Lietteenkäsittely metsäteollisuudessa

Kandidaatintyön tavoitteena on esitellä erilaisia metsäteollisuudessa syntyviä lietteitä, niiden ominaisuuksia ja käsittelyä. Lietteenkäsittelytekniikat on jaettu mekaanisiin, termisiin, kemiallisiin ja biologisiin menetelmiin. Lisäksi on tutkittu Metsä Board Simpeleen kartonkitehtaalla syntyvää lietettä ja sen sisältämää energiaa. Tutkimuksia varten kesällä 2013 tehtiin koeajoja ja mittauksia, joiden avulla laskettiin, saadaanko lietteen polttamisesta energiaa, vai onko se vain jätteenhävitysmenetelmä. Koeajojakso oli melko lyhyt (2 viikkoa), mutta näytteitä otettiin tiheästi, kahdesti päivässä. Näin yritettiin vähentää lietteen laadun vaihtelun merkitystä tuloksiin. Tuloksista ilmeni, että koeajojakson aikana lietteestä saatiin energiaa enemmän kuin sen polttamiseen kului. Kävi myös ilmi, että tulokset ovat voimakkaasti riippuvaisia lietteen laadusta ja puristuspaineesta. Tulosten perusteella suunniteltiin uusi, toimivampi mittausjärjestelmä. Lisäksi tehtiin ehdotus lietteenpoltossa tuotetun energian seuraamiseksi lähes reaaliajassa.

Industrial-Scale hydrothermal carbonization of waste sludge materials for fuel production

Hydrothermal carbonization (HTC) is a thermochemical process used in the production of charred matter similar in composition to coal. It involves the use of wet, carbohydrate feedstock, a relatively low temperature environment (180 °C-350 °C) and high autogenous pressure (up to 2,4 MPa) in a closed system. Various applications of the solid char product exist, opening the way for a range of biomass feedstock materials to be exploited that have so far proven to be troublesome due to high water content or other factors. Sludge materials are investigated as candidates for industrial-scale HTC treatment in fuel production. In general, HTC treatment of pulp and paper industry sludge (PPS) and anaerobically digested municipal sewage sludge (ADS) using existing technology is competitive with traditional treatment options, which range in price from EUR 30-80 per ton of wet sludge. PPS and ADS can be treated by HTC for less than EUR 13 and 33, respectively. Opportunities and challenges related to HTC exist, as this relatively new technology moves from laboratory and pilot-scale production to an industrial scale. Feedstock materials, end-products, process conditions and local markets ultimately determine the feasibility of a given HTC operation. However, there is potential for sludge materials to be converted to sustainable bio-coal fuel in a Finnish context.

Puuhakkeen käsittely- ja poltto-ominaisuuksien parantaminen

Nykyaikana yhteiskunta tavoittelee uusiutuvaa ja ympäristöä säästävää energiantuotantoa. Biopolttoaineiden käyttö vähentää fossiilisten polttoaineiden osuutta energiantuotannossa. Jotta biopolttoaineilla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita, biopolttoaineita täytyy jalostaa. Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää puuhakkeen jalostuksen merkitystä hakkeen käytölle ja kannattavuudelle. Hakkeen kuivaamisella ja seulonnalla voidaan parantaa hakkeen käsittely- ja poltto-ominaisuuksia. Kosteuden ja tasalaatuisuuden merkitys suurenee, kun haketta käytetään pienissä kattiloissa. Pienissä kattiloissa lämmöntuotannon hyötysuhde pienenee merkittävästi kosteuden suurentuessa. Tällöin polttoaineen kulutus ja energiantuotantokustannukset suurenevat. Suuremmissa kattiloissa hyvälaatuisella hakkeella on mahdollista korvata kalliimpia vara- ja huippukuormapolttoaineita, kuten öljyä. Tällöin fossiilisten polttoaineiden osuus pienenee. Lisäksi kuivaaminen ja seulominen ovat edullisia jalostusprosesseja esimerkiksi pelletin tuotantoon verrattuna.

