Sellu- ja paperiteollisuuden haitallisimmat ilmapäästöt

Diplomityössä luotiin katsaus sellu- ja paperiteollisuuden haitallisimpiin ilmapäästöihin ja ilmapäästömäärien kehitykseen Suomessa 1990-luvun alusta nykypäivään. Työssä tutustuttiin sellu- ja paperiteollisuuden ilmapäästöjä rajoittavan lainsäädännön ajankohtaisiin asioihin Suomessa ja Euroopan Unionissa, sekä tarkasteltiin nykyisen lainsäädännön perustana olleita ilmastosopimuksia eli kansainvälisen ilmastopolitiikan syntyä ja kehittymistä. Työssä on myös selvitetty ilman osuutta paperinvalmistuksessa, tutustuttu ilmapäästöjen rajoittamismenetelmiin ja eri mittausmenetelmiin ilmapäästöjen toteamiseksi. Työn puitteissa suoritettiin mittalaitetestejä eri paperitehtailla. Haitallisimpia ja määrällisesti suurimpia ilmapäästöjä sellu- ja paperiteollisuudessa ovat typen ja rikin oksidit, pelkistyneet rikkiyhdisteet, hiukkaset, haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) ja hiilidioksidi. Ilmapäästömäärät Suomessa ovat typenoksideja lukuun ottamatta olleet laskussa 1990-luvun alusta nykypäivään. Tärkein kasvihuonekaasu on hiilidioksidi, jonka määrää rajoitetaan Kioton sopimuksessa. Vuoden 2002 aikana selvinneekin, mikä on Kioton sopimuksen vaikutus Suomen metsäteollisuuteen. Päästömittauksia tarvitaan lainsäädännön raja-arvojen toteamiseksi, mittauksia suorittavat sertifioidut päästömittauslaboratoriot. Suoritetuissa mittalaitetesteissä havaittiin mittalaitteiden soveltuvuudessa kosteiden paperiprosessin poistokaasujen määrittämiseen suuria eroja.

Feasibility of ASH DEC‐ process in treating sewage sludge and manure ash in Finland

In Finland the thermal treatment of sewage sludge has been moderate in 21th century. The reason has been the high moisture content of sludge. During 2005-2008, 97-99% of sewage sludge was utilized in landscaping and agriculture. However agricultural use has been during 2005-2007 less than 3 %. The aim of national waste management plan is that by 2016 100% of sludge is used either as soil amendment or energy. The most popular utilization method for manure is spreading it on arable land. The dry manures such as poultry manure and horse manure could also be used in incineration. The ashes could be used as fertilizers and while it is not suitable as a starter fertilizer, it is suitable in maintaining P levels in the soil. One of the main drivers for more efficient nutrient management is the eutrophication in lakes and the Baltic See. ASH DEC process can be used in concentrating phosphorus rich ashes while separating the heavy metals that could be included. ASH DEC process uses thermochemical treatment to produce renewable phosphate for fertilizer production. The process includes mixing of ashes and chlorine donors and subsequent treatment in rotary kiln for 20 min in temperature of 900 – 1 050 oC. The heavy metals evaporate and P-rich product is obtained. The toxic substances are retained in air pollution control system in form of mixed metal hydroxides. The aim of conducting this study is to estimate the potential of ASH DEC process in treating phosphorus rich ashes in Finland. The masses considered in are sewage sludge, dry manure from horses, and poultry and liquid pig manure. To date the usual treatment method for sewage sludge in Finland is composting or anaerobic digestion. Part of the amount of produced sewage sludge (800 kt/a fresh mass and 160 kt/a TS) could also be incinerated and the residual ashes used in ASH DEC process. Incinerating only manure can be economically difficult to manage because the incineration of manure is in Finland considered as waste incineration. Getting a permit for waste incineration is difficult and also small scale waste incineration is too expensive. The manure could act as an additional feedstock in counties with high density of animal husbandry where the land area might not be enough for spreading of manure. Now when the manure acts as a supplementary feedstock beside sludge, the ash can’t be used directly as fertilizer. Then it could be used in ASH DEC process. The perquisite is that the manure producers could pay for the incineration, which might prove problematic.

