increasing: customers expect now less than 100 µg/L of TOC (organic material). Mainly since their machine manufacturers ask so for warranty purposes.

This thesis will evaluate the removal of TOC on different types of ion exchange resins, all of which are used in practice in full-scale installations. Next, a characterization of the present and removed TOC will be done: is the present TOC really dangerous for industrial installations? Or is there a difference between different TOC-fractions? And is the 100 µg/L standard really relevant?

The main objective is to find the best solution for organic matter removal to ultralow standards in demiwater and to evaluate the true value of this standard. The practical example of the Induss plant in the Antwerp harbor will be used to build this thesis on.

R2T: The Resource Recovery Technology (R2T) Consortium is a novel platform matching industry needs with research activities of the groups at FBW working on water: PaInT, LabMET and BioMATH. The proposed thesis topic originates from R2T, and the described research and development activities will occur through close coadvisorship of the company Induss.

Trefwoorden

pesticides, grondwater, actief kool

Beschrijving

De aanwezigheid van het pesticide-residu 2,6-dichlorobenzamide (BAM) is een gekend probleem bij drinkwaterbereiding uit grondwater. Verwijdering van deze component is geen gemakkelijke taak, zeker niet bij traditionele drinkwaterzuiveringsstations die hiervoor niet specifiek ontworpen zijn.

In deze thesis zal onderzocht worden welke specifieke micro-organismen in staat zijn om BAM onder aerobe en anaerobe condities af te breken. Vervolgens zullen de meest efficiënte organismen gecultiveerd worden, en op verschillende manieren ingezet om BAM uit (anaeroob) grondwater te verwijderen.

Er zal enerzijds gekeken worden naar bio-augmentatie van klassieke zandfilters na beluchting, waar vooral aerobe micro-organismen aanwezig zijn. Hier is de contacttijd kort, dus goede degradatie is moeilijk. Daarnaast zal ook op 2 manieren onderzocht worden of actief kool een rol kan spelen:

• enerzijds door actief kool filters – die een langere contacttijd hebben - te koloniseren met BAM-degraderende micro-organismen
• anderzijds door de actief kool te gebruiken om BAM puur adsorptief te verwijderen, waarbij de micro-organismen enkel bij de regeneratie gebruikt worden om de BAM te degraderen (waarna de kool terug ingezet kan worden)

Dit onderwerp loopt in samenwerking met drinkwaterbedrijf Pidpa en ingenieursbureau Witteveen+Bos.

Key words

Recovery, Membrane technology, Bio-production

Description

Domestic wastewater represents a huge flow, for example in Flanders 800 million cubic metre of wastewater is treated per year. The organics in the wastewater could be a tremendous source of carbon for either energy, methane or chemicals production. The key issue is that wastewater and activated sludge are too dilute. Higher concentrations of organics would be very beneficial for any type of downstream production. Therefore, we want to use an innovative approach, forward osmosis, which uses seawater or industrial salty streams to really pull the water out of the wastewater and thus concentrate it.

This thesis will thus be highly engineering oriented, involving operating bioreactors and directly coupling them to this innovative, membrane driven forward osmosis process. The project is in collaboration with one of the largest water companies in the world, Suez, and thus creates also the opportunity to directly engage with industry during the thesis.

