Ilmaan johdettavien päästöjen tarkkailun luotettavuus sellutehtaalla

Suomen ympäristönsuojelulaki (86/200) velvoittaa toiminnanharjoittajia olemaan selvillä päästöistään ja hakemaan ympäristöluvan ympäristön pilaantumisen vaaraa aiheuttavalle toiminnalle. Sellutehtaat tuottavat tietoa merkittävimmistä ilmaan johdettavista päästöistään mittaamalla niitä jatkuvatoimisesti. Tuloksia käytetään tiedottamisessa ja päätöksenteossa. Yksi tärkeimmistä käyttökohteista on ympäristöluvan ehtojen täyttymisen seuranta. Mittaustulosten on oltava luotettavia. Luotettavuutta voidaan arvioida vertailumittauksien ja mittausepävarmuustarkastelujen avulla. Tässä työssä määritettiin mittausepävarmuudet Imatran tehtaiden kuorikattilan (LCP-kattila) NOX-mittaukselle sekä sellutehtaan meesauunien ja soodakattiloiden mittauksille. Tämän jälkeen tarkasteltiin, kuinka mittausepävarmuus huomioidaan ympäristö¬luparajaseurannassa. Lopuksi arviointiin, kuinka jatkuvatoimisten mittalaitteiden laadunvarmistusstandardia SFS-EN 141481 voidaan soveltaa Imatran tehtailla. Tarkastellut jatkuvatoimiset mittaukset todettiin varsin luotettaviksi. Etenkin NOx¬mittaukset ovat luotettavia. Kuorikattila 2:lla luotettavuutta heikentää mittauspaikan epä¬edustavuus. Rikin yhdisteiden (SO2 ja TRS) mittausten luotettavuus on alhaisempi, koska mitattavat pitoisuudet ovat pieniä. Mittausten luotettavuus on kuin vertailumittausten. Kuorikattila 2:lla Mittausepävarmuus huomioidaan NOX-pitoisuuden lupaseurannassa LCP-asetuksen mukaisesti. Sellutehtaan TRS-päästöillä mittausepävarmuus voidaan huomioida joko LCP-asetuksen mukaisesti tai tilastomatemaattisesti. Kummallakin tavalla saadaan negatiivisia luparajaan verrattavia keskiarvoja. Standardia SFS-EN 141481 voidaan soveltaa kuorikattilalla mutta sellutehtaalla se voi olla epäkäytännöllistä, eikä välittömästi paranna mittausten luotettavuutta

O programa de gerenciamento dos resíduos laboratoriais do Depto de Química da UFPR

The Laboratory Waste Management Program of the Chemistry Department of UFPR started on 1997 and was developed to meet the requirements of co-processing in cement kiln and those of the respective regulation. The in-lab procedures for waste collection and treatment were devised taking into account their cost, simplicity and wide range of application to the various types of residues generated. The program works with a five step annual journey : 1) Waste collection and treatment, 2) Bulk Storage, 3) Licensing (for transportation and co-processing), 4) Transportation and 5) Co-processing.

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.

Alternative liquid biofuels for lime kilns

Causticizing plant is an important part of kraft pulp mill. It uses green liquor from recovery boiler as a raw material and consumes lime to produce white liquor, which is an important chemical used in pulping. Lime kiln is a part of the causticizing process. It is used to convert lime mud, a by-product obtained from the causticizing back to lime in high temperatures. This conversion requires a lot of energy. The most common fuels used as energy source for lime kiln are heavy fuel oil and natural gas. In a modern pulp mill lime kiln is the only user of significant amount of fossil fuels. Replacing fossil fuels with biofuels can have prominent economical and environmental benefits. Interest in using biofuels as energy source of lime kiln has become a worldwide issue in the recent years. However fuels used for lime kiln have a lot of certain requirements. The purpose of this work is to study the required characteristics from liquid fuels used in pulp mill lime kiln and to map suitable liquid biofuels already available in the markets. Also taxation of liquid biofuels compared to heavy fuel oil in Finland, Sweden and Germany is shortly introduced.

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.

