Harmonization ofsignificant environmental aspects and their risk assessment in UPM paper and pulp mills

Työn tavoite onharmonisoida yhtenäiset rakenteet UPM:n paperi- ja sellutehtaiden merkittävilleympäristönäkökohdille sekä niiden ympäristöriskienhallintajärjestelmille. Näin saavutetaan yhteneväiset tavoitteet ja analysointikeinot yrityksen yksiköille. Harmonisointiprosessi on osa koko yrityksen ympäristöhallintajärjestelmän kehittämistä. Ja konsernin EMS -prosessi puolestaan konvergoi konsernin integroidun johtamisjärjestelmän kehitystä. Lisäksi työn tapaustutkimuksessa selvitettiin riskienhallintajärjestelmien integroitumispotentiaalia. Sen avulla saavutettaisiin paremmin suuren yrityksen synergia-etuja ja vuorovaikutteisuutta toimijoiden kesken, sekä parannettaisiin riskienhallintajärjestelmän mukautuvuutta ja käytettävyyttä. Työssä käsitellään kolmea esimerkkiä, joiden pohjalta tehdään esitys harmonisoiduille merkittäville ympäristönäkökohdille sekä riskienhallintajärjestelmien parametreille. Tutkimusongelmaa lähestytään haastattelujen, kirjallisuuden, yrityksen PWC:llä teettämän selvityksen sekä omien päätelmien avulla. Lisäksi työssä esitetään ympäristöhallintajärjestelmän tehokkuuden todentaminen ympäristösuorituskyvyn muuttujiin suhteutettuna. Pohjana jatkuvan kehityksen päämäärälle on organisaatio-oppiminen, niin yksittäisen työntekijän, tiimien kuin eri yksiköiden kesken. Se antaa sysäyksen aineettoman omaisuuden, kuten ympäristö-osaamisen, hyödyntämiseen parhaalla mahdollisella tavalla. Tärkeimpinä lopputuloksina työssä ovat ehdotukset harmonisoiduille merkittäville ympäristönäkökohdille sekä ympäristöriskienhallintajärjestelmän määritetyille komponenteille. Niitä ovat määritelmät ja skaalat riskien todennäköisyydelle, seurauksille sekä riskiluokille. Työn viimeisenä osana luodaan pohja tapaustutkimuksen avulla Rauman tehtaan jätevedenpuhdistamon kahden erilaisen riskienhallintajärjestelmän integroitumiselle.

Choice of Optimal MembraneProcesses for Economical Treatment of Paper Machine Clear Filtrate

In this thesis membrane filtration of paper machnie clear filtrate was studied. The aim of the study was to find membrane processes which are able to produce economically water of sufficient purity from paper machine white water or its saveall clarified fractions for reuse in the paper machnie short circulation. Factors affecting membrane fouling in this application were also studied. The thesis gives an overview af experiments done on a laboratory and a pilot scale with several different membranes and membrane modules. The results were judged by the obtained flux, the fouling tendency and the permeate quality assessed with various chemical analyses. It was shown that membrane modules which used a turbulence promotor of some kind gave the highest fluexes. However, the results showed that the greater the reduction in the concentration polarisation layer caused by increased turbulence in the module, the smaller the reductions in measured substances. Out of the micro-, ultra- and nanofiltration membranes tested, only nanofiltration memebranes produced permeate whose quality was very close to that of the chemically treated raw water used as fresh water in most paper mills today and which should thus be well suited for reuse as shower water both in the wire and press section. It was also shown that a one stage nanofiltration process was more effective than processes in which micro- or ultrafiltration was used as pretreatment for nanofiltration. It was generally observed that acidic pH, high organic matter content, the presence of multivalent ions, hydrophobic membrane material and high membrane cutoff increased the fouling tendency of the membranes.

Multispectral Analysis of Paper Production Phases

Paperitehtaissa paperin väriä arvioidaan L*a*b –arvojen perusteella. Tämä lähestymistapa ei ole tarkka ja johtaa siihen, että saman luokkaan kuuluvat paperit saatetaan havaita eri värisinä. Tässä diplomityössä tarkastellaan värien arviointia multispektraalisen kuvantamisen avulla. Menetelmän ajatuksena on verrata standardoidun heijastuman spektriä kohteena olevan paperirullan heijastuman spektriin mittaustapojen avulla. 12:n kirjallisuuteen perustuvan ja yhden tutkimusryhmämme kehittämän mittaustavan joukosta pyrittiin valitsemaan parhaat mittaustavat tutkimuksien perusteella. Mittaustavan tehokkuus tarkoittaa kykä tunnistaa eroavaisuuksia värisävyn, värikylläisyyden ja valoisuuden perusteella. Mittaustapoja tutkittiin sekä keinotekoisilla kuvilla että aidoilla paperinäytteillä. Tuloksena maksimi-minimi-, aritmeettisen keskiarvon minimi- ja geometrisen keskiarvon minimimenetelmä olivat parhaita mittaustapoja.

