Kasvihuonekaasujen päästökaupan ohjausvaikutus sellutehtaan prosessien ja laitteiden kehityksessä

EU:n päästökaupan ensimmäinen jakso alkoi 1.1.2005. Päästökauppa on aiheuttanut sen piiriin kuuluvalle teollisuudelle monia haasteita ja riskejä kasvavien kustannusten muodossa. Massa- ja paperiteollisuus on päästökaupanpiiriin kuuluva teollisuudenala, johon päästökaupan kustannukset vaikuttavat haitallisesti globaalin hinnoittelun vuoksi. Massa- ja paperiteollisuudelle päästökaupasta voi koitua kustannuksia päästöoikeuksien ostamisesta, sähkön, polttoaineiden ja kemikaalien hinnan noususta sekä raaka-ainehuollon vaikeutumisesta. Toisaalta tehtaat voivat hyötyä päästökaupasta alittaessaan päästöoikeutensa tai myydessään sähköä ulkopuoliseen verkkoon. Massa- ja paperiteollisuudessa sähköä kuluu enimmäkseen pumppauksiin eli massan siirtoon ja mekaanisen massan valmistukseen. Suurimpia sähköenergian kuluttajia sellun valmistuksessa ovat soodakattila, puunkäsittely, valkaisu ja lajittelu. Lämpöä tarvitaan haihdutus-, kuivaus- ja keittoprosesseissa. Kemikaaleista klooridioksidin valmistuksessa käytettävä natriumkloraatti on kustannusten kannalta merkittävin kemikaali. Tässä työssä tutkittiin päästökaupan aiheuttamien kustannusten vähentämismahdollisuuksia kohdetehtaalla. Suurin potentiaali liittyy meesauunissa poltettavan maakaasun korvaamiseen mäntyöljyllä tai biomassan kaasutuskaasulla. Kemikaalikulutuksen osalta happidelignifiointi on merkittävin mahdollisuuskustannusten alentamiseksi. Lisäksi päästökaupan kustannuksia voidaan alentaa muun muassa oikealla mitoituksella ja sekundäärilämpöjen optimaalisella käytöllä.

EU:n uuden kemikaaliasetuksen ja REACH järjestelmän vaikutukset ABB Oy, Sähkökoneisiin

EU on valmistelemassa uutta kemikaaliasetusta joka sisältää myös nk. REACH järjestelmän. Uusi asetus tulee voimaan vuonna2006 tai 2007. Uudella asetuksella pyritään mm. parantamaan ihmisten terveyden ja luonnon suojelua, sekä selventämään nykyään hyvin sekavaa EU:n kemikaalilainsäädäntöä. Kemikaaliasetus koskee kemikaalien valmistusta, maahantuontia ja käyttöä valmistusprosesseissa. Tässä diplomityössä tarkastellaan uuden kemikaaliasetuksen ja REACH järjestelmän aiheuttamia vaikutuksia sähkömoottoreiden ja -generaattoreiden valmistukseen ABB Oy, Sähkökoneiden kannalta. Työssä on tarkasteltu uuden kemikaaliasetuksen tuomia muutoksia kemikaaliturvallisuuden hallintaan ja kemikaalikustannuksiin. Työssä tarkastellaan ABB Oy, Sähkökoneiden roolia jatkokäyttäjänä. Työssä on tarkastellut myös mitä vaikutuksia aineiden mahdollisilla poistumisilla markkinoilta olisi tuotantoprosessiin. Vaikutukset näkyvät pääasiassakemikaalikustannusten nousuna ja muutoksina kemikaali turvallisuuden hallinnassa, lisäksi markkinoilta saattaa poistua valmistuksen kannalta tärkeitä kemikaaleja. Asetuksen voimaantulon aiheuttamien lopullisten kustannusten määrään vaikuttaa suuresti se kuinka paljon aineita poistuu markkinoilta ja kuinka paljon tämän takia joudutaan tekemään muutoksia valmistusprosessissa.

