Ympäristö- ja yhdyskuntavesien monitorointi Saimaan vesistöalueella

Diplomityössä tutkittiin kromatografian, elektroforeesin ja spektrometrian käyttöä ympäristövesianalytiikassa. Kokeellisessa osassa analysoitiin Saimaan Vesi- ja Ympäristötutkimus Oy:n keräämistä kaatopaikka-, jätevesi-, pohjavesi-, vesistö-, uimahalli-, yksityiskaivo-, poreallas- ja suovesinäytteistä epäorgaaniset anionit (F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2- SO42-ja PO42-) sekä ionikromatografilla että kapillaarielektroforeesilla. Näytteet on kerätty Saimaan alueen ympäristökunnista. Kapillaarielektroforeesilla analysoitiin lisäksi tiosulfaatti. Liekkiatomiabsorptio-spektrometrilla analysoitiin Cu, Fe, Na ja Al. Natriumia löytyi jokaisesta vesinäytteestä. Pohjavesistä ei löytynyt rautaa eikä alumiinia ja kuparipitoisuudet olivat alle määritysrajan. Vesistövesistä kahdessa näytteessä oli alle määritysrajan olevia rautapitoisuuksia. Muissa näytteissä ei rautaa ollut. Suovesistä kuparia löytyi hyvin pieniä määriä ja yhdestä näytteestä alumiinia alle määritysrajan. Kaatopaikkavesissä kuparipitoisuudet sekä kolmessa näytteessä alumiinipitoisuudet olivat alle määritysrajan. Jätevesistä oletettiin löytyvän suuria määriä typpispesieksiä ja fosforia. Niitä kuitenkin esiintyi isoissa pitoisuuksissa vain suovesinäytteissä. Jätevesinäytteet sisälsivät bromidia, nitraattia ja fluoridia jopa yli 140 mg/l. Kapillaarielektroforeesilla ja ionikromatografilla mitatut anionipitoisuudet korreloivat hyvin toisiaan. Kontaminoituja vesiä löytyi pohja-, kaatopaikka-, jäte- ja vesistövesistä sekä uima-altaan terapiaaltaan vedestä.

Toimintamallin luominen pohjavesien suojelemiseksi puolustusvoimien ampuma- ja harjoitusalueilla

Työssä tutkitaan puolustusvoimien pohjavesialueilla sijaitsevien ampuma- ja harjoitus-alueiden toimintojen riskejä ja määritellään niiden perusteella toimintamallia pohjavesien suojelemiseksi. Työn tilaajana on puolustusvoimat, jolla on useita harjoitusalueita luokitelluilla pohjavesialueilla. Pohjavesi on rajallinen maanalainen vesivarasto, joka on haavoittuvainen ympäristövai-kutuksille vaikean puhdistettavuutensa takia. Pohjaveden pilaaminen on lailla kielletty. Lainsäädäntö velvoittaa toiminnanharjoittajia olemaan selvillä toimintojen ympäristö-vaikutuksista ja ennalta ehkäisemään mahdollisia vaikutuksia. Työn tarkoituksena oli selvittää ampuma- ja harjoitusalueiden toimintojen riskejä poh-javedensuojelua ajatellen. Riskejä arvioitiin sijainnin ja päästöjen kannalta, satunnais-päästöriskianalyysiä käyttäen. Riskit luokiteltiin merkittävyyden kannalta eri riskiluok-kiin, joista merkittävimmille laadittiin toimenpide-ehdotuksia. Esimerkkikohteena käy-tettiin Taipalsaaren ampuma- ja harjoitusaluetta, jolle laadittiin riskianalyysin perusteella tarkkailusuunnitelmaehdotus. Työn lopputuloksena syntyi toimintamalliehdotus riskien arvioimiselle ja tarkkailu-suunnitelman laatimiselle. Tätä mallia voidaan käyttää hyväksi ampuma- ja harjoitus-alueiden ympäristövaikutuksien hallinnan suunnittelussa.

