Status of biomass gasification

Kaasutuksen kannattavuus ja toteutustapa on ollut tarkea ja useiden tutkimuksien kohde. Biomassan kaasutuksen ja siina kaytettavien laitteiden nykytila on epavarma. Niinpa lisatutkimukselle ja tarkasteluille on edelleen tarvetta. Tama tyo keskittyy nykyisin kaytettavien kaasutusprosessien ja laitteiden tarkasteluun. Tyossa kaydaan lapi useita uusimpia kaasutusprojekteja ja esitetaan niista tutkimustarpeita. Lisaksi kaasutusprosessissa pitaa saada hallintaan niille tyypillisia ongelmia kuten kaasun puhdistus, kaasun kasittely, biomassan kasittely ja kaasuttimen muuraus, joista esitetaan lisatietoa. Edelleen esitetaan kaasutusprosessien taydellinen luokittelu. On huomattava etta biomassan kaasutusta tarvitaan jotta saadaan toteutettua EUn hahmotteleman ja saataman energiapolitiikan vaatima kasvu ja kehitys.

Practical applications of a systematic approach to the chemical abatement of pollutants in water and air

The present dissertation is devoted to the systematic approach to the development of organic toxic and refractory pollutants abatement by chemical decomposition methods in aqueous and gaseous phases. The systematic approach outlines the basic scenario of chemical decomposition process applications with a step-by-step approximation to the most effective result with a predictable outcome for the full-scale application, confirmed by successful experience. The strategy includes the following steps: chemistry studies, reaction kinetic studies in interaction with the mass transfer processes under conditions of different control parameters, contact equipment design and studies, mathematical description of the process for its modelling and simulation, processes integration into treatment technology and its optimisation, and the treatment plant design. The main idea of the systematic approach for oxidation process introduction consists of a search for the most effective combination between the chemical reaction and the treatment device, in which the reaction is supposed to take place. Under this strategy,a knowledge of the reaction pathways, its products, stoichiometry and kinetics is fundamental and, unfortunately, often unavailable from the preliminary knowledge. Therefore, research made in chemistry on novel treatment methods, comprisesnowadays a substantial part of the efforts. Chemical decomposition methods in the aqueous phase include oxidation by ozonation, ozone-associated methods (O3/H2O2, O3/UV, O3/TiO2), Fenton reagent (H2O2/Fe2+/3+) and photocatalytic oxidation (PCO). In the gaseous phase, PCO and catalytic hydrolysis over zero valent ironsare developed. The experimental studies within the described methodology involve aqueous phase oxidation of natural organic matter (NOM) of potable water, phenolic and aromatic amino compounds, ethylene glycol and its derivatives as de-icing agents, and oxygenated motor fuel additives ¿ methyl tert-butyl ether (MTBE) ¿ in leachates and polluted groundwater. Gas-phase chemical decomposition includes PCO of volatile organic compounds and dechlorination of chlorinated methane derivatives. The results of the research summarised here are presented in fifteenattachments (publications and papers submitted for publication and under preparation).

Mekanisoidun hitsauksen käyttö ydinvoimalaitoksella

Diplomityössä päätavoitteena oli selvittää kuinka mekanisointia voitaisiin hyödyntää Fortum Power & Heat Oy:n Loviisan voimalaitoksen hitsauksissa. Työn osatavoitteisiin kuului mm. tutkia saadaanko mekanisoinnin käytön seurauksena parannettua laatua pienennettyä säteilyannoksia tai kustannuksia. Käytännön esimerkkinä oli pääkiertopumpun pesän tiivistepinnan korjaushitsaus. Teoriaosuus käsittelee nykyaikaisia hitsausmenetelmiä sekä hitsauksen mekanisoinnista ja automatisoinnista saatavia etuja. Käytännön osuudessa käytiin läpi Loviisan voimalaitoksen mekanisoidun hitsauksen historia ja hitsauksen nykytila ja tulevaisuus. Tulevaisuuden tarkastelussa kartoitettiin kohteita missä mekanisoinnin käytöstä saataisiin hyötyä ja mietittiin miten kyseinen kohteen mekanisointi voitaisiin toteuttaa. Tarkastelujen perusteella Loviisan voimalaitokselta löytyi kolme kohdetta, jossa hitsauksen mekanisointi olisi järkevä toteuttaa tavoitteiden puitteissa. Mekanisoitavissa olevat kohteet olivat putkiston hitsaus, suurien säiliöiden vuorauksien hitsaus ja suurien tiivistepintojen pinnoitushitsaus. Pääkiertopumpun pesän tiivistepinnan hitsaukselle löydettiin kolme laitteistovaihtoehtoa, joiden pohjalta lopullinen päätös voidaan tehdä.