Meesauunin kannatuksien suunnittelutyökalun kehitys

Meesauunia käytetään sellun tuotantoprosessissa kemiallisessa reaktiossa, jossa kalsiumkarbonaatti muutetaan kalsiumoksidiksi. Reaktio on osa sellutehtaan kemikaalikiertoa, missä sellun valmistamisessa käytettävät kemikaalit kierrätetään uusiokäyttöön. Tässä diplomityössä on kehitetty meesauunin kannatusten automatisoitu suunnittelutyökalu vanhan AutoLispillä kehitetyn ohjelman perusteella. Kehitetyn suunnittelutyökalun tärkeimmät osat ovat Excelissä tehdyt kuormituslaskenta ja mitoituslaskenta. Näillä ohjataan Autodeskin Inventoriin kehitettyä cad-mallia ja valmistuspiirustusta. Laskentaohjelmat ja cad-malli on kehitetty mahdollistamaan uusien uunikokojen helpon lisäämisen ohjelmaan. Diplomityössä on perehdytty kuormituslaskentaan standardien mukaisesti. Käytettyjä standardeja ovat esimerkiksi Eurokoodi ja Uniform Building Code. Epätavallisten tilanteiden kuormituslaskennassa käytettiin apuna FE-analyysilla kehitettyjä laskentamalleja. Näitä käytettiin uunin taipumisesta aiheutuvien voimien laskennassa ja lovetun kannatinpyörän aiheuttamien impulssivoimien suuruuden määrittämisessä. Lisäksi diplomityössä perehdyttiin suunnitteluautomaatin kehittämiseen Exceliä apuna käyttäen. Suunnittelutyökalun toimivuutta on verifioitu suunnittelemalla kehitetyllä suunnittelutyökalulla standardiuuneja ja verrattu tuloksia ja valmistuspiirustuksia vanhalla ohjelmalla tulostettuihin tuloksiin. Tulosten perusteella uutta suunnittelutyökalua voidaan käyttää meesauunin kannatuksien suunnitteluun.

Mixing in rotating drums

Tämän diplomityön tarkoitus on parantaa meesauunin toiminnallista tehokkuutta tehostamalla lämmönsiirtoa. Lämmönsiirron parantamiseksi kehitetään erilaisia nostinratkaisuja. Kokeita suoritetaan käyttäen eri sekoitinratkaisuja ja erilaisia prosessiparametreja. Työn kirjallisuusosassa esitetään meesauuni sekä rumpumaisten uunien toiminta. Työssä selvitetään myös sekoituksen analysointiin käytettäviä tapoja ja laskukaavoja. Kirjallisuusosassa keskitytään myös rummussa tapahtuviin fysikaalisiin ilmiöihin sekä erilaisten fluidien reologiaan. Työn kokeellisessa osassa käytettiin LUT Kemiantekniikalla suunniteltua pilot -kokoluokan rumpu-uunia, jolla kokeitaan suoritettiin, käyttäen erilaisia sekoitinratkaisuja ja sekoitusprosessiparametreja. Kokeissa käytettiin myös eri viskositeetin omaavia materiaaleja. Valitut materiaalit olivat vesi, CMC (karboksimetyyliselluloosa) ja kiinteä meesa. Kokeiden tuloksena löydettiin nostinratkaisuja, joilla sekoittumista ja lämmönsiirtoa pystytään parantamaan sekä pidentämään viipymäaikaa.