Assessment of hydrochemical quality of ground water under some urban areas within sana'a secreteriat

Groundwater from nine wells of three different districts, located at Sana'a secretariat was analyzed for hydrochemical quality assessment. Measurements of water quality parameters including pH, EC, CO3(2-), HCO3-, Cl-, NO3-, SO4(2-), Ca2+, Mg2+, Fe3+, K+, and Na+ were carried out . Classification of the groundwater samples according to Cl, SO4(2-), CO3(2-) and HCO3-, hardness (H), total dissolved solids (TDS), base-exchange, and meteoric genesis was demonstrated. Suitability of ground water samples for irrigation and industrial uses according to sodium adsorption ration (SAR), ratio of dissolved sodium (RDS), residual sodium carbonate (RSC) and saturation index (SI) was also investigated. The results of this study showed that almost all ground water samples were of good quality that makes them suitable for drinking and domestic uses. Results also indicated that even though some of the ground water samples were suitable for irrigation purposes, almost all of them were found not be good for industrial uses. Despite all drawbacks of the sewerage system built around Sana'a secretariat at the beginning of the first decade of the third millennium, the results of this study indicate that there is scope of significant improvement in Sana'a secretariat ground water quality.

Tutorials for MeVEA Simulation Software

The objective of the thesis was to create three tutorials for MeVEA Simulation Software to instruct the new users to the modeling methodology used in the MeVEA Simulation Software. MeVEA Simulation Software is a real-time simulation software based on multibody dynamics. The simulation software is designed to create simulation models of complete mechatronical system. The thesis begins with a more detail description of the MeVEA Simulation Software and its components. The thesis presents the three simulation models and written theory of the steps of model creation. The first tutorial introduces the basic features which are used in most simulation models. The basic features include bodies, constrains, forces, basic hydraulics and motors. The second tutorial introduces the power transmission components, tyres and user input definitions for the different components in power transmission systems. The third tutorial introduces the definitions of two different types of collisions and collision graphics used in MeVEA Simulation Software.

Monte Carlo -reaktorifysiikkalaskennan ja laskennallisen virtausmekaniikan kytkentä kuulakekoreaktorissa

Monte Carlo -reaktorifysiikkakoodit nykyisin käytettävissä olevilla laskentatehoilla tarjoavat mielenkiintoisen tavan reaktorifysiikan ongelmien ratkaisuun. Neljännen sukupolven ydinreaktoreissa käytettävät uudet rakenteet ja materiaalit ovat haasteellisia nykyisiin reaktoreihin suunnitelluille laskentaohjelmille. Tässä työssä Monte Carlo -reaktorifysiikkakoodi ja CFD-koodi yhdistetään kytkettyyn laskentaan kuulakekoreaktorissa, joka on yksi korkealämpötilareaktorityyppi. Työssä käytetty lähestymistapa on uutta maailmankin mittapuussa ajateltuna.

Electric-drive-based control and electric energy regeneration in a hydraulic system

Over the recent years, development in mobile working machines has concentrated on reducing emissions owing to the tightening rules and needs to improve energy utilization and reduce power losses. This study focuses on energy utilization and regeneration in an electro-hydraulic forklift, which is a lifting equipment application. The study starts from the modelling and simulation of a hydraulic forklift. The energy regeneration from the potential energy of the load was studied. Also a flow-based electric motor speed control was suggested in this thesis instead of the throttle control method or the variable displacement pump control. Topics related to further development in the future are discussed. Finally, a summary and conclusions are presented.