Trefwoorden

zeewaterontzouting, water, energie

Beschrijving

Zeewaterontzouting met behulp van omgekeerde osmose-membranen kost momenteel nog veel energie. Een mogelijkheid om deze energie-vraag terug te dringen, is het vooraf verdunnen van het zeewater. Als verdunnende stroom kan bijvoorbeeld afvalwater gebruikt worden, dat toch in de zee geloosd wordt. De verdunning moet echter op een gecontroleerde manier gebeuren, om ervoor te zorgen dat het zeewater niet vervuild wordt door de schadelijke componenten in het afvalwater. Eén mogelijkheid van gecontroleerd verdunnen, is het gebruik van het “Blue Energy”-concept, waarbij de twee stromen met elkaar in contact gebracht worden via ionenwisselaars-membranen. Hierbij wordt het afvalwater geconcentreerd/aangerijkt met zout, zonder dat er water getransporteerd wordt. Via dit proces wordt niet enkel het zeewater voorverdund, maar wordt bovendien energie geproduceerd. Het voorverdunde zeewater gaat dan naar de omgekeerde osmose-membranen, die nu minder energie nodig hebben omdat het water verdund is. De resterende benodigde energie kan echter rechtstreeks uit de mengenergie van de eerste stap bekomen worden. Door de mengverhouding zeewater/afvalwater goed te kiezen, is het theoretisch mogelijk tot energie-neutrale zeewaterontzouting te komen. Hoe dit proces nu in de praktijk, maar ook op fundamenteel niveau, in mekaar zit, wordt in deze thesis onderzocht.

Waterproducent Induss produceert m.b.v. ionenwisselaars ultrapuur proceswater voor een cluster van chemiebedrijven in de Haven van Antwerpen (BASF, TOTAL refinery, Solvic,...). In samenwerking met Induss zal in deze thesis onderzoek verricht worden mechanisme van TOC-retentie door harsen, alsook naar het effect van temperatuur. In de full-scale installatie zal gekarakteriseerd worden welk type TOC er zeer goed weerhouden wordt op de harsen en vooral welke niet. Een mogelijke voorbehandelingsstap voor bijkomende verwijdering is oxidatie van de organische verbindingen m.b.v. UV. Het effect van deze voorbehandeling op de niet-weerhouden TOC zal in deze thesis verder worden onderzocht in een labo-reactor, samen met de toepasbaarheid op RWZI effluent voor hergebruik.

Hierbij wordt aandacht geschonken aan het effect van de weerstand van de membranen, de efficiëntie van de voorbehandeling en de economische haalbaarheid. Er worden praktische testen uitgevoerd op lab- en pilootschaal.

Trefwoorden

drinkwater, membranen, water, energie, ontwikkelingslanden

Beschrijving

Het winnen van drinkbaar water uit vervuilde bronnen, op een energie-efficiënte manier, is van groot belang in een gesloten waterkringloop, en nog meer van belang in ontwikkelingslanden. Membranen leveren vaak water van goede kwaliteit, maar hebben het nadeel dat ze nog te energie-intensief zijn voor ontwikkelingslanden. In deze thesis wordt een nieuwe (momenteel in patentaanvraag) technologie uitgetest om drinkwater te maken met membranen, enkel gebaseerd op zonnewarmte, zonder enige andere vorm van energie-input.

De uitdaging hierbij wordt het verder designen van het systeem, zodanig dat het als stand-alone zuivering mogelijk wordt, ook in ontwikkelingslanden, en nog steeds goedkoop blijft. Idealiter behoort ook het testen van dit concept in een uitdagende omgeving tot dit project.

Key words

membranes, water, separation, ion exchange

Description

Many industries generate wastewaters containing high salt concentrations and high organic content. The co-existence of high salinity and high organic content hampers wastewater treatment because the former hinders biological treatment and the later hinders recovery of the salts. Selective separation of organic and inorganic components is thus of great value in industrial wastewater treatment. Ion-exchange membranes (IEMs) technologies could be the key to addressing this issue, if the transport of organics in IEMs can be clearly defined. In addition, by coating charged IEM with oppositely charged polyelectrolytes, the organic transport behavior could maybe be tuned.

The goal of this thesis is two-fold:

• 1) Understanding the mass transfer of the organics: the solution-diffusion model has been applied to model mass transport in dense pressure-driven membranes, such as RO and NF. However, the hypothesis is that the model also holds for IEM. Lab-scale experiments will be carried out to verify this hypothesis.
• 2) Making the next generation of ion exchange membranes: by carefully tuning the selected polyelectrolytes to coat the membranes, the interaction between the organics and the membranes will be fine-tuned, so that selective transport becomes possible.

This research could be a breakthrough in industrial resource recovery on large scale.

