Public-private partnership in marine litter waste management

Marine litter is an international environmental problem that causes considerable costs to coastal communities and the fishing industry. Several international and national treaties and regulations have provisions to marine litter and forbid disposal of waste into the sea. However, none of these regulations state a responsibility for public authorities to recover marine litter from the sea, like they do for marine litter that washes up on public beaches. In a financial evaluation of a value chain for marine litter incineration it was found out that the total costs of waste incineration are approximately 100 ─ 200 % higher than waste fees offered by waste contractors of ports. The high costs of incineration are derived from the high calorific value of marine litter and therefore a high incineration cost for the waste, and long distances between ports that are taking part in a project for marine litter recovery from the sea and an Energy-from-Waste (EfW) facility. This study provides a possible solution to diverting marine litter from landfills to more environmentally sustainable EfW use by using a public-private partnership (PPP) framework. PPP would seem to fit as a suitable cooperative approach for answering problems of current marine litter disposal in theory. In the end it is up to the potential partners of this proposed PPP to decide whether the benefits of cooperation justify the required efforts.

People and the intertidal : human induced changes, biodiversity loss, livelihood implications and management in the Western Indian Ocean

Vad händer i tidvattenzonen? Var går gränsen mellan land och hav, vad händer i tidvattenzonen och vem ansvarar för detta? I västra Indiska oceanen (VIO) kan avståndet mellan den lägsta nivån för lågvattnet och den högsta nivån för högvattnet vara flera kilometer och nivåskillnaderna upp till 6 meter och detta skapar ett stort och föränderligt område. Syftet med min avhandling är att öka förståelsen för tidvattenzonen i tropiska och subtropiska västra Indiska oceanen. Sammanfattningsvis visar mina studier att det finns ett mycket stort värde i den komplexa tidvattenzonen, men också att det här området hotas från både land och hav, genom t.ex. överexploatering, erosion och föroreningar. Uttnyttjandet av tidvattenzonen är stort och min avhandling har visat att aktiviteter såsom fiske i form av plocking av musslor och andra ryggradslösa djur och hamnaktiviteter påverkar den biologiska mångfalden negativt, vilket leder till försämrad levnadsstandard för resursutnyttjande människor i regionen. För att förbättra situationen krävs det mer forskning, miljöövervakning och bättre förvaltning av tidvattenzonen. Experter i regionen har rangordnat förslag på förvaltningsstrategier som skulle kunna testas för att förbättra miljön och skapa ett mer hållbart nyttjande. Avhandlingen visar även att det är möjligt att använda fjärranalysteknik såsom satellitbildsanalys för att kvantifiera mängden sjögräsvegetation (i form av biomassa), vilket kan ha stor betydelse för att förbättra storskalig miljöövervakning av kustnära naturtyper (habitat). I avhandlingsarbetet har jag använt mig av ett multidisciplinärt tillvägagångssätt och använt metoder såsom ekologisk och biologisk provtagning, intervjuer, observationer, diskussionsgrupper, frågeformulär och fjärranalys. Resultaten presenterade i denna avhandling ger en ökad kunskap om tidvattenzonen i utvecklingsländerna inom VIO-regionen som kan användas för att initiera och fortsätta att utveckla hållbara förvaltningsstrategier av biologiska resurser.

Vesirakentamisen ja säännöstelyn sekä niihin liittyvien kompensaatiotoimenpiteiden vaikutukset Kalajoen kala-, nahkiais- ja rapukantoihin : Yhteenveto vuosien 1978-2010 velvoitetarkkailujen tuloksista