Paineilmajärjestelmän optimoinnin hyödyt tehtaan tuotantoprosessissa

Paineilmaa käytetään teollisuudessa hyvin yleisesti. Teollistuneissa maissa teollisuuden käyttämästä energiasta 8-10 % kuluu paineilman tuottamiseen. Paineilmakompressoreiden nykyaikaisen ohjausjärjestelmän avulla voidaan säästää paineilmajärjestelmän energiakustannuksia jopa 30 %. Ohjauksen optimoinnin yhteydessä on havaittu epäkohtia joiden poistaminen on parantanut tuotantolaitosten toimintaan niin, että saadut säästöt ovat olleet jopa energiasäästöjä suuremmat. Näitä optimoinnin välillisiä hyötyjä haluttiin selvittää tarkemmin. Tutkimuksessa perehdyttiin paineilman käytön ongelmiin eri tuotantolaitoksissa ja arvioitiin paineilmajärjestelmän optimoinnin vaikutuksia tehtaiden tuotantoon. Koska paineilmaa käytetään monissa tehtaiden kriittisissä kohteissa, on tutkimuskohteiden paineilmajärjestelmän ongelmista aiheutunut merkittäviä tuotannonmenetyksiä ja lisäkustannuksia. Merkittävimmät paperitehtaiden tuotantoa vaikeuttavat paineilmajärjestelmän tekniset ongelmat liittyvät paineilman puhtausvaatimuksiin ja riittävän verkkopaineen ylläpidon vaikeuteen. Organisatorisia ongelmia ovat paineilmajärjestelmän käyttöhenkilöstön asiantuntemuksen puutteellisuudet. Näistä aiheutuvaa tuotannon epäluotettavuutta voidaan merkittävästi pienentää kehittämällä paineilmakompressoreita, jälkikäsittelyä, ohjausta ja valvontaa alan asiantuntijoiden avustuksella.

Externalities of Shipping in the Gulf of Finland until 2015

During the last few years, the discussion on the marginal social costs of transportation has been active. Applying the externalities as a tool to control transport would fulfil the polluter pays principle and simultaneously create a fair control method between the transport modes. This report presents the results of two calculation algorithms developed to estimate the marginal social costs based on the externalities of air pollution. The first algorithm calculates the future scenarios of sea transport traffic externalities until 2015 in the Gulf of Finland. The second algorithm calculates the externalities of Russian passenger car transit traffic via Finland by taking into account both sea and road transport. The algorithm estimates the ship-originated emissions of carbon dioxide (CO₂), nitrogen oxides (NO_x), sulphur oxides (SO_x), particulates (PM) and the externalities for each year from 2007 to 2015. The total NOx emissions in the Gulf of Finland from the six ship types were almost 75.7 kilotons (Table 5.2) in 2007. The ship types are: passenger (including cruisers and ROPAX vessels), tanker, general cargo, Ro-Ro, container and bulk vessels. Due to the increase of traffic, the estimation for NO_x emissions for 2015 is 112 kilotons. The NO_x emission estimation for the whole Baltic Sea shipping is 370 kilotons in 2006 (Stipa & al, 2007). The total marginal social costs due to ship-originated CO₂, NO_x, SO_x and PM emissions in the GOF were calculated to almost 175 million Euros in 2007. The costs will increase to nearly 214 million Euros in 2015 due to the traffic growth. The major part of the externalities is due to CO₂ emissions. If we neglect the CO2 emissions by extracting the CO₂ externalities from the results, we get the total externalities of 57 million Euros in 2007. After eight years (2015), the externalities would be 28 % lower, 41 million Euros (Table 8.1). This is the result of the sulphur emissions reducing regulation of marine fuels. The majority of the new car transit goes through Finland to Russia due to the lack of port capacity in Russia. The amount of cars was 339 620 vehicles (Statistics of Finnish Customs 2008) in 2005. The externalities are calculated for the transportation of passenger vehicles as follows: by ship to a Finnish port and, after that, by trucks to the Russian border checkpoint. The externalities are between 2 – 3 million Euros (year 2000 cost level) for each route. The ports included in the calculations are Hamina, Hanko, Kotka and Turku. With the Euro-3 standard trucks, the port of Hanko would be the best choice to transport the vehicles. This is because of lower emissions by new trucks and the saved transport distance of a ship. If the trucks are more polluting Euro 1 level trucks, the port of Kotka would be the best choice. This indicates that the truck emissions have a considerable effect on the externalities and that the transportation of light cargo, such as passenger cars by ship, produces considerably high emission externalities. The emission externalities approach offers a new insight for valuing the multiple traffic modes. However, the calculation of the marginal social costs based on the air emission externalities should not be regarded as a ready-made calculation system. The system is clearly in the need of some improvement but it can already be considered as a potential tool for political decision making.