Key words

membranes, forward osmosis, water recycling, fouling

Description

Forward osmosis (FO) is a promising process to allow for municipal wastewater recycling since the rejection values of the main contaminants of concern are high, and purified water is produced at high quality and at low energy cost. This thesis will consist of work on a lab-scale setup to assess the impact of waste water quality on operational issues of FO, such as clogging, fouling and membrane degradation. The proximity of the WWTP plant of Quart will allow working with real wastewater (raw or prefiltered sewage, primary treated, secondary treated wastewater). Ultimately, recommendations on the required level of pre-treatment to allow for successful FO implementation in a water recycling scheme will be defined.

This work will be carried out at Lequia (University of Girona), under the supervision of Prof. Joaquim Comas and Gaetan Blandin. The intern will also be integrated in a broader research team including Dr. Wolfgang Gernjak from ICRA and Prof. Arne Verliefde from Ghent University.

Trefwoorden

Keramische nanofiltratie, elektrodialyse, water, waterhergebruik, chemische industrie

Beschrijving

Wereldwijd heeft de chemische industrie in toenemende mate te maken met waterschaarste, waardoor hergebruik van water steeds meer aan belang, zeker voor industriewater. Wanneer het industriewater gebruikt wordt als ultrapuur water, dan moet het echter voldoen aan zeer strenge eisen na zuivering. Zo moet onder meer de concentratie aan Totaal Organisch Koolstof (TOC) lager zijn dan 100 µg/l.

Het doel van dit onderzoek is om zowel op laboschaal, als op pilootschaal bij verschillende chemische bedrijven (waaronder BASF en DOW), nieuwe technologie te onderzoeken waarmee zowel ontzouting als verwijdering van organisch materiaal kan plaatsvinden. Eén van die technologieën is keramische nanofiltratie. Tot op heden is het effect van de inkomende waterkwaliteit op de verwijdering van organisch materiaal door deze techniek onbekend. Daarnaast zal ook een nieuwe, in het lab ontwikkelde technologie uitgetest worden. De techniek is gebaseerd op een nieuw design van elektrodialyse, met een sterke focus op de verwijdering van organisch materiaal. Deze technologie is tot op heden nog niet op pilootschaal getest.

Dit onderzoek moet uitwijzen of het in de praktijk mogelijk is om keramische nanofiltratie en de nieuwe elektrodialyse-technologie te gebruiken om ultrapuur water te maken voor de chemische industrie, en dit uit verschillende waterbronnen: oppervlaktewater, municipaal afvalwater en industrieel afvalwater.

Trefwoorden

water, organisch materiaal, hydrothermolyse, piloot, analyse

Beschrijving

Organisch materiaal in bijvoorbeeld oppervlaktewater kan onder verhitting in stoomboilers (door hydrothermolyse) afbreken tot organische zuren, die aanleiding kunnen geven tot corrosie. Corrosie is problematisch in de chemische industrie, omdat het bij boilersystemen met drukken tot 130bar tot zeer explosieve situaties kan leiden.

Er is echter geen kennis in de industrie over welke organische componenten nu de meeste organische zuren vormen, en dus het meeste risico op corrosie geven. Daardoor weet ook de waterbehandelaar niet meer welke fractie organisch materiaal hij/zij moet gaan verwijderen. Met andere woorden leiden enkel grote TOC-verbindingen tot de vorming van organische zuren en corrosie, of heeft de complexiteit van het organisch materiaal hier geen invloed op?

Tot op heden worden organische verbindingen in water veel te gebrekkig gekarakteriseerd, en meestal op basis van somparameters, zoals Totaal Organische Koolstof (TOC). Als er al duurdere en meer specifieke analytische methodes gebruikt worden, dan zijn deze vaak gerelateerd gebaseerd op basis van grootte, lading en polariteit, parameters die geen enkele indicatie geven over het corrosief karakter.

In deze thesis zal een nieuw product ontwikkeld worden, dat de vorming van organische zuren en dus corrosiviteit van organisch materiaal, rechtstreeks en on-line moet gaan meten in de chemische industrie. Dit product zou idealiter in de toekomst dan on-line TOC metingen gaan vervangen, en kan dus een enorme markt aanboren.