Borrelia burgdorferi evades the effects of ceftriaxone treatment in a mouse model of Lyme borreliosis

Borrelia burgdorferi infektoitujen hiirten antibioottihoidon jälkeinen oireilu Lymen borrelioosi on puutiaisten välittämä monimuotoinen infektiotauti, jonka tunnetuin oire on ns. vaeltava ihottuma eli erythema migrans. Muita tavallisia ilmentymiä ovat erityisesti nivel- ja hermosto-oireet sekä harvemmin sydän- ja silmäoireet. Suurin osa potilaista paranee täysin terveeksi antibioottihoidon avulla, mutta jopa 10 % borrelioosiin sairastuneista oireilee suositusten mukaisesta hoidosta huolimatta. Pitkittyneen oireilun on ajateltu johtuvan mm. infektion laukaisemasta autoimmuunitaudista tai kroonisesta infektiosta, mutta teorioiden tueksi ei ole kyetty esittämään kiistattomia todisteita. Onkin todennäköistä, että antibioottihoidon jälkeisen oireilun takana on useampia mekanismeja eikä yksi teoria selitä kaikkien potilaiden oireilua. Tässä väitöskirjatyössä on tutkittu hoidonjälkeistä borrelioosia hiirimallin avulla. Varhaisvaiheessa (2 viikkoa infektoinnin jälkeen) annettu antibiootti vähensi hiirten nivelturvotusta ja esti B. burgdorferi – bakteerin kasvun kudoksista otetuista näytteissä. Hoidettu¬jen hiirten B. burgdorferi -spesifiset IgG-luokan vasta-aineet pysyivät kuitenkin koholla ja osasta kudosnäytteistä löytyi B. burgdorferi:n DNA:ta PCR-tutkimuksen avulla. Mikäli hiiret hoidettiin myöhäisessä vaiheessa (yli 18 viikkoa infektoinnista) tulokset olivat muuten samanlaiset, mutta keftriaksoni ei vaikuttanut nivelturvotukseen. Näin hiirissä oli aikaansaatu tilanne, joka on hyvin samankaltainen ihmisen hoitoresistentin borrelia-artriitin kanssa: oireet jatkuvat, mutta taudinaiheuttajaa ei saada esiin. Inflammaatiota vaimentavaa anti-TNF-alphaa on käytetty nivelreuman hoidossa menestyksekkäästi huonosti muuhun hoitoon reagoivilla potilailla ja siitä syystä sen ajateltiin voivan vaikuttaa suotuisasti myös B. burgdorferi -infektoitujen hiirten hoidonjälkeiseen nivelturvotukseen. Sillä ei kuitenkaan ollut vaikutusta nivelturvotukseen, mutta yllättäen hoidon jälkeen osa hiirten kudosnäytteistä osoittautui viljelypositiivisiksi. On siis ilmeistä, että hiirimallissamme osa B. burgdorferi spirokeetoista pystyy välttämään keftriaksonihoidon vaikutuksen joko hakeutumalla elimistössä kudokseen, jossa antibiootin pitoisuus ei nouse riittävän korkeaksi, tai ne kykenevät muuntautumaan metabolisesti inaktiiviin tilaan eikä mikrobilääke yhdessä immuunipuolustuksen kanssa onnistu tappamaan niitä. Jatkotutkimuksissa selvitimme B. burgdorferi - spirokeetan mahdollista piilopaikkaa tutkimalla antibioottihoidon jälkeen useita eri kudoksia PCR-menetelmällä. Tulosten perusteella spirokeetta näyttää suosivan nivelkudosta tai soluja, joita esiintyy nivelessä runsaasti. On kuitenkin edelleen epäselvää, missä muodossa B. burgdorferi –spirokeetat säilyvät kudoksessa antibioottihoidon jälkeen.

