Yhdyskuntalietteiden terminen käsittely ja prosessissa syntyvän tuhkan jalostaminen fosforilannoitteeksi Lappeenrannan alueella

Tässä diplomityössä on selvitetty yhdyskuntalietteiden ominaisuuksia sekä käsittelymenetelmiä keskittyen termiseen käsittelyyn, jolla tässä työssä tarkoitetaan lietteen termistä kuivausta ja polttoa. Työssä on myös selvitetty lietteen poltossa syntyvän tuhkan ominaisuuksia ja niiden sopivuutta lannoitteen raaka-aineena. Fosforimalmin varannot ovat rajalliset ja olettavaa on, että helposti hyödynnettävissä oleva fosforimalmi loppuu noin sadan vuoden kuluessa, mikäli fosforin kulutus pysyy nykyisellä tasolla. Kun lietettä poltetaan, jää lietteessä oleva fosfori tuhkaan. Lietteenpoltossa syntyvät tuhkat sisältävät fosforin lisäksi erilaisia haitta-aineita, joten tuhkan sisältämää fosforia ei kyetä hyödyntämään ilman käsittelyä. Työn case-osassa on selvitetty Lappeenrannan alueella syntyvä yhdyskuntalietemäärä sekä sen hyötykäyttömahdollisuudet alueellisessa lietteen polttolaitoksessa. Lappeenrannan tapauksessa syntyvä lietetuhkan määrä on arvioitu ja määritetty paljonko tuhkasta olisi tulevaisuudessa mahdollisuus jalostaa fosforilannoitetta. Tutkimuksen lopputuloksena voidaan todeta, että lietteen poltto ja polton tuhkan käyttö lannoitteena ei vielä kokonaisprosessina ole toteutettavissa oleva vaihtoehto, mutta teknologisen kehityksen jatkuessa se voisi olla potentiaalinen vaihtoehto yhdyskuntalietteen ja lietetuhkan käsittelyn kokonaisratkaisuksi.

Economy of converting wood to biocoal

The pre-treatment step has a significant influence on the performance of bioenergy chains, especially on logistics. In nowadays conditions it is important to have technologies allowing to convert biomass at modest scales into dense energy carriers that ease transportation and handling. There are such technologies as charring and torrefaction. It is a thermal treatment of organic waste (only woody biomass is considered as a raw material in this work), which aims to produce a fuel with increased energy density. Wood processing is attractive under meaning of green house gas emissions. Charring and torrefaction are promising technologies due to its high process efficiency. It may be also attractive in the future as a renewable fuel with improved storage properties, increased energy density (compared to raw wood) for co-combustion and/or gasification.

Synthesis and characterization of Fe(III)-doped ceramic membranes of titanium dioxide and its application in photoelectrocatalysis of a textile dye

Pure and Fe(III)-doped TiO2 suspensions were prepared by the sol gel method with the use of titanium isopropoxide (Ti(OPri)4) as precursor material. The properties of doped materials were compared to TiO2 properties based on the characterization by thermal analysis (TG-DTA and DSC), X-ray powder diffractometry and spectroscopy measurements (FTIR). Both undoped and doped TiO2 suspensions were used to coat metallic substrate as a mean to make thin-film electrodes. Thermal treatment of the precursors at 400ºC for 2 h in air resulted in the formation of nanocrystalline anatase TiO2. The thin-film electrodes were tested with respect to their photocatalytic performance for degradation of a textile dye in aqueous solution. The plain TiO2 remains as the best catalyst at the conditions used in this report.