Biohiilen teknillistaloudelliset käyttömahdollisuudet meesauuneissa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia biohiilen teknillisiä ja taloudellisia käyttömahdollisuuksia meesauunien polttoaineena. Suomessa meesauunit käyttävät polttoaineinaan yleensä maakaasua ja polttoöljyä. Näiden polttoaineiden käytön korvaamisessa ja vähentämisessä halvemmilla biopolttoaineilla on saatavilla suuret säästöt ja päästöjen vähennykset. Työssä keskityttiin erityisesti tutkimaan biohiilen mahdollisia polttotapoja, biohiilen polton tuottamien vierasaineiden määrää ja biohiilen käytön taloudellista kannattavuutta meesauunien polttoaineena. Työn pohjalta voidaan sanoa, että biohiilen käyttö meesauunien polttoaineena on mahdollista ja kannattavaa. Biohiiltä voidaan käyttää polttoaineena meesauuneissa samoilla polttotavoilla, mitä on käytetty sellu- ja sementtiteollisuudessa polttamaan biohiilen kaltaisia polttoaineita. Biohiilen polton tuottamien vierasaineiden määrä on samaa suuruusluokkaa kuin puun pölypolton tuottamien vierasaineiden määrä. Vierasaineiden pitoisuuksia voidaan hallita avaamalla kemikaalikiertoa. Biohiilen kanssa kilpaileviin puun pölypolttoon ja kaasutukseen nähden biohiilelle löydettiin etuja.

The Possibility of Greenhouse Gas Mitigation in Ethiopian Cement Industry

Cement industry significantly associated with high greenhouse gas (GHG) emissions. Considering the environmental impact, particularly global warming potential, it is important to reduce these emissions to air. The aim of the study is to investigate the mitigation possibility of GHG emissions in Ethiopian cement industry. Life cycle assessment (LCA) method used to identify and quantify GHG emissions during one ton of ordinary portland cement (OPC) production. Three mitigation scenarios: alternative fuel use, clinker substitution and thermal energy efficiency were applied on a representative gate-to-gate flow model developed with GaBi 6 software. The results of the study indicate that clinker substitution and alternative fuel use play a great role for GHG emissions mitigation with affordable cost. Applying most energy efficient kiln technology, which in turn reduces the amount of thermal energy use, has the least GHG emissions reduction intensity and high implementation cost comparing to the other scenarios. It was found that the cumulative GHG emissions mitigation potential along with other selected mitigation scenarios can be at least 48.9% per ton of cement production.

Baicalin reduces the severity of experimental autoimmune encephalomyelitis

Scutellaria baicalensis Georgi is one of the important medicinal herbs widely used for the treatment of various inflammatory diseases in Asia. Baicalin (BA) is a bioactive anti-inflammatory flavone found abundantly in Scutellaria baicalensis Georgi. To explore the therapeutic potential of BA, we examined the effects of systemic administration of the flavone (5 and 10 mg/kg, ip) on relapsing/remitting experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) induced by proteolipid protein 139-151 in SJL/J mice, an experimental model of multiple sclerosis. The mice treated with PBS or BA at day -1 and for 3 consecutive days were observed daily for clinical signs of disease up to 60 days after immunization. In the PBS-EAE group, neurological scores were: incidence (100%), mean day of onset (8.0 ± 0.73), peak clinical score (3.0 ± 0.4), and cumulative disease index (141.8 ± 19.4). In the BA-EAE group (5 or 10 mg kg-1 day-1, respectively), incidence (95 or 90%), mean day of onset (9.0 ± 0.80 or 9.2 ± 0.75; P = 0.000), peak clinical score (2.2 ± 0.3 or 2.0 ± 0.3; P = 0.000), and cumulative disease index (75.9 ± 10.1 or 62.9 ± 8.4; P = 0.000) decreased, accompanied by the histopathological findings (decrease of dense mononuclear infiltration surrounding vascellum) for the spinal cord. Additionally, the in vitro effects of BA (5, 10, and 25 µM) on mononuclear cells collected from popliteal and inguinal lymph nodes of day-10 EAE mice were evaluated using an MTT reduction assay for cell proliferation, and ELISA to measure IFN-g and IL-4 cytokines. Compared with the control group, BA caused an increase in IL-4 (EAE-DMSO: 3.56 ± 0.42 pg/mL vs EAE-BA (5, 10, and 25 µM): 6.03 ± 1.1, 7.83 ± 0.65, 10.54 ± 1.13 pg/mL, respectively; P < 0.001); but inhibited IFN-g (EAE-DMSO: 485.76 ± 25.13 pg/mL vs EAE-BA (5, 10, and 25 µM): 87.08 ± 9.24, 36.27 ± 5.44, 19.18 ± 2.93 pg/mL, respectively; P < 0.001) and the proliferation of mononuclear cells (EAE-DMSO: 0.73 ± 0.021 vs EAE-BA (5, 10, and 25 µM): 0.41 ± 0.015, 0.31 ± 0.018, 0.21 ± 0.11, respectively; P < 0.001) in a concentration-dependent manner. The results suggest that BA might be effective in the treatment of multiple sclerosis.