System-level characterization of Th2 cell development and immune cell responses to ZnO and TiO2 nanoparticles

Asthma and allergy are common diseases and their prevalence is increasing. One of the hypotheses that explains this trend is exposure to inhalable chemicals such as traffi c-related air pollution. Epidemiological research supports this theory, as a correlation between environmental chemicals and allergic respiratory diseases has been found. In addition to ambient airborne particles, one may be exposed to engineered nanosized materials that are actively produced due to their favorable physico-chemical properties compared to their bulk size counterparts. On the cellular level, improper activity of T helper (Th) cells has been connected to allergic reactions. Th cells can differentiate into functionally different effector subsets, which are identifi ed according to their characteristic cytokine profi les resulting in specifi c ability to communicate with other cells. Th2 cells activate humoral immunity and stimulate eradication of extracellular pathogens. However, persistent predominance of Th2 cells is involved in a development of number of allergic diseases. The cytokine environment at the time of antigen recognition is the major factor determining the polarization of a naïve Th cell. Th2 cell differentiation is initiated by IL4, which signals via transcription factor STAT6. Although the importance of this pathway has been evaluated in the mouse studies, the signaling components involved have been largely unknown. The aim of this thesis was to identify molecules, which are under the control of IL4 and STAT6 in Th cells. This was done by using system-level analysis of STAT6 target genes at genome, mRNA and protein level resulting in identifi cation of various genes previously not connected to Th2 cell phenotype acquisition. In the study, STAT6-mediated primary and secondary target genes were dissection from each other and a detailed transcriptional kinetics of Th2 cell polarization of naïve human CD4+ T cells was collected. Integration of these data revealed the hierarchy of molecular events that mediates the differentiation towards Th2 cell phenotype. In addition, the results highlighted the importance of exploiting proteomics tools to complement the studies on STAT6 target genes identifi ed through transcriptional profi ling. In the last subproject, the effects of the exposure with ZnO and TiO2 nanoparticles was analyzed in Jurkat T cell line and in primary human monocyte-derived macrophages and dendritic cells to evaluate their toxicity and potential to cause infl ammation. Identifi cation of ZnO-derived gene expression showed that the same nanoparticles may elicit markedly distinctive responses in different cell types, thus underscoring the need for unbiased profi ling of target genes and pathways affected. The results gave additional proof that the cellular response to nanosized ZnO is due to leached Zn2+ ions. The approach used in ZnO and TiO2 nanoparticle study demonstrated the value of assessing nanoparticle responses through a toxicogenomics approach. The increased knowledge of Th2 cell signaling will hopefully reveal new therapeutic nodes and eventually improve our possibilities to prevent and tackle allergic infl ammatory diseases.