Sellutehtaan alkalisten valkaisusuodosten käsittely polymeerisilla membraaneilla

Työn tarkoituksena oli tutkia sellutehtaan alkalisen valkaisusuodoksen kierrätystä membraanitekniikkaa käyttäen. Alkalinen valkaisusuodos syntyy sellun valkaisun alkaliuuttovaiheessa ja se on ympäristölle haitallisin sellutehtaan jätevirroista. Suodoksen pH on korkea ja sen lämpötila voi olla suuri, jolloin sopivan membraanin löytäminen on haastavaa. Työssä vertailtiin 4 eri nanosuodatusmembraanin toimivuutta suodatuksessa. NF245, Desal-5 DK, NF270 ja NTR729HG membraaneja käytettiin tutkimuksessa. Suodatukset tehtiin 60 °C lämpötilassa useissa paineissa. Membraanit esikäsiteltiin paineistamalla sekä alkalisella pesulla. Suodatusnäytteistä saadut retentiot ligniinille, TOC:ille sekä johtokyvylle olivat lupaavia. Kaikilla kalvoilla ligniinin retentio oli yli 95 %. NTR729HG kalvoa lukuun ottamatta myös TOC retentiot olivat yli 90%. NTR729HG ja NF270 membraanit kärsivät suodoksen pH:sta sekä lämpötilasta, jolloin niiden retentiot johtokyvylle jäivät alhaisemmiksi, kuin muilla. NTR729HG membraanissa oli merkkejä foulaantumisesta, sekä kalvon hajoamisesta. Muissa membraaneissa oli suodatuksen aikana tapahtunut modifikaatiota.

Hiilidioksidin käsittely P2G prosessia varten

Power-to-Gas (P2G) tarkoittaa sähköenergian muuttamista kaasuksi. Kyse on konseptista, jossa uusiutuvaa energiaa varastoidaan kaasuun kemialliseksi energiaksi. Siinä tuotettava kaasu on joko vetyä tai metaania. Metanoinnissa muodostetaan hiilidioksidista ja vedystä kemiallisella prosessilla metaania, joka voidaan syöttää maakaasuverkkoon. Hiilidioksidin laadulle tässä prosessissa ei ole selkeitä ohjeita. Tässä työssä on tavoitteena selvittää miten hiilidioksidin laatu vaikuttaa metanointiprosessiin ja miten sitä tulee käsitellä tätä prosessia varten. Selvitetään myös mahdollisia hiilidioksidinkäsittelymenetelmiä, sekä lyhyesti talteenotto- ja kuljetustapojen vaikutuksia niihin. Esitetään kirjallisuudesta löytyviä arvioita hiilidioksidin käsittelyn kustannuksille.

Biomassan käsittely voimalaitoksissa

Tässä diplomityössä tutkitaan biomassan esikäsittelyä suurissa voimalaitoksissa. Työssä keskitytään puusta saataviin polttoaineisiin. Biomassan esikäsittely on tärkeä osa voimalaitoksen toimintaa. Sillä pyritään saamaan puulle halutut ominaisuudet loppukäyttöä, kuten polttoa tai kaasutusta varten. Puubiomassan tärkeimpiä ominaisuuksia ovat kosteus, palakoko ja tasalaatuisuus. Työ on jaettu neljään osaan. Ensimmäisessä osassa tutkitaan kiinteän biomassan ominaisuuksia ja ongelmia. Toisessa osassa esitellään erilaisia voimalaitoksissa käytettäviä puubiomassoja ja niiden erityisominaisuuksia ja -vaatimuksia. Kolmannessa osassa esitellään biomassan käsittelyä voimalaitoksella. Käsittely jaotellaan vastaanottoon, esikäsittelyyn, varastointiin ja käsittelylaitteistoihin. Kolmannessa osassa tutkitaan myös käsittelyn erityisvaatimuksia ja esitellään esimerkkejä biomassan kokonaiskäsittelystä laitoksella. Työn neljäs osa paneutuu biomassan käsittelyn turvallisuus- ja ympäristöasioihin. Puubiomassan esikäsittely on suunniteltava käytettävien puulaatujen ja -määrien mukaan. Biomassan kosteuden ollessa korkea, on tutkittava onko kuivurien käyttö kannattavaa ja perusteltua. Jos voimalaitokselle tuleva puu on epätasalaatuista tai sisältää epäpuhtauksia, on käytettävä erilaisia puhdistus- ja murskainlaitteistoja. Biomassan käsittelyssä syntyy melua ja päästöjä. Ympäristö- ja terveyshaittojen ehkäisemiseksi käsittelylaitteistoihin on suunniteltava tarpeelliset suojat ja varojärjestelmät.