Kalajoen pääuomassa on tehty suuria vesistöjärjestelyjä 1900-luvun alusta aina 2000-luvulle asti. Jokiuomaa ja sen virtaamia on muutettu mm. tulvasuojelun, voimatalouden ja uiton edistämiseksi. Merkittävimmät vesistöjärjestelyt ovat olleet Kalajoen säännöttäminen vuosina 1903–1910, Niemelänkylän pengerrys vuosina 1955–1960, Kalajoen vesistötaloussuunnitelma 1960–1970-luvulla, Kalajoen keskiosan järjestely vuosina 1967–1988, Alavieskan tulvasuojelu vuosina 1990–1992 ja Juurikosken kunnostus vuosina 2004–2005. 1970-luvunlopulta lähtien vesistöjärjestelyiden lupamääräyksiin alettiin sisällyttää velvoitteita tarkkailla hankkeiden vaikutuksia veden laatuun, kalastoon ja kalastukseen. Lisäksi aiheutetun haitan kompensoimiseksi alettiin määrätä toimenpiteitä, kuten kalaistutuksia ja kunnostustoimenpiteitä. Lupamääräykset ovat sisältäneet myös velvoitteita tarkkailla kompensaatiotoimenpiteiden tuloksellisuutta. Kalajoella valtio on ollut selvästi merkittävin toimija vesistöjärjestelyissä ja on ollut luvanhaltijana pääosassa hankkeista. Lisäksi valtio on kaikkien Kalajoen vesistön säännöstelyjen luvanhaltija. Näin ollen valtio on vastannut myös hankkeisiin liittyvistä velvoitetarkkailuista ja kompensaatiotoimenpiteistä. Merkittävimmät kompensaatiotoimenpiteet ovat olleet 4,7 miljoonan yksikesäisen vaellussiian istuttaminen vuosina 1981–2010, Kalajoen kunnostaminen mm. ravun ja nahkiaisen lisääntymisedellytysten parantamiseksi vuosina 1999–2004 ja 30 000 sukukypsän ravun istuttaminen vuosina 2003–2006. Tässä raportissa on tehty yhteenveto Kalajoen tarkkailututkimuksista vuosilta 1978–2010. Niiden perusteella on arvioitu, kuinka vesistörakentamishankkeet ja säännöstely sekä niihin liittyvät kompensaatiotoimenpiteet ovat vaikuttaneet rapu-, nahkiais- ja kalakantoihin sekä Kalajokeen niiden elinympäristönä. Lisäksi käytettävissä olevan aineiston puitteissa on arvioitu muiden tekijöiden vaikutusta rapu-, nahkiais- ja kalakantoihin.

Suurnopeus-turbokoneroottoreiden termodynaaminen ja mekaaninen mallinnus sekä rakenneanalyysi

Tässä väitöskirjassa tarkastellaan suurnopeustekniikan eri sovelluksissa ilmeneviä roottoreihin liittyviä rakenteellisia vaatimuksia ja haasteita. Tässä yhteydessä suurnopeustekniikalla tarkoitetaan järjestelyä, jossa sähkökone (moottori, generaattori) ja toimilaite (turbiini, kompressori, puhallin) on kytketty ilman vaihdetta suoraan mekaanisesti yhteen ja jossa yhteisen roottorin pyörimisnopeus on selvästi suurempi kuin 50/60 hertsin verkosta syötetyn kaksinapaisen vaihtovirtasähkökoneen tahtinopeus. Tyypillistä suurnopeuskoneen roottorille on suuri tehotiheys ja suuri mekaaninen kuormitus. Siksi esimerkiksi sähkökoneen jäähdytys on entistä haasteellisempaa kasvavien rautahäviöiden ja pienempien lämmönsiirtopinta-alojen vuoksi. Tämän työn tavoitteet voidaan jakaa kolmeen osaan:  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen tarkastelu, jonka tavoitteena on pienentää lämmönkehitystä ja tehostaa kriittisten kohtien jäähdytystä. Tähän liittyy sähkömagneettisten häviöiden keskittäminen jäähdytyksen kannalta edullisiin kohtiin  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen tarkastelu kriittisten ominaistaajuuksien kannalta  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen analysointi lujuustekniseltä kannalta. Tähän liittyvät mm. erilaiset ahdistussovitteet ja niiden säilyminen korkeilla pyörimisnopeuksilla sekä niiden roottoria jäykistävä vaikutus ja lämmön johtuminen kyseisissä liitospinnoissa. Tämän työn tieteellinen uutuusarvo on nimenomaan yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin rakenteen analysointi ottamalla samanaikaisesti huomioon kaikki edellä mainitut näkökohdat: jäähtyminen erityisen kuumissa kohdissa, sähköisten häviöiden alentaminen ja niiden jakautuman huomioon ottaminen, roottorin jäykkyyden maksimointi, lujuusrasitusten hallinta ja rakenteen mekaaninen stabiliteetti sekä lämpöteknisten ylimenovastusten tarkastelu.

