Geochemistry and water quality of Lake Qarun, Egypt

Water geochemistry is a very important tool for studying the water quality in a given area. Geology and climate are the major natural factors controlling the chemistry of most natural waters. Anthropogenic impacts are the secondary sources of contamination in natural waters. This study presents the first integrative approach to the geochemistry and water quality of surface waters and Lake Qarun in the Fayoum catchment, Egypt. Moreover, geochemical modeling of Lake Qarun was firstly presented. The Nile River is the main source of water to the Fayoum watershed. To investigate the quality and geochemistry of this water, water samples from irrigation canals, drains and Lake Qarun were collected during the period 2010‒2013 from the whole Fayoum drainage basin to address the major processes and factors governing the evolution of water chemistry in the investigation area. About 34 physicochemical quality parameters, including major ions, oxygen isotopes, trace elements, nutrients and microbiological parameters were investigated in the water samples. Multivariable statistical analysis was used to interpret the interrelationship between the different studied parameters. Geochemical modeling of Lake Qarun was carried out using Hardie and Eugster’s evolutionary model and a model simulated by PHREEQC software. The crystallization sequence during evaporation of Lake Qarun brine was also studied using a Jänecke phase diagram involving the system Na‒K‒Mg‒ Cl‒SO4‒H2O. The results show that the chemistry of surface water in the Fayoum catchment evolves from Ca- Mg-HCO3 at the head waters to Ca‒Mg‒Cl‒SO4 and eventually to Na‒Cl downstream and at Lake Qarun. The main processes behind the high levels of Na, SO4 and Cl in downstream waters and in Lake Qarun are dissolution of evaporites from Fayoum soils followed by evapoconcentration. This was confirmed by binary plots between the different ions, Piper plot, Gibb’s plot and δ18O results. The modeled data proved that Lake Qarun brine evolves from drainage waters via an evaporation‒crystallization process. Through the precipitation of calcite and gypsum, the solution should reach the final composition "Na–Mg–SO4–Cl". As simulated by PHREEQC, further evaporation of lake brine can drive halite to precipitate in the final stages of evaporation. Significantly, the crystallization sequence during evaporation of the lake brine at the concentration ponds of the Egyptian Salts and Minerals Company (EMISAL) reflected the findings from both Hardie and Eugster’s evolutionary model and the PHREEQC simulated model. After crystallization of halite at the EMISAL ponds, the crystallization sequence during evaporation of the residual brine (bittern) was investigated using a Jänecke phase diagram at 35 °C. This diagram was more useful than PHREEQC for predicting the evaporation path especially in the case of this highly concentrated brine (bittern). The predicted crystallization path using a Jänecke phase diagram at 35 °C showed that halite, hexahydrite, kainite and kieserite should appear during bittern evaporation. Yet the actual crystallized mineral salts were only halite and hexahydrite. The absence of kainite was due to its metastability while the absence of kieserite was due to opposed relative humidity. The presence of a specific MgSO4.nH2O phase in ancient evaporite deposits can be used as a paleoclimatic indicator. Evaluation of surface water quality for agricultural purposes shows that some irrigation waters and all drainage waters have high salinities and therefore cannot be used for irrigation. Waters from irrigation canals used as a drinking water supply show higher concentrations of Al and suffer from high levels of total coliform (TC), fecal coliform (FC) and fecal streptococcus (FS). These waters cannot be used for drinking or agricultural purposes without treatment, because of their high health risk. Therefore it is crucial that environmental protection agencies and the media increase public awareness of this issue, especially in rural areas.