Sellu ja paperiteollisuuden jätevesien tertiäärikäsittelyn kemikaloinnin optimointi

Kuluneen vuosikymmenen aikana metsäteollisuuden päästöt ympäristöön ovat pienentyneet huomattavasti tuotantomäärien kasvustahuolimatta. Lainsäädännön myötä lupa-arvot tiukentuvat edelleen joten olemassa olevia puhdistus prosesseja on parannettava ja niiden rinnalle on kehitettävä uusia, yhä tehokkaampia menetelmiä. Aquaflow Oy suunnittelee jäteveden puhdistamoja sellu- ja paperiteollisuuteen. Kilpailun kiristyessä kilpailuetua haetaan jatkuvan kehittymisen kautta. Yhä useammilla jäteveden puhdistamoilla tarvitaan teriäärikäsittely biohajoamattoman aineksen poistamiseen. Tertiäärikäsittely on käyttökustannuksiltaan kallis kemikaali kulutuksensa vuoksi. Tässä työssä pyrittiin optimoimaan tertiääriprosessin kemikaalien syöttöä. Lisäksi selvitettiin millaisissa oloissa keskeiset saostus ja flokkaus prosessit toimivatparhaiten, sekä mitkä tekijät vaikuttavat merkittävästi jäteveden kemiallisen käsittelyn tulokseen. Saatujen tulosten perusteella kemikaalien sekoituksen tehostuksen seurauksena kemikaali määriä voidaan pienentää, samalla puhdistustulos paranee ja jäännöskemikaalien määrä pienenee. pH:n säätö on olennainen osa prosessin toiminnan kannalta, jos pH ei ole kemikaalien toiminta alueella ei puhdistusta tapahdu ja kemikaalit kulkeutuvat luontoon. Tertiäärikäsittelyyn tulevan jäteveden online seurannan avulla juuri oikea kemikaaliannos olisihelpompaa määrittää kuin päivän viiveellä tulevien laboratorio analyysien perusteella ja yli-/ali annostukselta vältyttäisiin

Musteenpoiston optimointi siistausprosessissa

Tämän diplomityön tarkoituksena oli optimoida Keräyskuitu Oy:n siistausprosessi uusiomassan vaaleuden ja puhtauden kannalta. Työn kirjallinen osa koostui katsauksesta vaahdotussiistausprosessiin, laitteisiin sekä uusiomassan ominaisuuksiin ja käyttöön paperiteollisuuden raaka-aineena. Kokeellisessa osassa prosessimuuttujat liittyivät keräyspaperin kuidutukseen, musteenerotukseen vaahdotuksessa sekä lietteen- ja vesienkäsittelyyn. Tämän työn tulosten ääriarvoja vertailleissa prosessimuuttujien optimoinnilla oli vaikutusta massan vaaleuteen 4…5 %-ISO. Parhaimmillaan vaahdotuksen jälkeisen massan vaaleus oli noin 62 %. Tämän jälkeen massan vaaleutta voidaan edelleen parantaa valkaisulla, mutta valkaisu ei kuulunut tämän työn sisältöön. Paperin kuidutuksen alkusakeuden nostaminen vähensi sekä kuituuntumattoman massajakeen osuutta että kuidutuksen energiankulutusta. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta paras alkusakeus oli 18 %. Kuidutuksen silikaattitason nostaminen 1,6 %:iin asti paransi merkittävästi massan vaaleutta. Silikaattitason nostaminen moninkertaisti kuidutuksen jälkeisen massan jäännösperoksidipitoisuuden. Kuidutuksen kokonaisalkalitason nostaminen paransi musteen irtoamista kuidusta, mutta vaaleuteen sen vaikutus oli pienempi kuin silikaattitasolla. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta paras kokonaisalkalitaso oli 1,6 %. Vaahdotuksen sakeuden nostaminen sekä ilma- ja rejektimäärän pienentäminen alensivat hieman kuitusaantoa. Tuhkareduktiota paransi eniten ilmamäärän lisäys. Vaahdotusrejektin lisääminen ja -sakeuden laskeminen nostivat tuhkareduktiota. Vaaleuden ja musteenpoiston kannalta vaahdotuksen ajoparametreiksi valittiin seuraavat: ilmamäärä 32 000 l/min, ilmastusroottorien pyörimisnopeus riittävä, jotta kennojen pinta olisi tasainen. Ensimmäisen vaahdotusvaiheen sopiva rejektimäärä oli noin 2400 l/min, toisen vaiheen 450 l/min ja suositeltava vaahdotussakeus oli 1,0 %. Vaahdotuksen toisen vaiheen ilmamäärällä ja vaahdotussakeudella oli vain vähän vaikutusta vaahdotuksen kuitusaantoon. Lietteenkäsittelyn ongelmat johtuivat lietevirtauksen sakeuden vaihtelusta. Ongelmatilanteessa painoväri alkaa kiertää lietteenkäsittelyn ja mikroflotaation välillä, jolloin puhdistetun veden laatu laskee. Tällöin kiertoveden tila huononee ja massan vaaleus laskee. Lietteen flokkauskemikaali annostellaan lietevirtauksen mukaan, kun parempi tapa olisi annostella kemikaali lietteen virtauksen ja sakeuden perusteella.