Tehokalastuksen vaikutukset Lappajärvessä : Kalastus elinkeinoksi Lappajärvellä -hankkeen vuosien 2001-2006 seurannan loppuraportti

Lappajärven, Etelä-Pohjanmaan suurimman järven, ekologinen tila on heikentynyt ja se luokitellaan nykyisin tyydyttäväksi. Rehevöityminen, 1990-luvun muikkukato ja yhteiskunnan rakennemuutos ovat vähentäneet kalastajien ja kalansaaliin määrää. Ammattikalastuksen edellytysten parantamiseksi toteutettiin vuosina 2001–2004 ”Kalastus elinkeinoksi Lappajärvellä” – hanke. Hankkeen vaikutuksia kalastoon ja järven ekosysteemiin seurattiin vuosina 2001–2006. Kokonaissaalis vuosina 2001–2004 oli 1655 tonnia (n. 29 kg/ha/vuosi). Vaikka saalistavoitetta (2100 tn) ei täysin saavutettu, oli hankkeella runsaasti myönteisiä, joskin osin vähäisiä tai epävarmoja vaikutuksia järven tilaan ja kalastoon. Kalastajien yksikkösaaliit etenkin kuhan ja isokokoisen ahvenen osalta nousivat hankkeen alussa. Loppuvuosina yksikkösaaliiden kehitys oli osittain ristiriitaista. Ulapan taloudellisesti vähempiarvoinen kalasto, varsinkin kuorekanta harveni selvästi. Muikku puolestaan lisääntyi ja pysyi runsaana. Kuhan ja isokokoisen ahvenen lisääntymistä selittivät pääosin lämpimät kesät ja kuhan onnistuneet istutukset. Petokalat, etenkin kuha, voivat osaltaan säädellä Lappajärven ulapan planktonsyöjäkalojen kantoja ja toisaalta estää särjen siirtymistä ulapalle. Tehokalastuksen loputtua alkoi näkyä merkkejä kalakantojen palautumisesta takaisin kohti lähtötilannetta. Rantavyöhykkeellä hankkeen vaikutukset jäivät selvästi vähäisemmiksi kuin ulapalla. Eläinplankton lisääntyi hieman ylemmissä vesikerroksissa, mutta tilanne alkoi palautua ennalleen hankkeen jälkeen. Sinileväkukinnot vaikuttivat vähentyneen hankkeen aikana, tosin kukintojen voimakas vaihtelu vaikeutti arviointia. Tehokalastus ja vesiensuojelun tehostuminen vähensivät fosforipitoisuuksia, tosin myös vähäsateiset vuodet vaikuttivat vähenemiseen. Pitoisuuksien lasku jatkui hankkeen jälkeen. Hanketta edeltänyt klorofyllipitoisuuksien kasvusuuntaus pysähtyi ja pitoisuustaso vakiintui. Tehokalastus pienensi klorofylli/fosfori-suhdetta ja vähensi sisäistä kuormitusta, mutta vaikutus alkoi heiketä hankkeen loputtua. Typpipitoisuuksiin, veden väriin tai näkösyvyyteen kalastus ei vaikuttanut. Tehokalastuksella voidaan parantaa Lappajärven tilaa, mutta kalastuksen on oltava jatkuvaa. Saalistavoitteeksi voisi riittää n. 20-30 kg/ha vuodessa, mutta samalla on jatkettava ulkoisen kuormituksen vähentämistä. Kalastuksen tulisi kohdistua arvokalojen lisäksi myös vähempiarvoisiin kalalajeihin ja samalla on tuettava petokalakantojen vahvistumista.