Mikkelin Pursialan pohjavesialueen haitta-aineet

Mikkelin talousvedestä kahden kolmasosan tullessa Pursialan pohjavesialueelta on alueen suojeleminen tärkeää. Pohjaveden laatua uhkaavat etenkin alueella sattuneet pohjavedenpilaantumistapaukset. Merkittävimmät pohjaveden pilaantumistapaukset ovat VAPO Oy:n sahan aiheuttama pohjaveden pilaantuminen kloorifenoleilla (CP) ja VR:n ratapölkkykyllästämön aiheuttama pohjaveden pilaantuminen kreosoottiöljyllä sekä Rinnekadun Nesteen aiheuttama pohjaveden pilaantuminen MTBE:llä. Alueella on tehty tutkimuksia ja kunnostuksia pilaantumiin liittyen, mutta näiden tuloksia ei ole aikaisemmin koottu yhteen. Tämän työn tavoitteena oli koota tulokset samaan aineistoon. Työssä keskityttiin kloorifenolien leviämisen tarkasteluun sen Pursialan pohjavedenottamolle muodostaman suurimman uhan vuoksi. Kallioperätietojen, maanpintatietojen ja näytetietojen pohjalta laadittiin myös pienoismalli CP-pilaantuman leviämisen kokonaiskuvan hahmottamiseksi. Työn tavoitteena oli lisäksi tehdä riskitarkastelua CP-pilaantumaan liittyen ja etsiä keinoja hallita havaittuja riskejä. Riskinhallintaan liittyen työssä tutkittiin kloorifenoleilla pilaantuneen alueen maaperä- ja kalliotietoja sekä pohjaveden laatutietoja. Pursialan pohjavedessä on runsaasti rautaa ja mangaania sekä aggressiivista hiilihappoa. Pohjaveden pH on alueella noin 6,5, lämpötila noin 7,5 ºC ja happipitoisuus noin 0,7 mg/l. Pursialan kaupunginalueen kallioperässä on havaittavissa VAPO Oy:n sahalta vedenottamolle etenevä kalliopainanne, jota pitkin CP etenee. Alueen kallioperä on kiillegneissiä, jossa on pohjois–etelä-suuntaista rakoilua. Maaperätuloksien perusteella on havaittavissa vettä hyvin johtavien maakerrosten jatkuminen koko vedenottamon ja sahan välisen matkan, mikä tarkoittaa, että CP-pitoisella pohjavedellä voi olla aiemmin oletettua nopeampikin yhteys sahalta vedenottamolle. Suurin CP-pitoisuus noin 100 000 µg/l on mitattu KY-5-altaan kohdalle asennetun M14-pohjavesiputken pohjasta. Talousvesiasetuksen raja-arvo CP:lle on 10 µg/l. Sahan ja vedenottamon puolivälissä on havaittu yli 10 000 µg/l meneviä CP-pitoisuuksia. Suurin vedenottamon kaivoista (kaivo 10) mitattu pitoisuus on 149 µg/l. Jakotukilta raakavedestä otetuissa näytteissä tai talousvedessä ei ole kuitenkaan havaittu talousvesiasetuksen ylittäviä CP-pitoisuuksia. Pienoismallin perusteella CP sijaitsee sahan alueella lähellä kallionpintaa ja hajaantuu koko pohjavesipatjaan vedenottamolle päin mentäessä. CP-mittaustuloksissa on havaittavissa pulssimaisuutta. Tämä johtuu todennäköisesti Saimaan pinnan vaihtelun seurauksena muuttuvasta rantaimeytyneen pohjaveden määrästä. Saimaan pinnan nousu näyttäisi tuloksien perusteella nostavan CP-pitoisuuksia saha-alueella ja laskevan lähellä vedenottamoa. Pohjaveden pintatietojen perusteella tehdyn tarkastelun mukaan pohjavesi voi kulkeutua sahalta vedenottamolle parhaimmillaan noin vuodessa. Työssä arvioitiin KY-5–liuoksen vuosittaiseksi käyttömääräksi noin 648–970 m3. Allassakkaa arvioitiin syntyneen yhteensä noin 10–31 m3. Pohjaveteen arvioitiin joutuneen toiminnan aikana yhteensä noin 3 000–4 000 kg CP:tä. Kloorifenolit esiintyvät pohjavedessä lähes täysin kloorifenolaatteina. Kloorifenolien hajoaminen ja muuntuminen pohjavedessä on epätodennäköistä. Käsitteellisen mallin mukaan kloorifenolipilaantuman suurimmat riskit aiheutuvat kloorifenolien mahdollisuudesta pilata Pursialan vedenottamon talousvesi. Tällä hetkellä riskejä hallitaan kloorifenolien leviämisen tarkkailulla, sahan ja vedenottamon puolivälissä sijaitsevalla koepumppauksella sekä varautumalla aktiivihiilijauheen syöttöön talousvesiprosessiin. Koepumppauksen avulla on saatu ylös tällä hetkellä noin 69 kg kloorifenoleita. Tutkimuksen perusteella suositeltavimmat riskinhallintatoimet tulevaisuudessa ovat sahalla sijaitseva kunnostuspumppaus, sahan ja vedenottamon väliin sijoittuva suojapumppaus- ja vesiverhoyhdistelmä sekä sahan rannan kautta tapahtuvan rantaimeytymisen estäminen.

