Sorption kinetics and intrapaticulate diffusivity of As(III) bioremediation from aqueous solution, using modified and unmodified coconut fiber

The pollution and toxicity problems posed by arsenic in the environment have long been established. Hence, the removal and recovery remedies have been sought, bearing in mind the efficiency, cost effectiveness and environmental friendliness of the methods employed. The sorption kinetics and intraparticulate diffusivity of As (III) bioremediation from aqueous solution using modified and unmodified coconut fiber was investigated. The amount adsorbed increased as time increased, reaching equilibrium at about 60 minutes. The kinetic studies showed that the sorption rates could be described by both pseudo-first order and pseudo-second order process with the later showing a better fit with a value of rate constant of 1.16 x 10-4 min-1 for the three adsorbent types. The mechanism of sorption was found to be particle diffusion controlled. The diffusion and boundary layer effects were also investigation. Therefore, the results show that coconut fiber, both modified and unmodified is an efficient sorbent for the removal of As (III) from industrial effluents with particle diffusion as the predominant mechanism.

Feasibility study for acidic biorefinery concept

The integration a recovery process for spent sulfite liquor from a sulfite cooking process with a kraft pulp mill was studied in this thesis work. The process includes a fermentation process for the production of biofuel. The calculation for three cases was done. The three cases considered were with a spruce sulfite pulp production of 100, 250 and 1000 Adt/day corresponding to 10, 25 and 100% of the total pulp production. A kraft cooking process with prehydrolysis was taken in consideration as reference. Compared to kraft cooking with prehydrolysis a bigger amount of ethanol can be produced by sulfite cooking. In the kraft prehydrolysis case 40 t/day of ethanol and 1000 Adt/day pine pulp is produced and in the sulfite case the production is 113 t/day of ethanol and 1000 Adt/day of spruce pulp. The energy consumption in the sulfite process is assumed to be slightly higher than in the kraft prehydrolysis process. The recovery system for spent liquor mix was studied. The evaporation of the spent cooking liquors should be done separately. The approximately composition of melt was calculated. A comparison of all four cases was done and profitability was estimated.

Biochemical Modification of Thermomechanical Pulp Fibers

The first objective of this study was to find out reliable laboratory methods to predict the effect of enzymes on specific energy consumption and fiber properties of TMP pulp. The second one was to find with interactive software called “Knowledge discovery in databases” enzymes or other additives that can be used in finding a solution to reduce energy consumption of TMP pulp. The chemical composition of wood and enzymes, which have activity on main wood components were presented in the literature part of the work. The results of previous research in energy reduction of TMP process with enzymes were also highlighted. The main principles of knowledge discovery have been included in literature part too. The experimental part of the work contains the methods description in which the standard size chip, crushed chip and fiberized spruce chip (fiberized pulp) were used. Different types of enzymatic treatment with different dosages and time were tested during the experiments and showed. Pectinase, endoglucanase and mixture of enzymes were used for evaluation of method reliability. The fines content and fiber length of pulp was measured and used as evidence of enzymes' effect. The refining method with “Bauer” laboratory disc refiner was evaluated as not highly reliable. It was not able to provide high repeatability of results, because of uncontrolled feeding capacity and refining consistency. The refining method with Valley refiner did not have a lot of variables and showed stable and repeatable results in energy saving. The results of experiments showed that efficient enzymes impregnation is probably the main target with enzymes application for energy saving. During the work the fiberized pulp showed high accessibility to enzymatic treatment and liquid penetration without special impregnating equipment. The reason was that fiberized pulp has larger wood surface area and thereby the contact area between the enzymatic solution and wood is also larger. Standard size chip and crushed chip treatment without special impregnator of enzymatic solution was evaluated as not efficient and did not show visible, repeatable results in energy consumption decrease. Thereby it was concluded that using of fiberized pulp and Valley refiner for measurements of enzymes' effectiveness in SEC decrease is more suitable than normal size chip and crushed chip with “Bauer” refiner. Endoglucanase with 5 kg/t dosage showed about 20% energy consumption decrease. Mixture of enzymes with 1.5 kg/t dosage showed about 15% decrease of energy consumption during the refining. Pectinase at different dosages and treatment times did not show significant effect on energy consumption. Results of knowledge discovery in databases showed the xylanase, cellulase and pectinase blend as most promising for energy reduction in TMP process. Surfactants were determined as effective additives for energy saving with enzymes.