Targeting Adenoviral Gene Therapy Vectors to Head and Neck Squamous Cell Carcinoma and Heart

Gene therapy aims to treat diseases by introducing genetic material to the diseased tissue. For cancer treatment it is important to destroy cancerous cells; this can be achieved by introducing a gene, which induces cell death or by allowing viral vectors to replicate, which also results in destruction of cancerous cells. For cardiac diseases the approach is more like the former, except the gene produces beneficial effects, like angiogenesis. Adenoviruses have many beneficial qualities, which make the virus an interesting gene therapy vector; it can be produced relatively easily, its manipulation is quite easy and it has naturally broad tropism. By removing or replacing certain genes in the adenoviral genome, it can be made non-replicative. In this study, adenoviral receptor expression patterns were characterized in both head and neck squamous cell carcinoma and the human heart. Adenovirus serotype 5 receptor expression in head and neck cancer cell lines was found to be highly variable between cell lines and overall at lower levels, while Ad35 receptor expression was more uniform and at higher levels in all analyzed cell lines. It was also shown that a hybrid virus Ad5/35 is able to infect cells refractory to Ad5, which correlates with receptor expression in these cells. Furthermore, this difference in infection properties extends to cell killing efficiency in case of conditionally replicative viruses. Expression levels of adenoviral receptors CAR, CD46, CD86 and αv-integrins were found to be high both in normal and dilated cardiomyopathy heart tissue. The receptor levels also correlate with transduction efficiency after intracardiac injection. Ad5 showed superior transduction ability compared with Ad5/35, but evoked also a more profound immune reaction when administered this way. Adenoviral gene therapy vectors are the most used delivery vehicles in clinical trials to date. These vectors have proven to be well tolerated and positive results have been obtained when combined with traditional treatments, although poor transduction efficiency has often been reported due to low-level expression of viral receptors on target cells. In spite of this, the results are encouraging and merit for further research.

Boundary identification in the domain of a parabolic partial differential equation

Bakgrunden och inspirationen till föreliggande studie är tidigare forskning i tillämpningar på randidentifiering i metallindustrin. Effektiv randidentifiering möjliggör mindre säkerhetsmarginaler och längre serviceintervall för apparaturen i industriella högtemperaturprocesser, utan ökad risk för materielhaverier. I idealfallet vore en metod för randidentifiering baserad på uppföljning av någon indirekt variabel som kan mätas rutinmässigt eller till en ringa kostnad. En dylik variabel för smältugnar är temperaturen i olika positioner i väggen. Denna kan utnyttjas som insignal till en randidentifieringsmetod för att övervaka ugnens väggtjocklek. Vi ger en bakgrund och motivering till valet av den geometriskt endimensionella dynamiska modellen för randidentifiering, som diskuteras i arbetets senare del, framom en flerdimensionell geometrisk beskrivning. I de aktuella industriella tillämpningarna är dynamiken samt fördelarna med en enkel modellstruktur viktigare än exakt geometrisk beskrivning. Lösningsmetoder för den s.k. sidledes värmeledningsekvationen har många saker gemensamt med randidentifiering. Därför studerar vi egenskaper hos lösningarna till denna ekvation, inverkan av mätfel och något som brukar kallas förorening av mätbrus, regularisering och allmännare följder av icke-välställdheten hos sidledes värmeledningsekvationen. Vi studerar en uppsättning av tre olika metoder för randidentifiering, av vilka de två första är utvecklade från en strikt matematisk och den tredje från en mera tillämpad utgångspunkt. Metoderna har olika egenskaper med specifika fördelar och nackdelar. De rent matematiskt baserade metoderna karakteriseras av god noggrannhet och låg numerisk kostnad, dock till priset av låg flexibilitet i formuleringen av den modellbeskrivande partiella differentialekvationen. Den tredje, mera tillämpade, metoden kännetecknas av en sämre noggrannhet förorsakad av en högre grad av icke-välställdhet hos den mera flexibla modellen. För denna gjordes även en ansats till feluppskattning, som senare kunde observeras överensstämma med praktiska beräkningar med metoden. Studien kan anses vara en god startpunkt och matematisk bas för utveckling av industriella tillämpningar av randidentifiering, speciellt mot hantering av olinjära och diskontinuerliga materialegenskaper och plötsliga förändringar orsakade av “nedfallande” väggmaterial. Med de behandlade metoderna förefaller det möjligt att uppnå en robust, snabb och tillräckligt noggrann metod av begränsad komplexitet för randidentifiering.