High mobility group box 1 as a mediator of endotoxin administration after hemorrhagic shock-primed lung injury

High mobility group box 1 (HMGB1) was discovered as a novel late-acting cytokine that contributes to acute lung injury (ALI). However, the contribution of HMGB1 to two-hit-induced ALI has not been investigated. To examine the participation of HMGB1 in the pathogenesis of ALI caused by the two-hit hypothesis, endotoxin was injected intratracheally in a hemorrhagic shock-primed ALI mouse model. Concentrations of HMGB1 in the lung of the shock group were markedly increased at 16 h (1.63 ± 0.05, compared to the control group: 1.02 ± 0.03; P < 0.05), with the highest concentration being observed at 24 h. In the sham/lipopolysaccharide group, lung HMGB1 concentrations were found to be markedly increased at 24 h (1.98 ± 0.08, compared to the control group: 1.07 ± 0.03; P < 0.05). Administration of lipopolysaccharide to the hemorrhagic shock group resulted in a notable HMGB1 increase by 4 h, with a further increase by 16 h. Intratracheal lipopolysaccharide injection after hemorrhagic shock resulted in the highest lung leak at 16 h (2.68 ± 0.08, compared to the control group: 1.05 ± 0.04; P < 0.05). Compared to the hemorrhagic shock/lipopolysaccharide mice, blockade of HMGB1 at the same time as lipopolysaccharide injection prevented significantly pulmonary tumor necrosis factor-alpha, interleukin-1beta and myeloperoxidase. Lung leak was also markedly reduced at 16 h; blockade of HMGB1 24 h after lipopolysaccharide injection failed to alter lung leak or myeloperoxidase at 48 h. Our observations suggest that HMGB1 plays a key role as a late mediator when lipopolysaccharide is injected after hemorrhagic shock-primed ALI and the kinetics of its release differs from that of one-hit ALI. The therapeutic window to suppress HMGB1 activity should not be delayed to 24 h after the disease onset.

Celecoxib reduces symptoms in men with difficult chronic pelvic pain syndrome (Category IIIA)

We investigated the effectiveness of celecoxib in reducing symptoms in patients with difficult chronic pelvic pain syndrome (CPPS), NIH category IIIA. Sixty-four patients with category IIIA CPPS were randomized into two groups of 32 subjects each. One group was treated with celecoxib (200 mg daily) and the other with placebo. All patients underwent treatment for 6 weeks and were evaluated clinically before (baseline) and after 1, 2, 4, 6, and 8 weeks of treatment. The evaluation included the NIH Chronic Prostatitis Symptom Index (NIH-CPSI) and a subjective global assessment (SGA). Repeated measures analysis of variance was used to evaluate treatment and time effects and their interaction. A decrease (means ± SD) in total NIH-CPSI score from 23.91 ± 5.27 to 15.88 ± 2.51 in the celecoxib group and from 24.25 ± 5.09 to 19.50 ± 2.50 in the placebo group was observed during treatment (0 to 6 weeks). A statistically significant decrease was observed in pain subscore (P < 0.006), quality of life subscore (P < 0.032) and total NIH-CPSI score (P < 0.015) after 2, 4 and 6 weeks, but not in urinary subscore. In addition, 38% of the celecoxib and 13% of the placebo subjects had at least a moderate improvement in SGA. The trend was similar for the NIH-CPSI scores. However, the response to treatment in terms of total NIH-CPSI score or subscore was not significantly different from placebo after interruption of treatment for 2 weeks. Our results show that celecoxib provides significant symptomatic improvement limited to the duration of the therapy in patients with difficult category IIIA CPPS compared to placebo.