Effect of forest-based biofuels production on carbon footprint, Case: Integrated LWC paper mill

International energy and climate strategies also set Finland’s commitments to increasing the use of renewable energy sources and reducing greenhouse gas emissions. The target can be achieved by, for example, increasing the use of energy wood. Finland’s forest biomass potential is significant compared with current use. Increased use will change forest management and wood harvesting methods however. The thesis examined the potential for integrated pulp and paper mills to increase bioenergy production. The effects of two bioenergy production technologies on the carbon footprint of an integrated LWC mill were studied at mill level and from the cradle-to-customer approach. The LignoBoost process and FT diesel production were chosen as bioenergy cases. The data for the LignoBoost process were obtained from Metso and for the FT diesel process from Neste Oil. The rest of the information is based on the literature and databases of the KCL-ECO life-cycle computer program and Ecoinvent. In both case studies, the carbon footprint was reduced. From the results, it can be concluded that it is possible to achieve a fossil-fuel-free pulp mill with the LignoBoost process. By using steam from the FT diesel process, the amount of auxiliary fuel can be reduced considerably and the bark boiler can be replaced. With a choice of auxiliary fuels for use in heat production in the paper mill and the production methods for purchased electricity, it is possible to affect the carbon footprints even more in both cases.

Economic Geographical Analysis of The Finnish Paper Industry

The purpose of this academic economic geographical dissertation is to study and describe how competitiveness in the Finnish paper industry has developed during 2001–2008. During these years, the Finnish paper industry has faced economically challenging times. This dissertation attempts to fill the existing gap between theoretical and empirical discussions concerning economic geographical issues in the paper industry. The main research questions are: How have the supply chain costs and margins developed during 2001–2008? How do sales prices, transportation, and fixed and variable costs correlate with gross margins in a spatial context? The research object for this case study is a typical large Finnish paper mill that exports over 90 % of its production. The economic longitudinal research data were obtained from the case mill’s controlled economic system and, correlation (R2) analysis was used as the main research method. The time series data cover monthly economic and manufacturing observations from the mill from 2001 to 2008. The study reveals the development of prices, costs and transportation in the case mill, and it shows how economic variables correlate with the paper mills’ gross margins in various markets in Europe. The research methods of economic geography offer perspectives that pay attention to the spatial (market) heterogeneity. This type of research has been quite scarce in the research tradition of Finnish economic geography and supply chain management. This case study gives new insight into the research tradition of Finnish economic geography and supply chain management and its applications. As a concrete empirical result, this dissertation states that the competitive advantages of the Finnish paper industry were significantly weakened during 2001–2008 by low paper prices, costly manufacturing and expensive transportation. Statistical analysis expose that, in several important markets, transport costs lower gross margins as much as decreasing paper prices, which was a new finding. Paper companies should continuously pay attention to lowering manufacturing and transporting costs to achieve more profitable economic performance. The location of a mill being far from markets clearly has an economic impact on paper manufacturing, as paper demand is decreasing and oversupply is pressuring paper prices down. Therefore, market and economic forecasting in the paper industry is advantageous at the country and product levels while simultaneously taking into account the economic geographically specific dimensions.