Finnish cleantech SMEs in China: Challenges and solutions

The rapid economic growth in China has resulted in environmental challenges ranging from air pollution to water-related issues. Thus supporting clean technology, or cleantech, that encompasses industries that focus on alternative energy, pollution and recycling, power supplies and conservation has become one of the focal points in the Chinese economic policy for the next decade. Simultaneously, the Finnish government has initiated programs to support the internationalisation of domestic cleantech companies in an attempt to spiral the industry into one of the pillars of Finnish economic growth. This study concentrates on the conjunction of these two themes and studies the challenges faced by Finnish cleantech SMEs in the Chinese market. Consequently, the study answers the following sub questions: 1. What human and financial resource-based challenges do Finnish cleantech SMEs face in the Chinese market and what are their solutions? 2. What knowledge-based challenges do Finnish cleantech SMEs face in the Chinese market and how can these difficulties be resolved? 3. What network-based challenges do Finnish cleantech SMEs face in the Chinese market, how do they relate to the resource- and knowledge-based challenges, and how can these difficulties be resolved? This qualitative study is conducted by analysing four semi structured interviews collected from four Finnish SMEs that operate in China. The findings of the study indicate that in human resources the most important challenges are related to the hiring and retaining of employees. In contrast to extant academic literature results distinguish salary and social status as the main solutions to this challenge. Regarding financial resources it is discovered that cleantech companies enjoy a benign business environment in China and benefit from the Chinese government’s support for cleantech industry. Challenges related to knowledge resources can be grouped into categories with the most interesting knowledge flows being the stream of local market knowledge into to the foreign parent company and the outward flow of manufacturing and business practice information into the target venture. The challenge related to the first flow is gathering relevant information and the main solutions are clustering at the foreign location and hiring knowledge prior to internationalisation. Regarding the second flow the main challenge is related to intellectual property rights and the most interesting solution is the purposeful transformation of explicit knowledge into tacit knowledge. Finally, it is discovered that networks, called guanxi in China, greatly affect the business processes. Within the guanxi system there is the concept of face which was found to affect employee propensity to stay as well as, as a novel academic result, employees’ knowledge sharing intention.

Maakaasupolttimen säätöjärjestelmän kehittäminen

Jatkuvasti kiristyvät päästörajoitukset pakottavat teollisuuden kehittämään uusia ratkaisuja päästöjen vähentämiseksi. Hiilimonoksidin ja typen oksidien päästörajoitukset ovat erityi-sen tiukat esimerkiksi Kiinassa ja Yhdysvalloissa. Maakaasun ja ilman epätäydellisessä pa-lamisessa muodostuu hiilimonoksidia ja typen oksideja. Käytännön sovelluksissa palaminen on lähes aina epätäydellistä polttoaineen ja ilman epätäydellisen sekoittumisen takia, joten palamisreaktiossa muodostuva savukaasu sisältää edellä mainittuja haitallisia komponentteja lähes poikkeuksetta. Savukaasua voidaan puhdistaa erilaisilla menetelmillä ennen sen pää-tymistä ympäristöön. Tässä diplomityössä esitellään maakaasupoltinjärjestelmän keskeiset komponentit ja aihee-seen liittyvät tarpeelliset käsitteet sekä suunnitellaan polttoaine-ilma-seossuhdesäätö eräälle maakaasupoltinjärjestelmälle. Säädön ensisijaisena tavoitteena on pitää seossuhde mahdolli-simman tarkasti halutussa arvossa savukaasun puhdistuksen kannalta. Lisäksi säädön on tarkoitus taata mahdollisimman hyvä suorituskyky transienttitilanteissa. Järjestelmän eri osien toiminta mallinnetaan ja analysoidaan. Mallinnuksen perusteella suunnitellaan ja simu-loidaan säätöjärjestelmä. Suunniteltu säätöjärjestelmä toteutetaan osaksi polttolaitoksen automaatiojärjestelmää. Mittaustulokset osoittavat, että päästöjen kannalta säätö pitää seossuhteen riittävän tarkasti halutussa arvossa: hiilimonoksidin ja typen oksidien päästöt ovat asetettujen rajojen sisällä. Testiajojen perusteella prosessi on kuitenkin erittäin häiriöinen ja transienttitilanteissa ei saavuteta simulointien mukaista suorituskykyä.