Advanced orbital pipe welding

Since the introduction of automatic orbital welding in pipeline application in 1961, significant improvements have been obtained in orbital pipe welding systems. Requirement of more productive welding systems for pipeline application forces manufacturers to innovate new advanced systems and welding processes for orbital welding method. Various methods have been used to make welding process adaptive, such as visual sensing, passive visual sensing, real-time intelligent control, scan welding technique, multi laser vision sensor, thermal scanning, adaptive image processing, neural network model, machine vision, and optical sensing. Numerous studies are reviewed and discussed in this Master’s thesis and based on a wide range of experiments which already have been accomplished by different researches the vision sensor are reported to be the best choice for adaptive orbital pipe welding system. Also, in this study the most welding processes as well as the most pipe variations welded by orbital welding systems mainly for oil and gas pipeline applications are explained. The welding results show that Gas Metal Arc Welding (GMAW) and its variants like Surface Tension Transfer (STT) and modified short circuit are the most preferred processes in the welding of root pass and can be replaced to the Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) in many applications. Furthermore, dual-tandem gas metal arc welding technique is currently considered the most efficient method in the welding of fill pass. Orbital GTAW process mostly is applied for applications ranging from single run welding of thin walled stainless tubes to multi run welding of thick walled pipes. Flux cored arc welding process is faster process with higher deposition rate and recently this process is getting more popular in pipe welding applications. Also, combination of gas metal arc welding and Nd:YAG laser has shown acceptable results in girth welding of land pipelines for oil and gas industry. This Master’s thesis can be implemented as a guideline in welding of pipes and tubes to achieve higher quality and efficiency. Also, this research can be used as a base material for future investigations to supplement present finding.

Hybridityökoneiden markkinapotentiaali

Työn tavoitteena on selvittää menetelmiä hybridityökoneiden markkinapotentiaalin määrittämiseen, työkonemarkkinoiden kokoa ja kasvupotentiaalia, hybridityökoneiden markkinapotentiaalia sekä uuden teknologian kaupallistamisen teorioita. Vuonna 2010 liikkuvien työkoneiden markkinat arvioitiin olevan noin 94–98 miljardia dollaria. Markkinat kasvavat keskimäärin noin 5 prosenttia vuodessa. Alan suurimmat markkinat löytyvät Kiinasta, Euroopasta ja Yhdysvalloista.Hybridityökoneiden markkinapotentiaalia Kiinassa nostaa markkinoiden suuri koko ja nopea kasvuvauhti. Yhdysvaltojen valtti on tukijärjestelmät jotka parantavat hybridiratkaisujen kilpailukykyä. Euroopan potentiaalia nostavat tiukat päästönormit sekä korkea polttoaineen hinta. Markkinapotentiaalin määrittämisen on olemassa useita matemaattisia menetelmiä. Niiden soveltamista hybridityökoneisiin rajoittaa eniten riittävän datan hankinnan haasteellisuus. Vertailemalla yrityksiä teknologian kaupallistamisen teorioissa esiteltyjen menestystä edistävien piirteiden suhteen on teknisen ratkaisun kehittäjän mahdollista valita paras mahdollinen yhteistyökumppani. Soveltamalla kaupallistamisprosessissa kurinalaista mallia, johon kuuluvat sekä teknologiaettä tuotekehitys ja niiden välillä teknologiansiirtovaihe, on teknisen ratkaisun soveltaminen hybriditeknologiaan ja työkoneisiin mahdollista toteuttaa onnistuneesti ja tuoda siten markkinoille kaupallisesti kilpailukykyinen tuote.