Kalsiumkarbonaatin kemiallisfysikaalinen käsittely ja materiaalin karakterisointi

Saostettua karbonaattia voidaan käyttää useiden eri teollisuuksien tuotteissa. Pääosin saostettua kalsiumkarbonaattia kuitenkin käytetään paperin, maalien, muovien sekä elintarviketuotteiden täyteaineena. Koska monet käyttökohteet vaativat saostetulta kalsiumkarbonaatilta tiettyjä puhtausvaatimuksia, sen koostumuksen tutkiminen on suuren kiinnostuksen kohteena. Työn perimmäisenä tarkoituksena on ollut määrittää saostetun kalsiumkarbonaatin kemiallinen koostumus ja selvittää, vaikuttavatko materiaalin kemiallisfysikaalinen modifiointi sen ominaisuuksiin. Kirjallisuusosassa käsitellään yleisesti kalsiumkarbonaattimateriaaleja, saostetun kalsiumkarbonaatin valmistusmenetelmiä ja vastaavanlaisen materiaalin esikäsittelymenetelmiä. Lisäksi tarkastellaan erilaisia analyysimenetelmiä, joita voidaan käyttää kiinteiden epäorgaanisten tai mineraalinäytteiden kemiallisen koostumuksen sekä fysikaalisten ja kemiallisten reaktioiden määrittämiseen. Kokeellisessa osassa tutkittiin käsittelemättömiä saostettuja kalsiumkarbonaattinäytteiden ominaisuuksia ja kemiallista koostumusta erilaisilla alkuaine-, ioni-/spesies- sekä pyrolyysimittauksilla. Näytteitä modifioitiin lämmityksen ja jauhatuksen avulla. Modifioinnin vaikutusta näytteiden kemiallisiin koostumuksiin tutkittiin vertailemalla tuloksia käsittelemättömien näytteiden antamiin tuloksiin. Tutkimus osoitti, että näytteiden lämpökäsittelyllä ei ollut lähes ollenkaan vaikutusta näytteiden kemialliseen koostumukseen. Toisin osoitti näytteiden jauhatus, joka laski ammoniumin pitoisuutta näytteissä. Laitetekniikkaa käytettäessä kapillaarielektroforeesi, ionikromatografi, ICP-AES ja SEM (FTIR) antoivat luotettavinta tietoa näytteiden kemiallisista koostumuksista. Näytteiden fysikaalisia ja kemiallisia reaktioita voitiin havainnollistaa parhaiten käyttäen STA-QMS -laitetta.

Nopeaan pyrolyysiin perustuvan bioöljyn tuotantolaitoksen liiketoiminnallinen malli ja kannattavuuslaskenta Savonlinnan seudulla

Pyrolyysiöljy on biomassasta nopealla hapettomalla lämpökäsittelyprosessilla valmistettavaa nestemäistä polttoainetta. Kasvavien uusiutuvan energian käyttötavoitteiden myötä pyrolyysiöljystä on tullut varteenotettava vaihtoehto fossiilisille polttoöljyille. Suurimmat käytön haasteet ovat alhainen lämpöarvo, happamuus ja korkeahkot kiintoainepitoisuudet verrattuna fossiilisiin polttoöljyihin. Nämä haasteet ovat kuitenkin ratkaistavissa. Työssä tarkasteltiin bioöljyn tuotantolaitoksen liiketoiminnallista mallia ja kannattavuutta Savonlinnan seudulle sijoitettuna. Tätä varten selvitettiin alueellinen raaka-aineen saatavuus ja hinta, sekä potentiaaliset markkinat pyrolyysiöljylle. Kannattavuuslaskentaa varten luotiin exel – pohjainen laskentatyökalu, jolla laskettiin pyrolyysiöljyn tuotannon omakustannushinnat ja kannattavuudet eri laitosvaihtoehdoille. Saaduille tuloksille tehtiin herkkyysanalyysi, jolla selvitettiin merkittävimmät kannattavuuteen vaikuttavat tekijät. Laskettujen tulosten perusteella pienemmät 100 BDMTPD (Bone Dry Metric Ton per Day) tuotantolaitokset eivät ole kannattavia investointeja. Suuremmat 400 BDMTPD tuotantolaitokset ovat kannattavia, kunhan raaka-aine saadaan kohtuulliseen hintaan ja investointikustannukset pysyvät kurissa.