Kohti vesiensuojelun aikaa; veden laadun muutokset eteläisimmällä Saimaalla

Työn tarkoituksena on ollut tutkia vesianalytiikan kehitystä Suomessa, arvioida rutiini-analytiikan luotettavuutta, selvittää eteläisimmän Saimaan jätevesikuormituksen kehitys ja siihen vaikuttaneet tekijät, laatia aikasarjat eräiden tutkimusalueen keskeisten veden laadun seurantapaikkojen veden laadun kehityksestä ja esittää keinoja veden laadun kehityksen kuvaa¬miseksi tiivistämällä suuri havaintomateriaali yksinkertaisiksi tunnusluvuiksi. Työssä käsiteltä¬vä aikajakso alkaa 1900-luvun alusta ja päättyy vuoteen 1998. Tutkimus on osa laajempaa ko¬konaisuutta. Tutkimusalue käsittää Vuoksen vesistön keskusjärven, Saimaan, eteläisimmät osat eli Pien-Saimaan, Suur-Saimaan, Vuoksen niskan ja Haapaveden altaat sekä vesistön purku¬-uoman, Vuoksen virran (ks. kuvat 5.1. ja 5.2.). Veden laatu alueen luonnontilaisilla alueilla on luokiteltavissa osin oligotrofiseksi, osin lievästi dysoligotrofiseksi. Sadan viimeisen vuoden aikana teollinen toiminta on muuttanut sitä voimakkaasti. Vesiensuojeluun on eteläisimmän Saimaan alueella investoitu yli 1,5 miljardia markka viimeisten noin 30 vuoden aikana. Investointien tuloksena kuormitus on laskenut oleellisesti 1960-luvun maksimikuormituksesta. Jätevesien purkuvesistön veden laatu on tänä aikana myös merkittävästi parantunut. Tämä on osoitettu veden laadun seurantatuloksista tehtyjen erilaisten tarkastelujen avulla (aikasarjadiagrammit, tilasto tarkastelut, indeksilukuluokitukset, PCA- ja PLS- ja DPLS- monimuuttujamallinnukset). Nykyisin veden laatu on lähes koko tutkimusalu¬eella vähintään tyydyttävä. Fysikaalis-kemiallisen veden laadun seurannan historia on Suomessa kansainvälisesti ja kansallisesti pitkä, ja Saimaalta voidaan veden laadun kehitystä arvioida luotettavasti 40 vuoden ajalta. Tutkimusmetodiikat vesitutkimusten pioneerimaissa ovat olleet samankaltaisia ja niiden perusteella on laadittu myös eurooppalaisen vedenlaadunseurannan suositukset. Vaikka tulevai¬suudessa vesistöä ja sen tilan kehitystä on tarkasteltava ekologisena kokonaisuutena, ei tätä voida tehdä ilman nykyisen kaltaista monitorointia. Teollisuuden jätevesikuormitus on laskenut neljännesvuosisadan aikana hyvin merkittä¬västi tavalla, joka vielä kymmenkunta vuotta sitten tuntui saavuttamattomalta. Saimaan. kuten muunkin Suomen metsäteollisuuden taso onkin kansainvälisesti korkea ja täyttää jo nyt kuormi¬tuksen suhteen lähes 2000-luvun alun BAT-tekniikan vaatimukset. Veden laatu ei kuitenkaan ole kuormitetuilla alueilla kaikkialla vielä hyvä, joten vesiensuojeluun on edelleen panostettava, kun tavoitteena on vesien hyvä ekologinen tila. Vesistöstä käsin tarkasteltuna hitaasti hajoavan orgaanisen aineen määrän vähentäminen vedestä on oltava seuraavana tavoitteena. Tätä tukee myös BAT-tekniikan tarkastelu.

Sisäilma- ja kosteusteknisten asantuntijapalvelujen käyttö rakennuttamisprosessissa