Reduction of specific energy consumption of a thermomechanical pulping plant

Kuumahiertoprosessi on erittäin energiaintensiivinen prosessi, jonka energianominaiskulutus (EOK) on yleisesti 2–3.5 MWh/bdt. Noin 93 % energiasta kuluu jauhatuksessa jakautuen niin, että kaksi kolmasosaa kuluu päälinjan ja yksi kolmasosa rejektijauhatuksessa. Siksi myös tämän työn tavoite asetettiin vähentämään energian kulutusta juuri pää- ja rejektijauhatuksessa. Päälinjan jauhatuksessa tutkimuskohteiksi valittiin terityksen, tehojaon ja tuotantotason vaikutus EOK:een. Rejektijauhatuksen tehostamiseen pyrittiin yrittämällä vähentää rejektivirtaamaa painelajittelun keinoin. Koska TMP3 laitoksen jauhatuskapasiteettia on nostettu 25 %, tavoite oli nostaa päälinjan lajittelun kapasiteettia saman verran. Toisena tavoitteena oli pienentää rejektisuhdetta pää- ja rejektilajittelussa ja siten vähentää energiankulutusta rejektijauhatuksessa. Näitä tavoitteita lähestyttiin vaihtamalla päälinjan lajittimiin TamScreen-roottorit ja rejektilajittimiin Metso ProFoil-roottorit ja optimoimalla kuitufraktiot sihtirumpu- ja prosessiparametrimuutoksin. Syöttävällä terätyypillä pystyttiin vähentämään EOK:ta 100 kWh/bdt, mutta korkeampi jauhatusintensiteetti johti myös alempiin lujuusominaisuuksiin, korkeampaan ilmanläpäisyyn ja korkeampaan opasiteettiin. Myös tehojaolla voitiin vaikuttaa EOK:een. Kun ensimmäisen vaiheen jauhinta kuormitettiin enemmän, saavutettiin korkeimmillaan 70 kWh/bdt EOK-vähennys. Tuotantotason mittaamisongelmat heikensivät tuotantotasokoeajojen tuloksia siinä määrin, että näiden tulosten perusteella ei voida päätellä, onko EOK tuotantotasoriippuvainen vai ei. Päälinjan lajittelun kapasiteettia pystyttiin nostamaan TS-roottorilla vain 18 % jääden hieman tavoitetasosta. Rejektilajittelussa pystyttiin vähentämään rejektimäärää huomattavasti Metso ProFoil-roottorilla sekä sihtirumpu- ja prosessiparametrimuutoksin. Lajittamokehityksellä saavutettu EOK-vähennys arvioitiin massarejektisuhteen pienentymisen ja rejektijauhatuksessa käytetyn EOK:n avulla olevan noin 130 kWh/bdt. Yhteenvetona voidaan todeta, että tavoite 300 kWh/bdt EOK-vähennyksestä voidaan saavuttaa työssä käytetyillä tavoilla, mikäli niiden täysi potentiaali hyödynnetään tuotannossa.

Simulation and optimization of IGCC technique for power generation and hydrogen production by using lignite Thar coal and cotton stalk

The purpose of this study was to simulate and to optimize integrated gasification for combine cycle (IGCC) for power generation and hydrogen (H2) production by using low grade Thar lignite coal and cotton stalk. Lignite coal is abundant of moisture and ash content, the idea of addition of cotton stalk is to increase the mass of combustible material per mass of feed use for the process, to reduce the consumption of coal and to increase the cotton stalk efficiently for IGCC process. Aspen plus software is used to simulate the process with different mass ratios of coal to cotton stalk and for optimization: process efficiencies, net power generation and H2 production etc. are considered while environmental hazard emissions are optimized to acceptance level. With the addition of cotton stalk in feed, process efficiencies started to decline along with the net power production. But for H2 production, it gave positive result at start but after 40% cotton stalk addition, H2 production also started to decline. It also affects negatively on environmental hazard emissions and mass of emissions/ net power production increases linearly with the addition of cotton stalk in feed mixture. In summation with the addition of cotton stalk, overall affects seemed to negative. But the effect is more negative after 40% cotton stalk addition so it is concluded that to get maximum process efficiencies and high production less amount of cotton stalk addition in feed is preferable and the maximum level of addition is estimated to 40%. Gasification temperature should keep lower around 1140 °C and prefer technique for studied feed in IGCC is fluidized bed (ash in dry form) rather than ash slagging gasifier