Suurten paikkatietoaineistojen käsittely

Maapallosta, sen ihmisistä, muista eliölajeista ja elottomasta luonnosta kerätään joka päivä valtavasti erilaista tilastotietoa. Usein tämä tieto on sidottu paikkaan. Tietoa, johon liittyy paikka, sanotaan paikkatiedoksi. Paikkatietoaineistoa voidaan tarkastella tasoittain. Paikkatieto-ohjelmistolla näitä tasoja pystytään hallitsemaan: poistamaan, lisäämään tai muuttamaan niiden keskinäistä järjestystä. Yhdessä tai erikseen. Paikkatieto-ohjelmistot tarjoavat monipuoliset työkalut paikkatiedon analysoimiseen sekä helppokäyttöisen graafisen käyttöliittymän. Paikkatieto voidaan kuvata joka rasteri- tai vektorimuodossa. Menetelmät eivät kilpaile keskenään, vaan sopivat lähinnä erilaisen tiedon kuvaamiseen. Rasterimuotoisen paikkatiedon sijainti perustuu rasteriruutuihin, rivien ja sarakkeiden sijaintiin ruudukossa. Vektorimuotoinen paikkatieto esitetään yleensä karttakoordinaatteina. Tutkimukseni tavoitteena oli selvittää, miten paikkatietoaineistoja pystyy pilkkomaan pienemmiksi, laskentaa nopeuttavimmiksi paloiksi sekä miten eri muotoa olevien paikkatietoaineistojen välisten ominaisuuksien laskenta onnistuu ilman paikkatieto-ohjelmistoja. Lisäksi pohdin, miten tällainen laskenta olisi mahdollista ulottaa ohjelmointitaitoja osaamattomille ihmisille. Tein tutkielman ohessa ohjelmakoodin, joka luki, pilkkoi ja käsitteli rasterimuotoisia paikkatietoaineistoja. Tutkimus osoitti, että suurilla rasteriaineistoilla paikkatieto-ohjelmistojen ulkopuolella tehty laskenta voi tuottaa merkittävää hyötyä paikkatiedon käyttäjälle laskennan nopeutumisen ja monipuolistamisen kautta. Vaikka useissa ammattikäytöön suunnitelluissa paikkatieto-ohjelmistoissa pystyy käyttöä monipuolistamaan itse tekemien skriptien ja osamoduulien avulla, ei tämä anna samaa vapautta, mitä suoraan interaktiivinen pythonin käyttö voi antaa. Toisaalta skriptit ja osamoduulit vaativat saman ohjelmointiosaamisen. Jo pienehkö osaohjelmien paketti voi auttaa merkittävästi paikkatietoaineiston käytössä paikkatieto-ohjelmistoista riippumattomasti. Tutkimuksessani havaitsin paikkatiedon käyttäjien vahvan kahtiajakautuneisuuden. Toisena ryhmänä ovat GIS-ammattilaiset, jotka ymmärtävät paikkatiedon luonteen ja osaavat käyttää paikkatieto-ohjelmistoja. Toisen ryhmän muodostavat ohjelmoinnin ammattilaiset. Näiden kahden ryhmän yhteistyötä täytyisi lisätä.

Aineistojen käsittely ja jalostaminen

Aineistojen käsittely ja jalostaminen. Esitys Liikearkistopäiville 2015.