Tämä insinöörityö tehtiin HKR-Rakennuttajan Taloteknisen toimiston Kiinteistöjen elinkaaripalvelut- yksikölle. Työ on osa HKR-Rakennuttajan laatujärjestelmän uudistusta ja selkeytystä. Tavoitteena oli selvittää millaisiin asioihin tulisi kiinnittää huomiota kosteusteknisessä mielessä HKR-Rakennuttajan hankkeissa. Samoin Kiinteistöjen elinkaaripalvelut -yksikön asiantuntijapalveluiden käyttö rakennuttamisprosessissa ei ollut selvästi dokumentoituna HKR-Rakennuttajan laatujärjestelmään, joten tähän pyrittiin saamaan selkeytys. Lisäksi käynnissä on kuntotutkimustoiminnan uudistus, jossa kosteusteknisten asiantuntijapalvelujen konsulttitoiminnan käytössä tapahtuu muutoksia. Omalta osaltaan tämä insinöörityö pyrki selvittämään konsultin toimia hankkeen eri vaiheissa. Insinöörityössä kartoitettiin yksikön omat toimintakuvaukset kosteus- ja sisäilmateknisissä asioissa. Tämän jälkeen käydään läpi kaksi eri HKR-Rakennuttajan kohdetta, jossa oli kosteusteknisesti ongelmia. Kohteet valittiin ohjaajien toimesta, sillä näin saatiin esille työn kannalta oleellisia puutteita. Lisäksi kartoitettiin HKR-Rakennuttajan hankkeiden eri vaiheissa eri osapuolien tehtävät kosteus- ja sisäilmatekniseltä kannalta. Kartoitusten ja toimintakuvausten perusteella tehtiin ohje, joka liitettiin HKR-Rakennuttajan laatujärjestelmään. Lisäksi tehtiin urakkarajaliitteeseen velvoite, jossa määritellään kosteudenhallintasuunnitelman sisältö. Tietolähteinä tässä insinöörityössä oli alan kirjallisuus, HKR-Rakennuttajan Taloteknisen toimiston henkilökunnalta saatu suullinen informaatio ja internet.

Vaahdonestokemikaalin syöttötapahtuman tehostamisen vaikutus märkäosan toimintaan

An improved defoamer dosage procedure and a more efficient dosing point to the approach system were studied in this thesis. Their influence on paper machine wet end operations was investigated. The improved defoamer dosing procedure was examined at UMP-Kymmene Tervasaari PM8. Air content and its controlling methods at the paper machine were studied in the literature survey. Also the influence of dissolved gases and entrained air in the papermaking furnish were introduced. Feeding methods – a TrumpJet chemical mixer and traditional feeding devices – were reviewed. The defoamer’s functioning methods were studied. The influence of the use of defoamers was estimated based on the main selected wet end operations. In the experimental part, defoamer mixing with a traditional feeding method and two improved mixing stages were compared based on the air content profiles in PM8’s approach system. The reference dosage procedure was PM8’s old dosing system. The first dosage procedure in the comparison involved two TrumpJet chemical mixers installed on the bottom wire trays. The second element of comparison involved the improvement brought by a third TrumpJet chemical mixer installed on the top wire tray. This second comparison of the efficient defoamer feeding concept was made at a higher production speed of PM8. The air content control situation was also studied at the higher production speed. In addition the connection between the defoamer and air content was observed and a mill-scale system was studied. The economical benefits of the new dosing procedure were also reviewed. Air content profiles of short circulation were measured in the reference situation and the two comparison points of the study. These air content measurements proved the main gas load is introduced to PM8's paper furnish from the white water tray. Thick stock air content was not essential when the air volume flow was considered. The improved defoamer dosing procedure made lower dosage amounts possible. Compared with the traditional feeding system, the new defoamer feeding concept made only few direct improvements to the wet end operations and the produced paper itself. The lower defoamer need was noticed to have a positive influence on hydrophobic sizing and paper defects. The surfaces of the white water tanks and the operation of pumps were assessed based on the density variations of the suspension. The temperature in the white water silo was stated to have a significant influence on the air content measured in the first centrifugal cleaning stage.

Amerikkalaista talousnäkökulmaa liikenteen päästöihin

Kirjallisuusarvostelu

Energy Supply of Detached Houses in Russia and Finland

The problem of choosing the heating system is always relevant when building new houses. Type of energy source (solid fuel, liquid fuel, gas, electricity, alternative sources) is the main issue in choosing the heating system. The work gives a comprehensive overview of heating methods, determines their advantages and disadvantages taking into account economical and ecological situations in Finland and Russia. Quantitative contribution of single Finnish and Russian detached houses in the overall level of carbon dioxide emissions is estimated when using each method. Comparison of Russian and Finnish energy markets and their impact on electricity pricing is made in the work. The influence of air pollution on environmental offsets according to Russian and Finnish legislative and normative acts is determined.