Ilmastonmuutos ja pitkän sähkökatkon haitat

Tämän diplomityön päätavoitteena oli tutkia millaisia vaikutuksia ilmastonmuutoksella on pitkiin sähkökatkoihin ja miten pitkä sähkökatko vaikuttaa yhteiskunnan toimintoihin sekä sähkönkäyttäjiin. Työn alussa käydään läpi ilmastonmuutos ilmiönä. Sittemmin tutkitaan erilaisia ilmastomalleja ja malleista saatuja tuloksia esimerkiksi lämpötilan ja tuulisuuden osalta. Myös roudan ja tykkylumen esiintymiseen paneudutaan. Yli puolet työstä koostuu yhteiskunnan sähkökatkon sietämisen tutkimisesta. Perustoimintojen, kuten vesijohtojen, lämmityksen ja puhelimen toimintaa tutkitaan. Työssä tehdään myös katsaus kuntien valmistuneisuuteen valmiussuunnitelmien ja varavoiman osalta.

Energiaa säästävä uusi viemäriveden pumppausteknologia

Pumppaaminen kuluttaa teollisuudessa huomattavan osan energiasta, joten siellä on myös merkittäviä säästömahdollisuuksia. Maailmanlaajuisesti pumppaus kuluttaa noin viidenneksen sähkömoottorien energiantarpeesta, ja tietyillä teollisuudentoimialoilla jopa yli 50%. Jätevedenpumppaus perustuu edelleenkin pääosin 50- ja 60- luvuilla kehitettyyn tekniikkaan, merkittäviä energiansäästöjä on mahdollista saavuttaa suhteellisen pienillä investoinneilla. Työn teoriaosassa käsitellään perusteet jätevedenkäsittelystä, ja viemäriputkiston rakenteesta. Pumppuja, sähkömoottoreita ja taajuusmuuttajia käsitellään laajemmin keskittyen niiden toimintaan ja toimintaa ohjaaviin teorioihin. Empiirisessä osassa tutkitaan uuden teknologian energiansäästöpotentiaalia erilaisilla mittauksilla, sekä mittausten pohjalta tehdyillä case-analyyseillä. Näitä analyysejä varten työn aikana kehiteltiin laskin, jolla voidaan arvioida energian kulutusta tunnetulle pumpulle, kun tiedetään haluttu toimintapiste. Työssä käsitelty uusi teknologia on mahdollisesti merkittävin uudistus viemäriveden pumppausteknologiaan taajuusmuuttajien käyttöönoton jälkeen. Teknologialla päästään eroon imukaivoista liki täysin, ja sitä kautta saadaan paremmin hallittua monia ongelmia kuten hajuhaittoja. Teknologian merkittävin hyöty on kuitenkin energiansäästö. Perinteisessä teknologiassa taajuusmuuttajat ovat olleet kannattavia, mikäli geodeettisen nostokorkeuden osuus on mahdollisimman pieni. Tyypillisessä uuden teknologian sovelluskohteissa geodeettinen nostokorkeus tulee yleensä olemaan pieni, joten uuden teknologian käyttöönoton kannattavuus on näissä kohteissa erityisen hyvä.