Brittleness of Paper

Brittleness is a well-known material characteristic but brittleness of paper is vaguely covered. The objective of this thesis was to characterize the phenomenon and causes around brittleness of paper and to clarify if it is a measurable property. Brittleness of paper was approached from the perspectives of paper physics and paper mills. Brittleness is a property of dry paper and it causes problems at the finishing stages of paper machine. According to paper physics, brittle materials fail in the elastic regime, while ductile materials can locally accumulate a plastic deformation prior to the fracture and they are often able to withstand higher stresses. Brittleness of paper is vastly affected by the surrounding conditions: paper as a hygroscopic material tries to get to the equilibrium. It is also affected by the quality of the pulp used. Measurement techniques can be divided into two categories: based on the viscoelastic behavior of paper and on the exposure to the mechanical stress of sort. The experimental part of the thesis was based on the trials with brittle and non-brittle mill-made LWC papers. It is divided into three parts: strength testing of the brittle and non-brittle papers, analysis of the conditions that may contribute the brittleness and the experimental methods to evaluate brittle behavior. The strength measurements confirmed the influence of the moisture content, but only tensile energy absorption and the fracture toughness measurements provided modest differences between the brittle and non-brittle papers. Versatile analysis of the possible contributing factors resulted into speculation, while the brittle papers contained higher amount of starch, triglycerides and steryl esters. The experimental research proved that the formation, the sensory impression and the variation of local strains may contain the crucial information of paper brittleness.

Model for managing non-core ideas to new companies, products and services in a Finnish forest company

Suomalainen metsäteollisuus on muutoksen partaalla. Uutisissa on nähty miten metsäyrityksen sulkevat tehtaita ja paperikoneita. Suomalaisessa metsäteollisuudessa keskitytään tällä hetkellä lähinnä kulujen alentamiseen ja tuottavuuden parantamiseen. Edellytyssille, että suomalainen metsäteollisuus pysyy kilpailukykyisenä, ovat kuitenkinuudet innovaatiot ja toimialojen välinen yhteistyö. Työn tavoitteena oli luoda toimintamalli UPM-Kymmene Oyj:lle, minkä avulla ydinliiketoimintaan kuulumattomat tuote- ja palveluideat saataisiin hyödynnettyä. Aihe on erittäin ajankohtainen, mikäli halutaan pitää tuotanto jatkossakin Suomessa. Luotumalli painottaa pk-sektorin roolia ja potentiaalia kehittää UPM-Kymmeneltä peräisin olevia ja heidän ydinliiketointaan kuulumattomista tuote ja palveluideoistauusia yrityksiä, tuotteita ja palveluita. Malli edustaa uudenlaista ajattelutapaa ja sen käyttöönotto vaatii perinteisen yrityskulttuurin uudistamista UPM-Kymmenessä.

Metsäteollisuuden prosessien suunnittelu simulointiympäristössä

Prosessisimulointiohjelmistojen käyttö on yleistynyt paperiteollisuuden prosessien kartoituksessa ja kyseiset ohjelmistot ovat jo pitkään olleet myös Pöyry Engineering Oy:n työkaluja prosessisuunnittelussa. Tämän työn tavoitteeksi määritettiin prosessisimulointiohjelmistojen käytön selvittäminen suomalaisissa paperitehtaissa sekä prosessisimuloinnin tulevaisuuden näkymien arviointi metsäteollisuuden suunnittelupalveluissa liiketoiminnan kehittämiseksi. Työn teoriaosassa selvitetään mm. seuraavia asioita: mitä prosessisimulointi on, miksi simuloidaan ja mitkä ovat simuloinnin hyödyt ja haasteet. Teoriaosassa esitellään yleisimmät käytössä olevat prosessisimulointiohjelmistot, simulointiprosessin eteneminen sekä prosessisimuloinnin tuotteistamisen vaatimuksia. Työn kokeellisessa osassa selvitettiin kyselyn avulla prosessisimulointiohjelmistojen käyttöä Suomen paperitehtaissa. Kysely lähetettiin kaikille Suomen tärkeimmille paperitehtaille. Kyselyn avulla selvitettiin mm, mitä ohjelmia käytetään, mitä on simuloitu, mitä pitää vielä simuloida ja kuinka tarpeellisena prosessisimulointia pidetään. Työntulokset osoittavat, että kaikilla kyselyyn vastanneilla suomalaisilla paperitehtailla on käytetty prosessisimulointia. Suurin osa simuloinneista on tehty konelinjoihin sekä massa- ja vesijärjestelmiin. Tulevaisuuden tärkeimpänä kohteena pidetään energiavirtojen simulointia. Simulointimallien pitkäjänteisessä hyödyntämisessä ja ylläpidossa on kehitettävää, jossa simulointipalvelujen hankkiminen palveluna on tehtaille todennäköisin vaihtoehto. Johtopäätöksenä on se, että tehtailla on tarvetta prosessisimuloinnille. Ilmapiiri on kyselytuloksien mukaan suotuisa ja simulointi nähdään tarpeellisena työkaluna. Prosessisimuloinnin markkinointia, erillispalvelutuotteen lisäksi, kannattaisi kehittää siten, että simulointimallin ylläpito jatkuisi projektin jälkeen lähipalveluna. Markkinointi pitäisi tehdä jo projektin alkuvaiheessa tai projektin aikana. Simulointiohjelmien kirjosta suunnittelutoimiston kannattaa valita simulointiohjelmistoja, jotka sopivat sille parhaiten. Erityistapauksissa muiden ohjelmien hankintaa kannattaa harkita asiakkaan toivomusten mukaisesti.