Energy Efficiency Consideration in Electric Vehicle Transmission

This study is a survey of benefits and drawbacks of embedding a variable gearbox instead of a single reduction gear in electric vehicle powertrain from efficiency point of view. Losses due to a pair of spur gears meshing with involute teeth are modeled on the base of Coulomb’s law and fluid mechanics. The model for a variable gearbox is fulfilled and further employed in a complete vehicle simulation. Simulation model run for a single reduction gear then the results are taken as benchmark for other types of commonly used transmissions. Comparing power consumption, which is obtained from simulation model, shows that the extra load imposed by variable transmission components will shade the benefits of efficient operation of electric motor. The other accomplishment of this study is a combination of modified formulas that led to a new methodology for power loss prediction in gear meshing which is compatible with modern design and manufacturing technology.

Maastotyökoneen ajomoottorin hybridisointiin soveltuvan napavaihteiston dynamiikan mallinnus.

Työn tavoitteena oli mallintaa maastotyökoneen ajomoottorin hybridisointiin soveltuvan napavaihteiston dynamiikka. Työ tehtiin osana Saimaan ammattikorkeakoulun tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena oli ajomoottorin ja integroidun napavaihteiston kaupallistaminen maastotyökoneisiin. Maastotyökoneena simulointimallissa käytettiin tyypillistä maataloustraktoria, johon kytkettiin vielä peräkärry. Traktorin renkaiden napaan oli kytketty ajomoottorina toimiva sähkömoottori, jonka sisään simuloitu napavaihteisto oli integroitu. Napavaihteiston dynamiikan mallintamiseen käytettiin monikappaledynamiikan simulointiohjelmistoa (Adams). Ohjelmalle määritettiin napavaihteiston komponenttien parametrit, joista voitiin simuloida vaihteiston dynaaminen käyttäytyminen. Simuloidusta mallista saatiin kytkimiin kohdistuvat voimat kytkentätilanteessa sekä sähkömoottorin väännön suunnanvaihtotilanteessa eri akselin pituuksilla, eri kytkinten nopeuseroilla, eri traktorin painoilla ja eri kuormilla ajettaessa. Mallissa simuloitiin myös sähkömoottorin käyttäytyminen vaihteenvaihtotilanteessa eri pyörimisnopeuden säätimen kertoimilla. Työssä huomattiin, että akselin mitoituksella voitiin vaikuttaa vaihteistossa ilmeneviin voimiin kytkimen kytkentähetkellä. Myös kytkimen hammastuksessa olevalla hammasvälyksellä voitiin vaikuttaa kytkimiin kohdistuviin voimiin suunnanvaihtotilanteissa. Vaihteistoon kohdistuvista voimista voidaan jatkossa suunnitella kytkimen ja akselin profiili, jotta vaihteisto kestää siihen kohdistuvat voimat.

Vibrations in Rotating Machinery Arising from Minor Imperfections in Component Geometries