Teollisuuden ja yhdyskuntien energiatehokkuusselvitykset, auditoinnit 2008–2010

Nykypäivänä energiansäästötavoitteet ovat haasteena yhä useammalle energiankuluttajalle. Tavoitteisiin päästäkseen yritykset ja kunnalliset energiankuluttajat kaipaavat usein apua kannattavien energiansäätökeinojen löytämiseksi. Erilaiset energiakatselmukset vastaavat tähän tarpeeseen ja ovat esimerkki tuloksellisesta energiansäästöstä. Lappeenrannan teknillinen yliopisto on tutkinut energiatehokkuutta pitkään erilaisissa projekteissa teollisuuden kanssa yhteistyössä. Osa LUT:n energiatehokkuustutkimusta ovat energia-auditoinnit yrityksille ja kunnille, joita LUT Energian projektin puitteissa alettiin kehittää vuoden 2008 syksyllä. Energia-auditointien fokuksena on pyritty pitämään pumppausprosessien energiatehokkuuden optimointia, sillä aihetta on tutkittu yliopistolla laajasti. Pumppausprosesseissa on todettu olevan merkittävä energiansäästöpotentiaali: pumppauksen kuluttamasta energiasta voi olla mahdollista säästää jopa 50 % erilaisilla laite- ja säästötaparatkaisuilla. Pumppausprosessien energia-auditointeja on tehty teollisuuden pumppauskohteisiin kuin myös kunnallisiin vesi-huoltolaitoksiin. Lisäksi energia-auditointien puitteissa on tutkittu energiansäästömahdollisuuksia rakennuksissa. Energiansäästökohteita etsitään sekä lämpö- että sähköenergian osalta. Energia-auditoinneissa pumppausten osalta energiansäästöpotentiaalia on todettu olevan etenkin suuren kokoluokan pumpuissa, joilla on pitkä vuosittainen käyttöaika. Myös pumppujen säätötavalla on suuri merkitys energiankulutukseen. Rakennusten osalta on pyritty selvittämään, kuinka energiankulutus jakautuu eri kulutusryhmien kesken. Säästökohteita on löydetty muun muassa rakennusten tiiviydestä, ilmanvaihdosta kuin valaistuksestakin. Monia auditointien asiakkaita on kiinnostanut etenkin led-teknologian hyödyntäminen yleisvalaistuksessa sekä muut keinot säästää valaistuksen energiankulutuksessa. Pyrkimyksenä on kehittää energia-auditointeja projektin aikana saavutettujen kokemusten avulla sekä myös liiketaloudellisessa mielessä opinnäytetutkielmien avulla. Menestyksekäs palveluliiketoiminta edellyttää määriteltyjä toimintatapoja, riittävän tarkkaa palvelujen rajausta ja koko energia-auditointiprosessin kehittämistä aina asiakassuhteen luomisesta sen jatko-hoitoon saakka.