Mädätysjäännöksen rakeistus, terminen kuivaus ja energiahyötykäyttö

Tutkimuksen tavoitteena oli kartoittaa alueellisen jäteyhtiön Kymenlaakson Jäte Oy:n mahdollisuuksia rakeistaa ja termisesti kuivata mekaanisesti kuivattua mädätysjäännöstä sekä mahdollisuuksia toimittaa termisesti kuivattua materiaalia energiahyötykäyttöön. Tutkimuksessa selvitettiin myös kokemuksia lattialämmityksen käyttämisestä mädätysjäännöksen kuivaukseen. Tutkimuksessa perehdyttiin erilaisiin rakeistus- ja kuivausmenetelmiin sekä termisen kuivurin valintaan vaikuttaviin asioihin. Kuvaukset perustuvat kirjallisuudesta ja internetistä saatuihin tietoihin. Tekniikkakuvausten pohjalta lähdettiin kyselemään tarjouksia termisiä kuivauslaitteistoja myyviltä yrityksiltä. Tarjoukset pyydettiin kuiva-ainepitoisuuden muutokselle 30 %:sta 90 %:iin ja oletettiin, että kuivaukseen on käytettävissä lämpöä viideltä kaatopaikkakaasua käyttävältä mikroturbiinilta. Tutkimuksen aikana saatiin tarjous kuudelta yritykseltä. Saadut tarjoukset esiteltiin tiivistetysti raportissa ja kokonaisuudessaan ne sisällytettiin Kymenlaakson Jäte Oy:n laajempaan raporttiin, joka ei ole julkinen. Yritykset antoivat hyvin erilaisia tietoja siitä, mitä tarjoukseen sisältyy, joten tarjoukset eivät olleet suoraan vertailukelpoisia. Tarjouksista myös havaittiin, että jos Mäkikylän biokaasulaitokselta vastaanotettaisiin enimmäismäärä (19 500 t/a) mädätysjäännöstä, mikroturbiineilta saatava lämpömäärä ei riittäisi kuivaamaan kaikkea mädätysjäännöstä 90 % kuiva-ainepitoisuuteen. Tutkimuksen aikana huomattiin myös, että sitovan tarjouksen saamiseksi mädätysjäännös tulee toimittaa testattavaksi, jolloin saadaan vahvistus kuivausmenetelmän soveltuvuudesta kyseiselle materiaalille. Tutkimuksessa selvitettiin myös, minkälaisia kokemuksia löytyy lattialämmityksen käyttämisestä kuivaukseen niin Suomesta kuin maailmalta ja voiko menetelmää käyttää mädätysjäännöksen kuivaukseen. Kyseistä menetelmää on käytetty tehostamaan aurinkokuivausta, joten tutkimuksen aikana perehdyttiin erityisesti aurinkokuivaukseen liittyviin tieteellisiin artikkeleihin. Lattialämmityksen käytöstä löytyi niin heikkouksia kuin vahvuuksia. Suomessa aurinkokuivauksen ja lattialämmityksen yhdistelmä ei ole kuitenkaan päätynyt laajaan käyttöön ja syynä voidaan nähdä muun muassa kylmät ja pimeät vuodenajat sekä suuri pinta-alan tarve. Tutkimusraportissa selvitettiin lisäksi polttolaitosten edustajien kiinnostusta ja rajoituksia ottaa vastaan termisesti kuivattua mädätysjäännöstä. Tutkimuksen aikana otettiin yhteyttä alle 100 km etäisyydellä Kymenlaakson Jäte Oy:stä sijaitsevien jätteenpolttoluvan omaavien yritysten edustajiin. Saatuja vastauksia käsiteltiin tiivistetysti raportissa ja vastaukset sisällytettiin kokonaisuudessaan Kymenlaakson Jäte Oy:n laajempaan raporttiin, joka ei ole julkinen. Puhelinhaastattelujen pohjalta nähtiin, että yrityksillä on kiinnostusta materiaalia kohtaan, mutta samalla vastauksiin vaikuttavat mädätysjäännöksen analyysitulokset. Poltto-ominaisuuksiin liittyvät analyysit tullaan toteuttamaan vuoden 2012 aikana. Laitoksilla oli myös vaihtelevia rajoituksia materiaalia kohtaan, mutta analyysituloksista riippuen materiaalia voidaan hyödyntää energiana tuhansia tai jopa kymmeniä tuhansia tonneja vuodessa alle 100 km etäisyydellä Kymenlaakson Jäte Oy:stä.