Development of fibre recovery process

The fiber recovery process is an essential part of the modern paper mill. It creates the basisfor mill's internal recirculation of the most important raw materials ¿ water and fiber. It is normally also a start point for further treatment of wastewater and if it works efficiently, it offers excellent basis to minimize effluents. This dissertation offers two different approaches to the subject. Firstly a novel save-all disc filter feeding system is developed and presented. This so-called precoat method is tested both in the laboratory and full-scale conditions. In laboratory scale it beats the traditional one clearly, when low freeness pulps are used as a sweetener stock. The full-scale application needs still some development work before it can be implemented to the paper mills. Secondly, the operationenvironment of save-all disc filter is studied mostly in laboratory conditions.The focus of this study is in cases, where low-freeness pulps are used as a sweetener stock of save-all filter. The effects of CSF-value, pressure drop, suspension consistency and retention chemicals to the quantity and quality of the filtrate was studied. Also the filtration resistance of the low freeness pulps was one studied.

Wet Oxidation of Concentrated Wastewaters: Process Combination and Reaction Kinetic Modeling

The accumulation of aqueous pollutants is becoming a global problem. The search for suitable methods and/or combinations of water treatment processes is a task that can slow down and stop the process of water pollution. In this work, the method of wet oxidation was considered as an appropriate technique for the elimination of the impurities present in paper mill process waters. It has been shown that, when combined with traditional wastewater treatment processes, wet oxidation offers many advantages. The combination of coagulation and wet oxidation offers a new opportunity for the improvement of the quality of wastewater designated for discharge or recycling. First of all, the utilization of coagulated sludge via wet oxidation provides a conditioning process for the sludge, i.e. dewatering, which is rather difficult to carry out with untreated waste. Secondly, Fe2(SO4)3, which is employed earlier as a coagulant, transforms the conventional wet oxidation process into a catalytic one. The use of coagulation as the post-treatment for wet oxidation can offer the possibility of the brown hue that usually accompanies the partial oxidation to be reduced. As a result, the supernatant is less colored and also contains a rather low amount of Fe ions to beconsidered for recycling inside mills. The thickened part that consists of metal ions is then recycled back to the wet oxidation system. It was also observed that wet oxidation is favorable for the degradation of pitch substances (LWEs) and lignin that are present in the process waters of paper mills. Rather low operating temperatures are needed for wet oxidation in order to destruct LWEs. The oxidation in the alkaline media provides not only the faster elimination of pitch and lignin but also significantly improves the biodegradable characteristics of wastewater that contains lignin and pitch substances. During the course of the kinetic studies, a model, which can predict the enhancements of the biodegradability of wastewater, was elaborated. The model includes lumped concentrations suchas the chemical oxygen demand and biochemical oxygen demand and reflects a generalized reaction network of oxidative transformations. Later developments incorporated a new lump, the immediately available biochemical oxygen demand, which increased the fidelity of the predictions made by the model. Since changes in biodegradability occur simultaneously with the destruction of LWEs, an attempt was made to combine these two facts for modeling purposes.

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.

Wood Volume Measurement Using Color Images

Tämä työ käsittelee puutukkien tilavuuden mittaamista värikonenäön avulla. Värikuvat on saatu Simpeleellä olevan metsäteollisuusyrityksen hiomosta. Työssä esitetään perusteellisesti matemaattinen teoria, joka liittyy käytettyihin kuvankäsittelymenetelmiin, kuten luokitteluun, kohinan poistoon ja tukkien segmentointiin. Esitetyt menetelmät implementointiin käytännössä ja eri menetelmillä saatuja tuloksia vertailtiin keskenään. Kuvankäsittelyalgoritmit on implementoitu Matlab 6.0:n avulla. Pääasiassa käytettiin uusinta Image Processing Toolboxia, joka on versio 3.0. Tämä työn näkökulma on pääasiassa käytäntöön soveltava, koska metsäteollsuus on korkealla tasolla Suomessa ja siellä on paljon alan yrityksiä, joissa tässä työssä kehitettyä menetelmää voidaan hyödyntää.