Vibrations in machines can cause noise, decrease the performance, or even damage the machine. Vibrations appear if there is a source of vibration that excites the system. In the worst case scenario, the excitation frequency coincides with the natural frequency of the machine causing resonance. Rotating machines are a machine type, where the excitation arises from the machine itself. The excitation originates from the mass imbalance in the rotating shaft, which always exists in machines that are manufactured using conventional methods. The excitation has a frequency that is dependent on the rotational speed of the machine. The rotating machines in industrial use are usually designed to rotate at a constant rotational speed, the case where the resonances can be easily avoided. However, the machines that have a varying operational speed are more problematic due to a wider range of frequencies that have to be avoided. Vibrations, which frequencies equal to rotational speed frequency of the machine are widely studied and considered in the typical machine design process. This study concentrates on vibrations, which arise from the excitations having frequencies that are multiples of the rotational speed frequency. These vibrations take place when there are two or more excitation components in a revolution of a rotating shaft. The dissertation introduces four studies where three kinds of machines are experiencing vibrations caused by different excitations. The first studied case is a directly driven permanent magnet generator used in a wind power plant. The electromagnetic properties of the generator cause harmonic excitations in the system. The dynamic responses of the generator are studied using the multibody dynamics formulation. In another study, the finite element method is used to study the vibrations of a magnetic gear due to excitations, which frequencies equal to the rotational speed frequency. The objective is to study the effects of manufacturing and assembling inaccuracies. Particularly, the eccentricity of the rotating part with respect to non-rotating part is studied since the eccentric operation causes a force component in the direction of the shortest air gap. The third machine type is a tube roll of a paper machine, which is studied while the tube roll is supported using two different structures. These cases are studied using different formulations. In the first case, the tube roll is supported by spherical roller bearings, which have some wavinesses on the rolling surfaces. Wavinesses cause excitations to the tube roll, which starts to resonate at the frequency that is a half of the first natural frequency. The frequency is in the range where the machine normally operates. The tube roll is modeled using the finite element method and the bearings are modeled as nonlinear forces between the tube roll and the pedestals. In the second case studied, the tube roll is supported by freely rotating discs, which wavinesses are also measured. The above described phenomenon is captured as well in this case, but the simulation methodology is based on the flexible multibody dynamics formulation. The simulation models that are used in both of the last two cases studied are verified by measuring the actual devices and comparing the simulated and measured results. The results show good agreement.

Spatial and temporal variation in fish populations and assemblages in coastal waters of the northern Baltic Proper

The distribution and traits of fish are of interest both ecologically and socio-economically. In this thesis, phenotypic and structural variation in fish populations and assemblages was studied on multiple spatial and temporal scales in shallow coastal areas in the archipelago of the northern Baltic Proper. In Lumparn basin in Åland Islands, the fish assemblage displayed significant seasonal variation in depth zone distribution. The results indicate that investigating both spatial and temporal variation in small scale is crucial for understanding patterns in fish distribution and community structure in large scale. The local population of Eurasian perch Perca fluviatilis L displayed habitat-specific morphological and dietary variation. Perch in the pelagic zone were on average deeper in their body shape than the littoral ones and fed on fish and benthic invertebrates. The results differ from previous studies conducted in freshwater habitats, where the pelagic perch typically are streamlined in body shape and zooplanktivorous. Stable isotopes of carbon and nitrogen differed between perch with different stomach contents, suggesting differentiation of individual diet preferences. In the study areas Lumparn and Ivarskärsfjärden in Åland Islands and Galtfjärden in Swedish east coast, the development in fish assemblages during the 2000’s indicated a general shift towards higher abundances of small-bodied lower-order consumers, especially cyprinids. For European pikeperch Sander lucioperca L., recent declines in adult fish abundances and high mortalities (Z = 1.06–1.16) were observed, which suggests unsustainably high fishing pressure on pikeperch. Based on the results it can be hypothesized that fishing has reduced the abundances of large predatory fish, which together with bottom-up forcing by eutrophication has allowed the lower-order consumer species to increase in abundances. This thesis contributes to the scientific understanding of aquatic ecosystems with new descriptions on morphological and dietary adaptations in perch in brackish water, and on the seasonal variation in small-scale spatial fish distribution. The results also demonstrate anthropogenic effects on coastal fish communities and underline the urgency of further reducing nutrient inputs and regulating fisheries in the Baltic Sea region.