Type C botulism in swine fed on restaurant waste

The paper addresses the epidemiologic data of the death of pigs during the period of 2002 to 2009 following the ingestion of botulinum neurotoxin type C. This neurotoxin was present in food residues originating from restaurant and hotel kitchens, stored in barrels without shelter from the sun and administered in a collective trough without prior thermal treatment. Animals which died at different ages showed clinical signs of botulism characterized by flaccid paralysis, weight loss, anorexia, weakness, lack of coordination, locomotion difficulties with the evolution of lateral recumbency with involuntary urination and defecation. No alterations were observed at postmortem and histological examination. The bioassay with serum neutralization in mice was carried out on samples of intestinal contents from pigs affected and revealed the presence of large quantities of botulinum toxin type C.

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.

Evaluation of thermotolerant capacity of lactic acid bacteria isolated from commercial sausages and the effects of their addition on the quality of cooked sausages

The thermotolerant capacity of several lactic acid bacteria strains isolated from cooked commercial sausages was determined. Four strains were positively identified as Lactobacillus plantarum, Lactobacillus curvatus, Pediococcus pentosaceus and Pediococcus acidilacti, after surviving thermal treatment (70 °C during 60 minutes). Thermotolerant strains were inoculated in sausage batters before cooking in order to determine their effect on color, texture, acceptance and inhibition of Enterobacteria during 12 days at 8 °C. No significant effect of the inoculated strains was detected on color parameters. Textural profile parameters, cohesiveness and resilience, were not affected by the inoculation of thermotolerant lactic acid bacteria, but L. curvatus sausages resulted softer than the rest of the treatments. Samples inoculated with L. curvatus also obtained the lowest scores for the sensory attributes evaluated, with the remaining treatments causing no unfavorable effects on sausage acceptance. There was a reduction in enterobacterial counts after 12 days of cold storage in inoculated samples. The performance of inoculated lactic acid bacteria strains can be explained in a similar way as that of starter cultures in dry-fermented sausages, where the growth in nests impairs other pathogenic microorganisms present in the rest of the sausage, since environmental conditions and the early inoculation of these thermotolerant strains favor them to become the dominant flora.

Effects of grilling on cholesterol oxide formation and fatty acids alterations in fish

Due to the adverse effects of the cholesterol oxidation products for the human health, the search of the occurrence and the quantification of these compounds in foods are considered of great importance. In this paper the effect of grilling in hake and sardine on cholesterol oxides formation and fatty acids alterations was investigated. The main fatty acids determined in both fishes were docosahexaenoic (DHA), oleic, eicosapentaenoic (EPA) and palmitoleic. The total lipids, fatty acids and cholesterol contents were decreased significantly (p < 0.02) after thermal treatment, with simultaneous increase of the cholesterol oxides contents. The cholesterol oxides determined in both species in the present study were: 19-hydroxycholesterol, 24(S)-hydroxycholesterol, 22(S) hydroxycholesterol, 25-hydroxycholesterol, 25(R)-hydroxycholesterol and 7-ketocolesterol. Besides the presence of the cholesterol oxides in raw fishes, there were a greater number of products resulting from the oxidation of cholesterol side chain, a fact rarely observed in foods.

Polyphenoloxidase and peroxidase in avocado pulp (Persea americana Mill.)

The aim of the present investigation was to evaluate the enzymatic activity of polyphenoloxidase and peroxidase in avocado pulps, from the Northwest area of Paraná-Brazil, in order to compare the varieties on their enzymatic activity for both, minimum and industrial processing. Enzymatic extracts were prepared from avocado pulp of Choquete, Fortuna and Quintal varieties, in green and ripe maturation stage. Thermal treatment was applied with temperatures 60, 65, 70, 75 and 80 °C. The enzymatic activities were determined by using spectrophotometer. A decline of polyphenoloxidase activity was observed in all of the varieties when both, temperature and time increased. Total inactivation of enzymes was not observed in the largest temperature. Fortuna and Choquete variety showed the lowest polyphenoloxidase activity in the ripe stage. Soluble peroxidase showed activity in the green stage, whereas, ionically bound peroxidase activity increased with the change from green to ripe maturation stage in Choquete variety.