Kalsinaattorin siirtymien ja teräskuoren murtumien tutkiminen

Sementti on yksi eniten maailmassa käytetty rakennusmateriaali ja Suomessa sementin valmistuksesta vastaa Finnsementti Oy kahden tehtaan voimin. Lappeenrannan tehtaalle investoitiin uusi uunilinja vuonna 2007, joka on aikansa kehittyneintä tekniikkaa. Järjes-telmän esilämmitysvaiheen laitteissa, erityisesti kalsinaattorissa, on esiintynyt luvattoman paljon plastisoitumista ja murtumia. Tässä työssä tutkittiin lämpötilan ja sen vaihtelun vaikutusta järjestelmässä syntyneisiin siirtymiin ja murtumiin. Työn alussa luotiin katsaus erilaisiin murtumisilmiöihin ja niiden syntyyn. Vuorauksessa käytettyihin tiilien käyttäytymistä tutkittiin myös, koska ne ovat olennainen osa esilämmi-tysjärjestelmää. Työn kokeellisessa osuudessa aluksi määriteltiin järjestelmässä käytetylle teräkselle lujuusominaisuudet tutkimalla mikrorakennetta sekä suorittamalla veto- että kovuuskokeet materiaalille. Toisessa osiossa mitattiin järjestelmän alasajon aikana tapah-tuneet siirtymät. Laskennallisessa osuudessa tutkittiin väsymismurtuman mahdollisuutta sekä määritettiin kuoressa esiintyvän särön vaikutusta puhkeamis- ja murtumiskuormituk-seen. FEM- analyysissä tarkasteltiin lämpötilan vaikutusta siirtymien suuruuksiin ja pyrittiin löytämään perusteluita, miksi rakenne on todellisuudessa siirtynyt eri suuntiin kuin alun perin oli tarkoitettu. Lisäksi analysoitiin FEM- mallit tiilihyllystä ja kalsinaattorin kuoren tukikehästä, joista tutkittiin lämpökuorman aiheuttamia jännityksiä. Materiaalin osalta selvisi, että kyseessä oli hyvin yleinen rakenneteräs S235 tai sitä vas-taava teräslaatu. Teräs ei ominaisuuksiltaan sovellu kuumiin olosuhteisiin, jonka vuoksi järjestelmässä käytettävän eristevuorauksen kunto on erityisen tärkeä rakenteen käyttöiän kannalta. Vuorauksen kunnosta riippuu, kuinka suuren lämpökuorman teräskuori saa. Väsymismurtuman mahdollisuus jäi minimaalisen pieneksi lämpötilan muutoksen vaiku-tuksesta. Analysoinnin tulosten perusteella voitiin todeta, että lämpötilan hitaasti mutta kohtalaisen suurella vaihteluvälillä sekä tiilien turpoamisen vaikutuksella on erittäin suuri merkitys järjestelmässä esiintyviin murtumiin.