Teollisuusvaihteiden kunnossapitopalvelun arvoelementit

Tutkimusongelmana oli tiedon lisääminen teollisuusvaihteiden kunnossapitopal-veluiden asiakasarvon muodostumiseen liittyen. Työn tavoitteena oli arviointi-mallin rakentaminen asiakasarvon osatekijöiden selvittämiseksi sekä niiden tär-keysjärjestykseen saamiseksi. Tutkimusongelmaa lähestyttiin kolmesta teo-rianäkökulmasta: (1) Arvo-käsitteen ja arvoon läheisesti kytköksissä olevista suorituskyvyn osatekijöiden määrittelystä, (2) kunnossapidon merkityksestä ja roolista yrityksen liiketoiminnassa ja (3) asiakas-toimittaja –suhteen merkityk-sestä asiakasarvon muodostumisessa. Teorianäkökulmien pohjalta muodostettiin teollisuusvaihteiden kunnossapidon viitekehykseen sopiva arvohierarkia, jonka osatekijöiden, arvoelementtien, yhteisvaikutuksesta kunnossapitopalvelun asia-kasarvo syntyy. Työn empiriaosuudessa mallia testattiin käytännössä. Hierarkian arvoelementtien tärkeysjärjestyksen ja kaikille asiakkaille yhteisten arvoelementtien löytämiseksi käytettiin Analyyttisen hierarkiaprosessin (AHP) menetelmää osana asiakasryh-mähaastatteluita. Haastattelut toteutettiin täsmäryhmähaastatteluina ja haastatel-tavat ryhmät koostuivat haastatteluihin valittujen asiakkaiden kunnossapidon vastuuhenkilöistä. Tutkimustuloksina havaittiin, että asiakaskohtaiset arvoelementit ja niiden tärke-ysjärjestys saadaan mallin avulla esiin, mutta asiakaskohtaiset erot arvon muo-dostumisessa ovat suuria. Asiakasarvoon vaikuttavien taustatekijöiden, ainakin yhteistyösuhteen tason ja vaihdannan kohteena olevien palveluiden tason, havait-tiin selittävän osaltaan eroja asiakkaiden välillä. Lisäksi teollisen kunnossapidon toimintaympäristön dynaaminen luonne, jossa eri osatekijöiden keskinäiset riip-puvuussuhteet muuttuvat koko ajan, olisi kyettävä huomioimaan myös asia-kasarvon muodostumisen arvioinnissa.

Simulation model of wind turbine gearbox and lubrication system

As increasing efficiency of a wind turbine gearbox, more power can be transferred from rotor blades to generator and less power is used to cause wear and heating in the gearbox. By using a simulation model, behavior of the gearbox can be studied before creating expensive prototypes. The objective of the thesis is to model a wind turbine gearbox and its lubrication system to study power losses and heat transfer inside the gearbox and to study the simulation methods of the used software. Software used to create the simulation model is Siemens LMS Imagine.Lab AMESim, which can be used to create one-dimensional mechatronic system simulation models from different fields of engineering. When combining components from different libraries it is possible to create a simulation model, which includes mechanical, thermal and hydraulic models of the gearbox. Results for mechanical, thermal, and hydraulic simulations are presented in the thesis. Due to the large scale of the wind turbine gearbox and the amount of power transmitted, power loss calculations from AMESim software are inaccurate and power losses are modelled as constant efficiency for each gear mesh. Starting values for simulation in thermal and hydraulic simulations were chosen from test measurements and from empirical study as compact and complex design of gearbox prevents accurate test measurements. In further studies to increase the accuracy of the simulation model, components used for power loss calculations needs to be modified and values for unknown variables are needed to be solved through accurate test measurements.

Vibration analysis of a power take-off line

Gear rattle is a phenomenon that occurs when idling or lightly loaded gears collide due to engine’s torque fluctuations. This behaviour is related to vibration behaviour of the transmission system. Aim of this master’s thesis is to evaluate Adams and Adams/Machinery as a simulation tools for modelling the rattle e ect in a transmission system. A case study of tractor’s power take-o driveline, suspected to be prone to rattle, is performed in this work. Modelling methods used by Adams in this type of study are presented in the theory section while simulation model build with the software during this work is presented in the results. The Machinery toolbox is used to create gears and bearings while other model components are created with standard Adams tool set. Geometries and excitations are exported from other softwares. Results were obtained from multiple variations of a base model. These result sets and literature review suggest that Adams/Machinery may not be the most suitable tool for rattle analysis. While the system behaviour was partially captured, for accurate modelling user-written routines must be used which may be more easily performed with other tools. Further research about this topic is required.