Mikkelin Pursialan pohjavesialueen haitta-aineet

Mikkelin talousvedestä kahden kolmasosan tullessa Pursialan pohjavesialueelta on alueen suojeleminen tärkeää. Pohjaveden laatua uhkaavat etenkin alueella sattuneet pohjavedenpilaantumistapaukset. Merkittävimmät pohjaveden pilaantumistapaukset ovat VAPO Oy:n sahan aiheuttama pohjaveden pilaantuminen kloorifenoleilla (CP) ja VR:n ratapölkkykyllästämön aiheuttama pohjaveden pilaantuminen kreosoottiöljyllä sekä Rinnekadun Nesteen aiheuttama pohjaveden pilaantuminen MTBE:llä. Alueella on tehty tutkimuksia ja kunnostuksia pilaantumiin liittyen, mutta näiden tuloksia ei ole aikaisemmin koottu yhteen. Tämän työn tavoitteena oli koota tulokset samaan aineistoon. Työssä keskityttiin kloorifenolien leviämisen tarkasteluun sen Pursialan pohjavedenottamolle muodostaman suurimman uhan vuoksi. Kallioperätietojen, maanpintatietojen ja näytetietojen pohjalta laadittiin myös pienoismalli CP-pilaantuman leviämisen kokonaiskuvan hahmottamiseksi. Työn tavoitteena oli lisäksi tehdä riskitarkastelua CP-pilaantumaan liittyen ja etsiä keinoja hallita havaittuja riskejä. Riskinhallintaan liittyen työssä tutkittiin kloorifenoleilla pilaantuneen alueen maaperä- ja kalliotietoja sekä pohjaveden laatutietoja. Pursialan pohjavedessä on runsaasti rautaa ja mangaania sekä aggressiivista hiilihappoa. Pohjaveden pH on alueella noin 6,5, lämpötila noin 7,5 ºC ja happipitoisuus noin 0,7 mg/l. Pursialan kaupunginalueen kallioperässä on havaittavissa VAPO Oy:n sahalta vedenottamolle etenevä kalliopainanne, jota pitkin CP etenee. Alueen kallioperä on kiillegneissiä, jossa on pohjois–etelä-suuntaista rakoilua. Maaperätuloksien perusteella on havaittavissa vettä hyvin johtavien maakerrosten jatkuminen koko vedenottamon ja sahan välisen matkan, mikä tarkoittaa, että CP-pitoisella pohjavedellä voi olla aiemmin oletettua nopeampikin yhteys sahalta vedenottamolle. Suurin CP-pitoisuus noin 100 000 µg/l on mitattu KY-5-altaan kohdalle asennetun M14-pohjavesiputken pohjasta. Talousvesiasetuksen raja-arvo CP:lle on 10 µg/l. Sahan ja vedenottamon puolivälissä on havaittu yli 10 000 µg/l meneviä CP-pitoisuuksia. Suurin vedenottamon kaivoista (kaivo 10) mitattu pitoisuus on 149 µg/l. Jakotukilta raakavedestä otetuissa näytteissä tai talousvedessä ei ole kuitenkaan havaittu talousvesiasetuksen ylittäviä CP-pitoisuuksia. Pienoismallin perusteella CP sijaitsee sahan alueella lähellä kallionpintaa ja hajaantuu koko pohjavesipatjaan vedenottamolle päin mentäessä. CP-mittaustuloksissa on havaittavissa pulssimaisuutta. Tämä johtuu todennäköisesti Saimaan pinnan vaihtelun seurauksena muuttuvasta rantaimeytyneen pohjaveden määrästä. Saimaan pinnan nousu näyttäisi tuloksien perusteella nostavan CP-pitoisuuksia saha-alueella ja laskevan lähellä vedenottamoa. Pohjaveden pintatietojen perusteella tehdyn tarkastelun mukaan pohjavesi voi kulkeutua sahalta vedenottamolle parhaimmillaan noin vuodessa. Työssä arvioitiin KY-5–liuoksen vuosittaiseksi käyttömääräksi noin 648–970 m3. Allassakkaa arvioitiin syntyneen yhteensä noin 10–31 m3. Pohjaveteen arvioitiin joutuneen toiminnan aikana yhteensä noin 3 000–4 000 kg CP:tä. Kloorifenolit esiintyvät pohjavedessä lähes täysin kloorifenolaatteina. Kloorifenolien hajoaminen ja muuntuminen pohjavedessä on epätodennäköistä. Käsitteellisen mallin mukaan kloorifenolipilaantuman suurimmat riskit aiheutuvat kloorifenolien mahdollisuudesta pilata Pursialan vedenottamon talousvesi. Tällä hetkellä riskejä hallitaan kloorifenolien leviämisen tarkkailulla, sahan ja vedenottamon puolivälissä sijaitsevalla koepumppauksella sekä varautumalla aktiivihiilijauheen syöttöön talousvesiprosessiin. Koepumppauksen avulla on saatu ylös tällä hetkellä noin 69 kg kloorifenoleita. Tutkimuksen perusteella suositeltavimmat riskinhallintatoimet tulevaisuudessa ovat sahalla sijaitseva kunnostuspumppaus, sahan ja vedenottamon väliin sijoittuva suojapumppaus- ja vesiverhoyhdistelmä sekä sahan rannan kautta tapahtuvan rantaimeytymisen estäminen.

Vesihuollon aluesaneerausten arvottamisen kehittäminen Jyväskylässä

Vesihuoltoverkostojen ikääntyminen ja niiden kunnon heikentyminen ovat useimpien vesihuoltolaitosten ongelmia. Tekemättä jääneistä saneerauksista muodostuu saneerausvelkaa, jonka hoitaminen vaatii tehokkaita toimenpiteitä.Saneerausten tehokas kohdentaminen on tärkeää, koska käytettävissä olevat taloudelliset ja toiminnalliset resurssit ovat rajallisia. Työn tavoitteena oli kehittää laskentamalli, jonka avulla vesihuollon huonokuntoiset alueet voidaan arvottaa saneerausjärjestykseen. Tutkimusmenetelminä käytettiin vesihuollon yleisten tietojen osalta kirjallisuustutkimusta sekä toimeksiantajan verkostotietojen osalta tapaustutkimusta. Malliin valittiin arvottamisen kannalta merkittävimmät tekijät. Valinta tehtiin tekijöiden arvottamis- ja laskentakelpoisuuden perusteella. Tutkimustietojen perusteella saatiin määritettyä putkimateriaalien ikä- ja materiaalikertoimet. Niiden lisäksi laskennassa huomioidaan putkien kunnossapitotietoja. Tutkimuksen lopputuloksena saatiin kehitettyä laskentamalli, joka vastaa asetettua työn tavoitetta. Laskennan tuloksena saadaan lukuarvo, joka perustuu verkostojen ikä- ja materiaalijakaumaan sekä kunnossapitotietoihin. Suurin lukuarvo vastaa kiireellisimmin saneerattavia kohteita.