Pretreatment processes in gold recovery by thiosulphate leaching

This thesis describes several different pretreatment processes for gold concentrates and ores. The thesis is divided to theoretical part and experimental part. The theoretical part presents the operating principle of the main pretreatment methods and their suitability for thiosulphate leaching. In the theoretical part also the whole recovery process for gold from ore to elemental gold is presented. In the experimental part the study is focused on pretreatment of sulphidic refractory concentrates with mechanical activation and chemical oxidation under alkaline environment; and their effect on leachability in the thiosulphate leaching. In the experimental part a combined 2-step process, where chemical oxidation under ammoniacal environment is cascaded with thiosulphate leaching in the same conditions, is also tested. The main sulphuric mineral components in the studied refractory concentrate are pyrite (49.4 %) and arsenopyrite (27.7 %). The gold content in the concentrate is 11.3 ppm and silver content is 90 ppm. Without pretreatment the gold conversion in thiosulphate leaching was 30 %, which was analyzed at the time point of 9 hours. At that time the silver conversion was 17 %. By using mechanical activation the gold conversion reached was 59 % and silver conversion 26 %. With chemical oxidation under alkaline environment, where the used chemical was sodium hydroxide, the reached conversion of gold was 72 % and 31 % for silver. In the combined oxidation and leaching experiment the conversion of gold remained at 49 % and 18 % for silver.

Pulsed corona discharge as an advanced oxidation process for degradation of organic

Advanced oxidation processes (AOPs) have been studied and developed to suffice the effective removal of refractory and toxic compounds in polluted water. The quality and cost of wastewater treatment need improvements, and electric discharge technology has a potential to make a significant difference compared to other established AOPs based on energy efficiency. The generation of active oxidant species such as ozone and hydroxyl radicals by high voltage discharge is a relatively new technology for water treatment. Gas-phase pulsed corona discharge (PCD), where a treated aqueous solution is dispersed between corona-producing electrodes free of the dielectric barriers, was developed as an alternative approach to the problem. The short living radicals and ozone formed in the gas phase and at the gas-liquid interface react with dissolved impurities. PCD equipment has a relatively simple configuration, and with the reactor in an enclosed compartment, it is insensitive towards gas humidity and does not need the gas transport. In this thesis, PCD was used to study and evaluate the energy efficiency for degrading various organic compounds, as well as the chemistry of the oxidation products formed. The experiments investigate the aqueous oxidation of phenol, humic substances, pharmaceutical compounds (paracetamol, ibuprofen, indomethacin, salicylic acids, -estradiol), as well as lignin degradation and transformation to aldehydes. The study aims to establish the influence of initial concentration of the target pollutant, the pulsed discharge parameters, gas phase composition and the pH on the oxidation kinetics and the efficiency. Analytical methods to measure the concentrations of the target compounds and their by-products include HPLC, spectrophotometry, TOC and capillary electrophoresis. The results of the research included in this summary are presented in the attached publications and manuscripts accepted for publication. Pulsed corona discharge proved to be highly effective in oxidizing each of the target compounds, surpassing the closest competitor, conventional ozonation. The increase in oxidation efficiencies for some compounds in oxygen media and at lower pulse repetition frequencies shows a significant role of ozone. The role of the ·OH radicals was established in the surface reactions. The main oxidation products, formation of nitrates, and the lignin transformation were quantified. A compound specific approach is suggested for optimization of the PCD parameters that have the most significant impact on the oxidation energy efficiency because of the different characteristics and responses of the target compound to the oxidants, as well as different admixtures that are present in the wastewater. Further studies in the method’s safety (nitration and nitrosation of organic compounds, nitrite and nitrate formation enhancement) are needed for promoting the method.