Energetic efficiency of a deep bed swine production system

The aim of this work was to evaluate the energy flows of a commercial production system of swine deep bed in its finishing phase, located in Juiz de Fora, in the State of Minas Gerais, Brazil. Thus, an energy efficiency study was carried out by monitoring a lot of animals, during a 94-day period. The energy rate of each compound involved in the production process was quantified and the matrixes of energy consumption were determined in the form of animal feeding, electrical energy, piglets, material used as deep bed, human labor, equipment, swine buildings, production of alive swine for slaughter, organic fertilizer production (swine deep bed or swine deep litter). From the direct input energy, 80.57% correspond to animal feeding, 11.90% to pigs for slaughter and 6.76% to piglets, while from the energy output 53.45% correspond to the terminating swine and 46.55% to organic fertilizer (swine deep bed). By the results obtained, we can conclude that such production system has corresponded to an industrial and highly specialized agro ecosystem, importing a great part of the energy consumed in the production process, with 41% of energy efficiency.

Optimization of hydrogen plant efficiency

The purpose of this master’s thesis was to study ways to increase the operating cost-efficiency of the hydrogen production process by optimizing the process parameters while, at the same time, maintaining plant reliability and safety. The literature part reviewed other hydrogen production and purification processes as well as raw material alternatives for hydrogen production. The experimental part of the master’s thesis was conducted at Solvay Chemicals Finland Oy’s hydrogen plant in spring 2012. It was performed by changing the process parameters, first, one by one, aiming for a more efficient process with clean product gas and lower natural gas consumption. The values of the process parameters were tested based on the information from the literature, process simulation and experiences of previous similar processes. The studied parameters were reformer outlet temperature, shift converter inlet temperature and steam/carbon ratio. The results show that the optimal process conditions are a lower steam/carbon ratio and reformer outlet temperature than the current values of 3.0 and 798 °C. An increase/decrease in the shift conversion inlet temperature does not affect natural gas consumption, but it has an effect on minimizing the process steam overload.

Laadunhallinta uuden tuotteen tuotekehityksessä

Tämän diplomityön tavoitteena on uuden tuotteen laatusuunnittelun parantaminen Mantsi-nen Group Ltd Oy:n materiaalinkäsittelykoneiden ja -laitteiden tuotekehitysprosessissa, lopputuotteen valmistettavuuden ja laadun varmistamiseksi. Kirjallisuusosiossa on tutki-muksen kohteena tuotekehitysprosessi ja sen yhteydessä käytettävät soveltuvat laatutyöka-lut. Lisäksi työssä tutkitaan ja selvitetään ympäristö-, laadunhallinta- ja hitsausstandardien vaatimuksia tuotekehityksen yhteydessä. Tutkimusosiossa laatutyökaluja sovelletaan ja testataan aktiivisten tuotekehitysprojektin yhteydessä sekä niiden vaikuttavuutta arvioidaan laadun ja läpimenoajan parantamiseen. Ympäristöön, laadunhallintaan ja hitsaukseen liit-tyvien standardivaatimuksien täyttäminen tuotekehitysprosessissa tarkastetaan ja arvioi-daan uudelleen sekä tehdään tarvittavia lisäyksiä ja tarkennuksia. Tutkimuksen tuloksena on parannettu tuotekehitysprosessi, jossa hyödynnetään soveltuvia laatutyökaluja oikea-aikaisesti eri vaiheissa.