Using Computational Fluid-Dynamics (CFD) for the evaluation of beer pasteurization: effect of orientation of cans

In-package pasteurization is the most used method for beer microbiological stabilization. The search for safer and better quality food has created a need to better understand the processes involved in producing it. However, little is known about the temperature and velocity profiles during the thermal processes of liquid foods in commercial packaging, which results in over-dimensioned processes to guarantee safety, decreasing the sensorial and nutritional characteristics of the product and increasing process costs. Simulations using Computational Fluid-Dynamics (CFD) have been used by various authors to evaluate those processes. The objective of the present paper was to evaluate the effect of packaging orientation in the pasteurization of beer in a commercial aluminum can using CFD. A heating process was simulated at 60 ºC up to 15 PUs (a conventional beer process, in which 1 Pasteurization Unit (PU) is equivalent to 1minute at 60 ºC). The temperature profile and convection current velocity along the process and the variation of the PUs were evaluated in relation to time considering the cans in the conventional, inverted, and horizontal positions. The temperature and velocity profiles were similar to those presented in the literature. The package position did not result in process improvement.

Chemical and physicochemical characteristics changes during passion fruit juice processing

Passion fruit is widely consumed due to its pleasant flavour and aroma acidity, and it is considered very important a source of minerals and vitamins. It is used in many products such as ice-cream, mousses and, especially, juices. However, the processing of passion fruit juice may modify the composition and biodisponibility of the bioactive compounds. Investigations of the effects of processing on nutritional components in tropical juices are scarce. Frequently, only losses of vitamin C are evaluated. The objective of this paper is to investigate how some operations of passion fruit juice processing (formulation/homogeneization/thermal treatment) affect this product's chemical and physicochemical characteristics. The results showed that the chemical and physicochemical characteristics are little affected by the processing although a reduction in vitamin C contents and anthocyanin, large quantities of carotenoids was verified even after the pasteurization stage.

A statistical approach to define some tofu processing conditions

The aim of this work was to make tofu from soybean cultivar BRS 267 under different processing conditions in order to evaluate the influence of each treatment on the product quality. A fractional factorial 2(5-1) design was used, in which independent variables (thermal treatment, coagulant concentration, coagulation time, curd cutting, and draining time) were tested at two different levels. The response variables studied were hardness, yield, total solids, and protein content of tofu. Polynomial models were generated for each response. To obtain tofu with desirable characteristics (hardness ~4 N, yield 306 g tofu.100 g-1 soybeans, 12 g proteins.100 g-1 tofu and 22 g solids.100 g-1 tofu), the following processing conditions were selected: heating until boiling plus 10 minutes in water bath, 2% dihydrated CaSO4 w/w, 10 minutes coagulation, curd cutting, and 30 minutes draining time.

Characterization of amine-based CO2 adsorbent for Direct Air Capture

Direct air capture technologies extract CO2 from air at a concentration of as low as 400ppm. The captured CO2 can be used for the production of synthetic methane or liquid fuels. In the literature survey of this thesis, results related to direct air capture by using solid sorbents are presented and critically discussed. In the experimental part, a proprietary amine functionalized resin is characterized for direct air capture. Structural comparison is also made to a commercial resin of similar type. Based on the literature survey, the most important parameters in direct air capture process are low adsorption and desorption temperatures, good cyclic stability in dry and humid conditions, high CO2 outlet purity and a high working capacity. Primary amine functionalized solid sorbents are found to often have good qualities for direct air capture, but overall process performance is rarely studied exhaustively. Based on FTIR spectra, both resin adsorbents are found to be consisted of polystyrene functionalized with primary amine, and capture CO2 by forming carbamate. The commercial resin is more porous, has a slightly higher particle size and contains fewer impurities. Important physical parameters are gained of the proprietary resin, such as internal porosity and median particle size. The resin’s amine group is found to endure thermal treatment reasonably well. CO2 adsorption capacity gained by thermal gravimetry from 400ppm CO2 is highest at 25oC, and is found to be reasonable compared to values presented in literature. Thus, the resin is stated to exhibit promising qualities for direct air capture.