Modeling of high pressure pretreatment process for gold leaching

Investigation of high pressure pretreatment process for gold leaching is the objective of the present master's thesis. The gold ores and concentrates which cannot be easily treated by leaching process are called "refractory". These types of ores or concentrates often have high content of sulfur and arsenic that renders the precious metal inaccessible to the leaching agents. Since the refractory ores in gold manufacturing industry take a considerable share, the pressure oxidation method (autoclave method) is considered as one of the possible ways to overcome the related problems. Mathematical modeling is the main approach in this thesis which was used for investigation of high pressure oxidation process. For this task, available information from literature concerning this phenomenon, including chemistry, mass transfer and kinetics, reaction conditions, applied apparatus and application, was collected and studied. The modeling part includes investigation of pyrite oxidation kinetics in order to create a descriptive mathematical model. The following major steps are completed: creation of process model by using the available knowledge; estimation of unknown parameters and determination of goodness of the fit; study of the reliability of the model and its parameters.

Combination of pulsed corona discharge with TiO2 photocatalysis: verification of hypothesis

The oxidation potential of pulsed corona discharge concerning aqueous impurities is limited in respect to certain refractory compounds. This may be enhanced in combination of the discharge with catalysis/photocatalysis as developed in homogeneous gas-phase reactions. The objective of the work consists of testing the hypothesis of oxidation potential enhancement in combination of the discharge with TiO2 photocatalysis applied to aqueous solutions of refractory oxalate. Meglumine acridone acetate was included for meeting the practical needs. The experimental research was undertaken into oxidation of aqueous solutions under conditions of various target pollutant concentrations, pH and the pulse repetition rate with plain electrodes and the electrodes with TiO2 attached to their surface. The results showed no positive influence of the photocatalyst, the pollutants were oxidized with the rate identical within the accuracy of measurements. The possible explanation for the observed inefficiency may include low UV irradiance, screening effect of water and generally low oxidation rate in photocatalytic reactions. Further studies might include combination of electric discharge with ozone decomposition/radical formation catalysts.

Meesauunin vaipan konepajavalmistus ja laaduntarkastus

Meesauuni on osa sulfaattisellutehdasta ja sen kemikaalikiertoa. Se on pyörivä kaltevaan tasoon asetettu rumpu-uuni, joka voi olla jopa 160 metriä pitkä ja halkaisijaltaan 5,5 metriä. Kalkki on kiertävä apukemikaali, jota käytetään soodakattilalta tulevan viherlipeän muuttamiseen valkolipeäksi. Meesauunin tehtävänä on kierrättää kalkki (CaO) uudelleen käytettäväksi kaustisoinnissa syntyneestä meesasta (CaCO3). Meesauunin vaipan konepajavalmistus on prosessina hyvin yksinkertainen, mutta toleranssivaatimukset ovat hyvin tiukat suhteutettuna meesauunin kokoon. Vaippalohkojen valmistus on siirtynyt halpatyövoiman maihin lähelle loppukäyttäjiä, joten vaatimukset piirustusten laadulle, valmistukselle, ohjeille ja tarkastamiselle ovat lisääntyneet. Uunin vaippa toimitetaan asennuspaikalle useassa lohkossa ja jokainen vaippalohko on tarkastettava ennen toimitusta. Virheellisten vaippalohkojen siirtyminen asennuspaikalle on estettävä. Työn tavoitteena oli parantaa meesauunin vaippalohkojen konepajavalmistuksen laaduntarkastusta. Tässä työssä tutkitaan mittausmenetelmiä vaippalohkojen geometrian mittaamiseen. Tärkeimmät uunin toiminnallisiin ominaisuuksiin vaikuttavat muototoleranssit vaippalohkoille ovat ympyrämäisyys ja keskiviivan suoruus. Virheet näissä toleransseissa aiheuttavat vaurioita uunin muurauksille ja liian suuria kuormituksia tuennoille. Vaippalohkot on mitattava pyöritysrullaston päällä ja konepajan olosuhteissa, mikä aiheuttaa omat haasteensa. Vaippalohkojen suuret massat ja dimensiot aiheuttavat vaippalohkoihin muodonmuutoksia. Muodonmuutokset täytyy olla hallinnassa, mikäli halutaan käyttää CMS-laitteistoja (Coordinate Measuring System). Meesauunin vaippalohkot ovat mitattavissa radiaalimittauksina tai käyttäen CMS-laitteistoja.