Co-culture of chondrocytes and bone marrow mesenchymal stem cells in vitro enhances the expression of cartilaginous extracellular matrix components

Chondrocytes and bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) are frequently used as seed cells in cartilage tissue engineering. In the present study, we determined if the co-culture of rabbit articular chondrocytes and BMSCs in vitro promotes the expression of cartilaginous extracellular matrix and, if so, what is the optimal ratio of the two cell types. Cultures of rabbit articular chondrocytes and BMSCs were expanded in vitro and then cultured individually or at a chondrocyte:BMSC ratio of 4:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:4 for 21 days and cultured in DMEM/F12. BMSCs were cultured in chondrogenic induction medium. Quantitative real-time RT-PCR and Western blot were used to evaluate gene expression. In the co-cultures, type II collagen and aggrecan expression increased on days 14 and 21. At the mRNA level, the expression of type II collagen and aggrecan on day 21 was much higher in the 4:1, 2:1, and 1:1 groups than in either the articular chondrocyte group or the induced BMSC group, and the best ratio of co-culture groups seems to be 2:1. Also on day 21, the expression of type II collagen and aggrecan proteins in the 2:1 group was much higher than in all other groups. The results demonstrate that the co-culture of rabbit chondrocytes and rabbit BMSCs at defined ratios can promote the expression of cartilaginous extracellular matrix. The optimal cell ratio appears to be 2:1 (chondrocytes:BMSCs). This approach has potential applications in cartilage tissue engineering since it provides a protocol for maintaining and promoting seed-cell differentiation and function.

A high-carbohydrate diet enhances the adverse effect of the S2 allele of APOC3 SstI polymorphism on the TG/HDL-C ratio only in young Chinese females

Both genetic background and diet have profound effects on plasma lipid profiles. We hypothesized that a high-carbohydrate (high-CHO) diet may affect the ratios of serum lipids and apolipoproteins (apo) differently in subjects with different genotypes of the SstI polymorphism in the apoCIII gene (APOC3). Fifty-six healthy university students (27 males and 29 females, 22.89 ± 1.80 years) were given a washout diet of 54% carbohydrate for 7 days, followed by a high-CHO diet of 70% carbohydrate for 6 days without total energy restriction. Serum triglyceride (TG), total cholesterol (TC), high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C), low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C), apoB100, apoAI, and the APOC3 SstI polymorphism were analyzed. The ratios of serum lipids and apoB100/apoAI were calculated. At baseline, the TG/HDL-C ratio was significantly higher in females, but not in males, with the S2 allele. The differences in the TG/HDL-C ratio between genotypes remained the same after the washout and the high-CHO diet in females. When compared with those before the high-CHO diet, the TC/HDL-C (male S2 carriers: 3.13 ± 1.00 vs 2.36 ± 0.65, P = 0.000; male subjects with the S1S1 genotype: 2.97 ± 0.74 vs 2.09 ± 0.55, P = 0.000; female S2 carriers: 2.68 ± 0.36 vs 2.24 ± 0.37, P = 0.004; female subjects with the S1S1 genotype: 2.69 ± 0.41 vs 2.09 ± 0.31, P = 0.000) and LDL-C/HDL-C (male S2 carriers: 1.44 ± 0.71 vs 1.06 ± 0.26, P = 0.012; male subjects with the S1S1 genotype: 1.35 ± 0.61 vs 1.01 ± 0.29, P = 0.005; female S2 carriers: 1.18 ± 0.33 vs 1.00 ± 0.18, P = 0.049; female subjects with the S1S1 genotype: 1.18 ± 0.35 vs 1.04 ± 0.19, P = 0.026) ratios were significantly decreased after the high-CHO diet regardless of gender and of genotype of the APOC3 SstI polymorphism. However, in female S2 carriers, the TG/HDL-C (1.38 ± 0.46 vs 1.63 ± 0.70, P = 0.039) ratio was significantly increased after the high-CHO diet. In conclusion, the high-CHO diet has favorable effects on the TC/HDL-C and LDL-C/HDL-C ratios regardless of gender and of genotype of the APOC3 SstI polymorphism. Somehow, it enhanced the adverse effect of the S2 allele on the TG/HDL-C ratio only in females.