Hyvän hyötysuhteen moottorilla saavutettavat säästöt

Työssä on tutkittu milloin kannattaa hankkia hyvän hyötysuhteen moottori tavallisen moottorin sijasta. Työ on tehty UPM-Kymmene Oyj:n Kaukaan tehtailla. Ensiksi selvitettiin millaisessa kuormassa moottorit Kaukaan sellu- ja paperitehtaalla käyvät. Sen jälkeen työssä laskettiin, milloin hyvän hyötysuhteen moottorilla saavutetaan niin suuret säästöt, että se kannattaa hankkia. Hyvän hyötysuhteen moottorin hankinnalle laskettiin myös takaisinmaksuaika ja sisäinen korko. Herkkyysanalyysillä tutkittiin muuttuuko moottori-investoinnin kannattavuus, kun hankkeen kriittisiä tekijöitä muutetaan. Oleellista moottori-investoinnissa on moottoreiden hinta ja hyötysuhde-ero sekä moottorin käyntiaika ja kuormitusprosentti. Työn perusteella selvisi, että ainakin pienet moottorit kannattaa hankkia hyvän hyötysuhteen moottoreina.

Keskinopeusalueella toimivan induktiomoottori - puhallinkäytön suorituskyvyn mittaus alipainekäytössä

Keskinopeusalueella toimivaa massiiviroottorista epätahtimoottoria voidaan käyttää teollisissa puhaltimissa, joissa on tärkeää saavuttaa normaalia korkeampi pyörimisnopeus ja paine-ero. Usein tällaisella puhaltimella saavutetaan parempi hyötysuhde ja säädettävyys kuin vanhoilla volumetrisilla pumpuilla. Paperikoneiden vedenpoistossa käytetty alipaineen tuotto muodostaa erään sovelluskohteen tällaiselle puhallinkäytölle. Työssä esitellään tällaiseen sovelluskohteeseen suunnitellun puhaltimen ja sitä käyttävän massiiviroottorisen epätahtikoneen testausmenetelmät niiden ominaisuuksien määrittämiseksi, sekä siihen tarvittavan mittalaitteiston vaatimukset. Puhaltimen osalta esitetään täydellinen laskenta perustuen LTKK:ssa 20.10.2000 - 27.10.2000 välisenä aikana suoritettuun puhaltimen testiajoon.

New Climate Change Related EC Directives and Their Interrelations to Green Electricity and Certificate Practices

Työn päätavoite on tutkia vihreän sähkön ja sertifikaattien kaupan ja EY:n uusien ilmastonmuutosta koskevien direktiivien ja direktiiviehdotusten välisiä yhteyksiä. Tutkimuksessa käsitellään direktiiviä sähköntuotannosta uusiutuvilla energialähteillä ja direktiiviehdotuksia Euroopan Unionin alueen päästökaupasta sekä yhdistetyn sähkön ja lämmön tuotannon lisäämisestä. Työ keskittyy erään suomalaisen metsäteollisuusyrityksen toimiin ilmastonmuutoksen hidastamiseksi. Tutkimus keskittyy pääosin EU:n suunnitelmaan aloittaa Unionin jäsenvaltioiden välinen päästökauppa, koska tämä järjestelmä tulee toteutuessaan olemaan teollisuuden kannalta merkittävä. Tilannetta on analysoitu neljän sellu- ja paperitehtaan hiilidioksidipäästölaskelmien avulla. Työssä kehitettyjä laskumalleja voidaan käyttää avuksi yhtiön muilla tehtailla. Tämän lisäksi työssä on luotu malli energiainvestointien arvioimiseksi tulevaisuudessa ottamalla päästöoikeuden hinnan vaikutus huomioon. Päästökaupan vaikutukset pohjoismaisilla vapautuneilla sähkömarkkinoilla on analysoity, koska teollinen sähkönhankinta on suuresti riippuvainen tästä markkinasta. Suomen metsäteollisuuden oma yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto erityisesti uusiutuvista energialähteistä tulee olemaan entistäkin tärkeämpää tiukentuvassa toimintaympäristössä. Tällä hetkellä on käynnissä kokeilu lisäarvon saamiseksi omalle sähköntuotannolle. Tällä haetaan kokemuksia ja valmiutta tulevaa päästökauppaa varten.