Elinkaarihankkeen rakennusliikeriskit

Tiivistelmä: Elinkaaren palvelumallit ovat suosittuja julkisten palveluiden hankintamuotoja Iso-Britanniassa. PPP–malli on yksi monista julkisten palvelujen kumppanuusmalleista, josta on tullut joissakin kunnissa yhä suositumpi hankintamalli myös Suomessa. Tämä on seurausta kuntien tiukasta taloustilanteesta, jossa PPP–hankkeen katsotaan mahdollistavan julkisen sektorin investoinnit joutumatta leikkaamaan muita pakollisia hankintoja. Kuitenkin koko elinkaaren kattavat palvelutarjonnan hankintamallit ovat vielä melko uusia malleja ja meillä on tarve löytää toimivia sopimusmalleja ja käytäntöjä, jotta hankkeista saadaan rakennusliikettä kiinnostavia liiketoimintamalleja. Ulkomailla elinkaarihankkeista on tehty monia tutkimuksia ja konsultit ovat kääntäneet niitä omiin tarkoituksiinsa sopiviksi. Kuitenkin Suomen lainsäädäntö on erilainen julkisten palveluiden tuottamisessa, erityisesti lakisääteisissä terveydenhuoltopalveluissa, vesi- ja jätevesihuollossa, vankeinhoidossa, ja niin edelleen. Tästä näkökulmasta ulkomailla tehdyt tutkimukset eivät sellaisenaan sovi Suomeen käytettäviksi. Esimerkiksi tutkimuksissa esitetään, että elinkaarihankkeet tuottavat pitkän aikavälin kassavirtaan, mutta tämä etu koskee vain rahoittaja ja kiinteistöpalvelu yrityksiä - ei rakennusyritystä. Tutkimuksissa mainitaan myös muista elinkaarihankkeiden mahdollisuuksista, jotka jäävät kuitenkin rakennusliikkeen näkökulmasta epäselviksi. Perinteisiin rakennuttamisen malleihin verrattuna elinkaarihankkeiden sopimusmenettelyt ovat monimutkaisempia sekä aikaa vievempiä ja sopijaosapuolten yhteistyö elinkaarihankkeissa on välttämätöntä. Käytännössä elinkaarihankkeiden riskienjako nähdään julkisen sektorin ja yksityisen sektorin välillä yksipuoliseksi. Jotta elinkaarimalli yleistyisi Suomessa, niin elinkaarisopimuksen riskienjaosta on tehtävä tasapuolinen ja käyttäjä pitää saada myös riskejä kantamaan. Tässä työssä keskitytään arvioimaan elinkaarimallien keskeisiä menestystekijöitä ja riskitekijöitä ja löytää mahdollisia tapoja tehdä hankintaprosessista helppoa ja sujuvaa. Samalla yritetään selvittää, miten elinkaarihankkeesta saadaan rakennusliikkeen kannalta menestyvää liiketoimintaa. Johtopäätökset perustuvat aikaisempiin tutkimuksiin ja empiiriseen tapaustutkimukseen. Työssä arvioidaan niitä seikkoja, jotka vaikuttavat yksityisen sektorin tarjouspäätökseen. Arvioinnissa erotetaan toisistaan kolme erillistä riskitekijää; tarjouksen tekemisen riskit, rakennushankkeen riskit ja elinkaaren aikaiset riskit. Työssä todetaan, että aikaisemmat tutkimukset ovat riittämättömiä rakennusliikkeen riskien arvioimiseen.