Leda förändring genom relationer, processer och kultur

Forskningens syfte var att bidra med en ny kunskapssyntes om vad det innebär att leda förändring ur ett vårdvetenskapligt perspektiv. Vårdledaren har, speciellt vid större förändringar inom organisationen, en stor betydelse för hur vårdandet förvaltas genom att hålla den vårdande traditionen levande och genom formningen av den vårdande kulturen och vårdgemenskapen. Den övergripande hermeneutiska forskningsansatsen med tillämpning av metodologisk triangulering har influerats av Gadamers, Ricoeurs och Ödmans syn på hermeneutik med förståelse och förklaring som kompletterar varandra. Forskningens övergripande frågeställning ”Vad innebär det att leda förändring ur ett vårdvetenskapligt perspektiv?” förankrades i de fyra underliggande frågeställningarna. Den första frågeställningen berörde meningsinnehållet i begreppet förändring samt dess gestaltning. Metoden var en hermeneutisk begreppsbestämning på en ontologisk och kontextuell nivå enligt Koorts metod för begreppsbestämning. Genom en personalenkät undersöktes personalens åsikter (totalt 597 personer) om den kommande fusionen och förändringen samt deras förväntningar på ledarna under förändringsprocessen för att få svar på vad förutsättningarna var för en förändring eller förändringsprocess med avsedda mål och effekter. Svaret på hur vårdledaren och dennes uppgifter gestaltades vid en förändring samt hur vårdledarna uppfattade förändring och den kommande förändringsprocessen erhölls genom djupintervjuer med vårdledare (17). Av resultatet framgår att vårdledaren leder förändring genom att leda relationer, processer och kultur och genom ett stödjande, reflekterande och kulturbärande ledarskap med syftet att åstadkomma en verklig och hållbar förändring. För att åstadkomma en verklig och hållbar förändring, dvs. en inre omgestaltning och omdaning som vardande, förutsätts dock att både tankemönster och handlanden förändras. Riktningen och insatserna för förändringen skall ha sin grund i en tydlig och meningsfull målsättning och vision utgående från en gemensam värdegrund. En arena för dialog borde utvecklas så att förändringens liksom även vårdandets vision och mission förankras och utvecklas till handling och förändring. Vårdledarens primära uppgift eller mission var att tillhandahålla varje individuell patient en god vård. Den primära missionen var med andra ord att med ansvarsfullhet tjäna vårdandet sak utgående från ett etiskt förhållningssätt. I tjänande av vårdandets sak fanns dock en tillit till att förändringen gagnar patienten och hans eller hennes vård, men vårdledarnas anpassning till förändringen var utan djupare engagemang. Vårdledarna kände även en oro för sitt uppdrag som vårdledare, vårdarbetets ställning och mandatet som patientens advokat. Vårdledaren är också en kulturbärare, vilket innebär att även kulturen har betydelse under en förändringsprocess. Genom att leda kulturen skapar vårdledaren en öppen, bekräftande och evidensbaserad atmosfär med centrala värderingar som ger uttryck för den rådande andan och kulturen.

Lignoselluloosapohjaisten väkevähappohydrolysaattien jatkuvatoiminen kromatografinen fraktiointi

Työssä tutkittiin lignoselluloosapohjaisten väkevähappohydrolysaattien (monosakkaridit, rikki- ja etikkahppo) jatkuvatoimista kromatografista fraktiointia käyttäen Japan Organo SMB -prosessia. Adsorbenttinä toimi happomuotoinen (H+) vahva kationinvaihtohartsi. Panostoimista fraktiointia käytettiin vertailukohtana. Jatkuvatoimisen prosessin optimoinnilla saavutettiin monosakkaridien suurimmaksi tuottavuudeksi 283 mol/(m3 h) (panosprosessille 145 mol/(m3 h). JO-prosessilla saavutettiin korkeat rikki- ja etikkahapon saannot: 97,3 % ja 93,5 %. Monosakkaridisaanto jäi hieman alhaisemmaksi (61,7 %) johtuen monosakkaridi- ja rikkihappo-profiilien hankalasta erottamisesta. Ulostulo virtojen puhtaudet olivat korkeat: 89 % monosakkarideille, 89 % rikkihapolle ja 100 % etikkahapolle.

Platinaryhmän metallien talteenotto

Tässä työssä on selvitetty platinaryhmän metallien eli platinan, palladiumin, iridiumin, osmiumin, rhodiumin ja ruteniumin talteenottoa. Ensiksi on kerrottu jokaisen metallin kemiallisia ja fyysisiä ominaisuuksia, jonka jälkeen on perehdytty malmin jalostusprosessiin aina ensimmäisistä analyyseistä lopputuotteen, eli puhtaan metallin valmistamiseen. Sen jälkeen on pohdittu platinametallien kierrättämistä sekä fissiosta saatavien platinametallien kannattavuutta ja talteenottomahdollisuuksia.