Sulfaattisellun valkaisuun käytettävien kemikaalien tuotanto ja valmistuksen energiankulutus

Eri valkaisukemikaalien valmistusmenetelmien välillä on joitakin selkeitä eroja. Erot vaikuttavat erityisesti kemikaalin hintaan ja valmistuksen sekä käytön mielekkyyteen. Kloorikemikaalit sekä otsoni ovat myrkyllisiä ja ympäristölle vaarallisia, mikä tulee ottaa huomioon valmistustapahtumassa ja aineen käytössä. Otsoni ja klooridioksidi on myös välttämätöntä valmistaa sellutehtaalla, koska tuotteet ovat pysymättömiä yhdisteitä. Ainoastaan happikaasua löytyy vapaana luonnosta. Sen valmistukseen riittää yksinkertainen tislaus- tai adsorptiolaitteisto, joilla happi saadaan erotetuksi ilmasta. Klooriyhdisteiden sekä otsonin valmistus vaatii elektrolyysin. Vetyperoksidin luokittelu sijoittuu kahden edellisen ryhmän väliin. Peroksidi voidaan myös valmistaa ilman elektrolyysiä, mutta vedyn valmistus voi tapahtua myös elektrolyyttisesti. Useimmiten vety saadaan kuitenkin maakaasusta tai öljyn reformoinnista. Kloorin valmistuksen yhteydessä syntyy myös natriumhydroksidia. Se on myös tärkeä kemikaali sellun valmistuksessa ja valkaisussa. Kun lasketaan kloorin valmistukseen kuluvaa sähkömäärää, on otettava huomion myös lipeän kaupallinen arvo. Siksi tietty osa kloorin valmistuskustannuksista ja energiasta on laskettava kuuluvaksi lipeälle. Elektrolyysikemikaalien valmistuksessa tarvittava sähköenergia on usein erittäin suuri. Varsinkin, jos tuotantomäärät ovat suuria. Hyötysuhdetta laskee korkea virrantiheys sekä ylijännite. Nämä ilmiöt kasvavat, kun tuotantomäärät ovat suuria ja elektrodimateriaalien määrä on niiden kalleuden takia rajallinen.

Kemikaalien ja aineiden käyttöön liittyvä lainsäädäntö tuotteiden elinkaaren eri vaiheissa ja sen vaikutukset suomalaisten teknologiateollisuusyritysten liiketoiminnan kehittämiseen

Työn tavoitteena oli tuottaa tietoa ja esimerkkejä siitä, miten suomalaisten teknologiateollisuusyritysten tulisi suhtautua kemikaalilainsäädännön vaatimuksiin. Aihetta tarkasteltiin elinkaari- ja toimitusketjunäkökulmasta ja mallinnettiin erilaisia toimitusketjuja. Lisäksi tarkasteltiin yritysten lainsäädäntöosaamiseen vaikuttavia tekijöitä uuden nk. tietoisuuskolmiomallin avulla. Käytännössä aihetta havainnollistettiin kolmen esimerkkisäädöksen, REACH- ja CLP-asetuksen ja RoHS-direktiivin, sekä neljän esimerkkiyrityksen ja -tuotteen avulla. Yritysten tehtäviä esimerkkituotteen toimitusketjussa ja yritysten tietoisuutta esimerkkisäädösten vaatimuksista tarkasteltiin kyselyn avulla. Tulokseksi saatiin, että yritysten lainsäädäntöosaamisen ja -tietoisuuden tasoon vaikuttavat erityisesti lainsäädännön seurantaan käytetyt resurssit ja verkostoituminen. Kemikaalilainsäädäntö edellyttää yrityksiltä tuotteen elinkaaren hallintaa sekä siihen liittyvien ainevirtojen ja toimitusketjun hallintaa. Tuotteet on kyettävä pilkkomaan raaka-aineisiinsa ja yritysten on tunnistettava toimitusketjurooleihinsa liittyvät velvoitteet. On tiedostettava paitsi esimerkkisäädösten, myös muun, alati lisääntyvän kemikaali- ja ympäristösääntelyn vaatimukset, joihin on yrityksissä syytä varautua riittävin resurssein.

Improvement of Surface Strength of Paper

Offset printing is a popular printing method that is especially suitable for large and fast print jobs. Newspapers, magazines and books are typical examples of products printed with offset method. In high volume printing production high efficiency is essential. Offset printing uses tacky inks that cause serious stress to the paper surface. Dusting and linting are terms that describe how loose and weakly bonded particles are removed from the paper surface in the printing process. The removed particles accumulate in the process causing deteriorating print quality. This forces the printing operators to stop production for washing and cleaning. Time and money are lost. Dusting and linting tendency of paper can be decreased by improving the surface strength of paper. In the present work a method to increase the surface strength of paper was studied. In the literature part offset printing method and challenges related to offset printing are presented. A review of new methods for surface sizing of paper is also presented. The experimental part presents trials where an apparatus for improving paper surface strength was tested and developed in mill scale. Laboratory work supporting the actual mill scale operations is also presented. The acquired results provide a solid base of information to make decisions on how to proceed with research in the present field of study.

Painelaitteiden kunnonvalvonta ja kemikaaliputkistojen rakennuttaminen

Painelaitteet ja kemikaaliputkistot ovat yleisiä varsinkin kemian alan yrityksissä. Omista-jan ja haltijan on tiedettävä niihin liittyvä lainsäädäntö, ja osattava soveltaa niitä käytän-töön. Työssä on selvitetty painelaitteisiin ja kemikaaliputkistoihin liittyvän lainsäädännön olen-naisin sisältö. Nykyisin painelaitteiden määräaikaistarkastuksia voidaan korvata painelait-teen seurannalla ja kunnonvalvontajärjestelmällä. Mitä se käytännössä tarkoittaa, ja onko Suomessa mahdollisuutta kuinka laajasti hyödynnetty? On tärkeää tuntea painelaitteiden ja kemikaaliputkistojen vikaantumismekanismit ja kunnonvalvontamenetelmät, jotta yritys voi luoda omaan toimintaympäristöön soveltuvan kunnonvalvontajärjestelmän tai paine-laitteiden seurannan. On pyrittävä siihen, että ongelmat havaitaan, ennen kuin vaurio syn-tyy. Kunnonvalvontajärjestelmän luomiseen ja ylläpitoon voidaan hyödyntää painelaittei-den riskiperusteiseen kunnossapitoon ja tarkastukseen tarkoitettua menettelyä. Työssä on tarkemmin käyty läpi menettelyn sisältö. Kustannustehokkuus ja tuotantolaitteiden käytettävyys ovat nousseet tärkeiksi osa-alueiksi kilpailukyvyn takaamiseksi. Painelaitteiden tarkastuksista ja muista painelaitteisiin ja ke-mikaaliputkistoihin liittyvistä ennakkohuolloista syntyvät kustannukset ovat merkittäviä. Näihin kohdistuvia kustannussäästöjä voidaan saavuttaa monin keinoin huonontamatta kuitenkaan turvallisuutta. Työssä on selvitetty kohdeyrityksen painelaitteet ja kemikaali-putkistot. Lisäksi on käyty läpi nykyinen tarkastusjaksotus, keskeisimmät viat ja tarkastuk-siin liittyvää kustannushistoriaa. Lopputuloksena on syntynyt esiselvitys ja kemikaaliputkistojen hankkimista helpottavaa tietoa. Esiselvityksen avulla kohdeyritys voi yhdessä kunnossapitoyrityksen kanssa laatia strategian painelaitteiden kunnossapidolle ja tarkastuksille. Merkittäviä kustannussäästöjä on saavutettavissa ehdotetuilla jatkotoimenpiteillä, vaikka päädyttäisiin edelleen painelait-teiden tarkastuksien osalta noudattamaan olemassa olevaa käytäntöä.