Tutkimustulosten jalkauttamismenettelyjen kehittäminen pk-yrityksille

Yliopistojen tutkimustulosten hyödyntämisen merkitys on kasvanut viime vuosina Suomessa erityisesti yliopistolakimuutosten myötä. Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia teoreettisesti kirjallisuuden avulla yliopiston tutkimustulosten jalkauttamista ja jalkauttamismenetelmiä sekä perehtyä erilaisiin yliopiston tutkimusprojekteihin. Tässä työssä muodostetaan käsitys erilaisista yliopiston tutkimusprojekteista ja luodaan tutkimusprojektikategoriat erilaisten rahoittajatahojen, kuten EU:n, Tekesin ja Suomen Akatemian, strategisiin linjauksiin perustuen. Lisäksi tässä diplomityössä selvitetään kuhunkin tutkimusprojektikategoriaan soveltuvat jalkauttamismenetelmät kirjallisuuden havaintojen avulla ja muodostetaan näin viitekehys tutkimustulosten jalkauttamiselle. Muodostettua viitekehystä sovelletaan tutkittavassa tapauksessa, jonka tutkimustulosten jalkauttamisprosessiin ja menettelyyn perehdytään tapaustutkimuksen periaatteiden mukaisesti. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että erityisesti epämuodolliset jalkauttamismenetelmät eli menetelmät, jotka eivät vaadi virallisia sopimussuhteita, kuten verkostojen hyödyntäminen, seminaarit, julkaisut ja tutkimustulosten tiivistelmät, ovat sovellettavissa lähes kaikissa yliopiston tutkimusprojekteissa. Lisäksi epämuodollisia jalkauttamismenetelmiä suositellaan käytettäväksi yhtäaikaisesti muodollisten jalkauttamismenetelmien kanssa, kuten esimerkiksi yhteistoimintatutkimuksen, lisensoinnin ja sopimustutkimuksen, jotta tutkimustulokset voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti. Epämuodollisten menetelmien merkitys korostuu erityisesti, kun hyödyntävänä tahona on pk-yritys. Pk-yritykset asettavat vaatimuksia jalkauttamismenetelmille sekä kokonsa ja resurssiensa puolesta että haavoittuvuudellaan toimintaympäristön äkkinäisille muutoksille, mikä havaittiin myös tutkitussa tapauksessa. Tutkittu tapaus vahvisti teoreettista viitekehystä. Huomionarvoista tutkitussa tapauksessa oli niin sanotun välittäjäorganisaation käyttö yliopiston ja yritysten välillä, mitä voidaan suositella käytettäväksi erityisesti, kun tavoitteena on jalkauttaa yliopiston tutkimustuloksia pk-yrityksille. Välittäjäorganisaatio kuroo umpeen yliopiston ja pk-yritysten välillä havaittavaa kuilua.

Potential utilization ways of recovered chemical products from digestate

The study evaluates the potential application of chemical substances, obtained from biogas plants` by-products. Through the anaerobic digestion process with biogas the large amount of digestate is produced. This digestate mainly consists on the organic matter with the high concentration of nutrients such as nitrogen and phosphorus. During ammonia stripping and phosphorus precipitation the products- ammonia water, ammonium sulfate, ammonium nitrate, ferrous phosphate, aluminum phosphate, calcium phosphate and struvite can be recovered. These chemicals have potential application in different industrial sectors. According to Finnish market and chemicals properties, the most perspective industrial applications were determined. Based on the data, obtained through the literature review and market study, the ammonia water was recognized as a most perspective recovered substances. According to interview provided among Finnish companies, ammonia water is used for flue gas treatment in SNCR technology. This application has a large scale in the framework of Finnish industrial sectors. As well nitrogen with phosphorous can be used as a source of nutrients in the biological wastewater treatment plants of paper mills.