Hiilidioksidin talteenoton mahdollistavat polttotekniikat

Kandidaatintyössä esitellään eri teknologioita hiilidioksidin talteenottamiseksi. Teknologioista esitellään niiden toimintaperiaate, pääpiirteet, heikkoudet ja vahvuudet, sekä nykytila. Työssä käsiteltiin kuutta teknologiaa: hiilidioksidin erotus polton jälkeen, hiilidioksidin erotus ennen polttoa, hiilidioksidin erotus happipoltolla, kemikaalikiertopoltto, kalsiumkiertoprosessi ja yhdistetty kolmen reaktorin kalsium- ja kemikaali kiertopolttoprosessia. Polton jälkeinen hiilidioksidin talteenotto sopii hyvin käytössä olevien laitoksien muuntamiseen niin kuin happipolttokin, mutta erotus ja talteenotto ennen polttoa ei sovellu kun vain uusiin laitoksiin. Kolme viimeisintä käsiteltyä teknologiaa ovat nuoria, kypsymättömiä, niissä paljon etuja ja niiden voi olettaa kehittyvän hyviksi teknologioiksi.

On-line determination of residual collector concentration in flotation process

Valuable minerals can be recovered by using froth flotation. This is a widely used separation technique in mineral processing. In a flotation cell hydrophobic particles attach on air bubbles dispersed in the slurry and rise on the top of the cell. Valuable particles are made hydrophobic by adding collector chemicals in the slurry. With the help of a frother reagent a stable froth forms on the top of the cell and the froth with valuable minerals, i.e. the concentrate, can be removed for further processing. Normally the collector is dosed on the basis of the feed rate of the flotation circuit and the head grade of the valuable metal. However, also the mineral composition of the ore affects the consumption of the collector, i.e. how much is adsorbed on the mineral surfaces. Therefore it is worth monitoring the residual collector concentration in the flotation tailings. Excess usage of collector causes unnecessary costs and may even disturb the process. In the literature part of the Master’s thesis the basics of flotation process and collector chemicals are introduced. Capillary electrophoresis (CE), an analytical technique suitable for detecting collector chemicals, is also reviewed. In the experimental part of the thesis the development of an on-line CE method for monitoring the concentration of collector chemicals in a flotation process and the results of a measurement campaign are presented. It was possible to determine the quality and quantity of collector chemicals in nickel flotation tailings at a concentrator plant with the developed on-line CE method. Sodium ethyl xanthate and sodium isopropyl xanthate residuals were found in the tailings and slight correlation between the measured concentrations and the dosage amounts could be seen.

Diel patterns and tissue-specificity of environmental responses in fish

Humans are profoundly changing aquatic environments through climate change and the release of nutrients and chemicals. To understand the effects of these changes on natural populations, knowledge on individuals’ environmental responses is needed. At the molecular level, the environmental responses are partly mediated by chances in messenger RNA and protein levels. In this thesis I study messenger RNA and protein responses to an assortment of environmental stressors in fish. As daily (diel) rhythms are known to be ubiquitous in different tissues, I particularly focus on diel patterns in the responses. The studied species are the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus L.) and the Arctic char (Salvelinus alpinus L.), both of which have circumpolar distribution in the Northern hemisphere. In the first two studies, three-spined sticklebacks were exposed to both the non-steroidal anti-inflammatory drug diclofenac and low-oxygen conditions (hypoxia), and their responses measured at separate time points in the liver and gills. The results show how the seemingly unrelated environmental stressors, hypoxia and anti-inflammatory drugs, can have harmful combined effects that differ from the effects of each stressor alone. Moreover, both stressors disturbed natural diel patterns in gene expression. In the third study, I studied the responses of three-spined sticklebacks to two test chemicals: one used in hormonal medicine (17α-ethinyl-oestradiol) and one used as a plasticizer and solvent chemical (di-n-butyl phthalate). The results suggest that the phthalate can affect genes related to spermatogenesis in fish testes, while estrogen-mimicking compounds can lead to numerous disturbances in the endocrine system. In the final study, the temperature-dependence of diel rhythms in messenger RNA levels were evaluated in the liver tissue of the Arctic char, a cold-adapted salmonid. The results show that cold acclimation repressed diel rhythms in gene expression compared to warm-acclimated fish, in which the expression of hundreds of genes was rhythmic, suggesting the circadian clock of the Arctic fish species can be sensitive to temperature. Overall, the results of the thesis indicate that fishes’ responses to abiotic factors interact with their diel rhythms, and more studies on the consequences of these interactions are needed to comprehensively understand human impacts on ecosystems.