Estimation of alluvial recharge in the semiarid

In areas where there is irrigated agriculture, the recuperation of water reserves in alluvial aquifers may occur preferentially due to precipitation. Recharging can be evaluated from variation information of water depth measured in piezometers or observation wells. Thus, the aim of this research is to study the recharge in the alluvial aquifer formed by the Mimoso temporary stream in the semiarid region of Pernambuco (PE), Brazil, using the method of the fluctuation of the water level. This system is typical on the Brazilian Northeast semiarid region, using groundwater for domestic supply and for irrigation on small scale agriculture. Monthly potentiometric levels and rainfall data were used. The selected period for the study, from January 2002 to October 2009, involved extreme events of flooding and droughts as well as regular years, providing a better understanding of the behavior of the alluvial recharge. It was found that the system responds significantly to precipitation events. It was also observed that even with different soil textures in the study area, recharge factors were not significantly different. The study provided a better understanding of the behavior of aquifer recharge and its relationship with the soil and the rainfall events in the region.

Irrigation with domestic treated sewage and nitrogen fertilizing in sunflower cultivation

The objective of this study was to evaluate the productive performance of sunflower plants irrigated with different levels of domestic treated sewage and groundwater well with different doses of nitrogen. It was used randomized blocks design in split-split plots with four replications. In the plots, we evaluated the effect of two types of irrigation water, in the subplots we evaluated the five irrigation levels expressed as 25, 50, 75, 100 and 125% of the Class A pan Evaporation (CAE), and in the sub subplots, we evaluated the effect of four different doses of nitrogen (25, 50, 75 and 100 kg ha-1). The irrigation of sunflower with domestic sewage produced greater yield potential of grain and oil. The use of water from treated wastewater can replace up to 50 kg N ha-1 without affecting productivity. It is recommended for the commercial production of sunflower the use of treated sewage water with irrigation depth relative to 100% of CAE (296.64 mm) and nitrogen of 25 kg ha-1.

New Type Nuclear Reactors (NETNUC) 2008-2011 Final Report

This report summarizes the work done by a consortium consisting of Lappeenranta University of Technology, Aalto University and VTT Technical Research Centre of Finland in the New Type Nuclear Reactors (NETNUC) project during 2008–2011. The project was part of the Sustainable Energy (SusEn) research programme of the Academy of Finland. A wide range of generation IV nuclear technologies were studied during the project and the research consisted of multiple tasks. This report contains short articles summarizing the results of the individual tasks. In addition, the publications produced and the persons involved in the project are listed in the appendices.

Utilization of Particle Image velocimetry in PPOOLEX condensation experiments

Particle Image Velocimetry, PIV, is an optical measuring technique to obtain velocity information of a flow in interest. With PIV it is possible to achieve two or three dimensional velocity vector fields from a measurement area instead of a single point in a flow. Measured flow can be either in liquid or in gas form. PIV is nowadays widely applied to flow field studies. The need for PIV is to obtain validation data for Computational Fluid Dynamics calculation programs that has been used to model blow down experiments in PPOOLEX test facility in the Lappeenranta University of Technology. In this thesis PIV and its theoretical background are presented. All the subsystems that can be considered to be part of a PIV system are presented as well with detail. Emphasis is also put to the mathematics behind the image evaluation. The work also included selection and successful testing of a PIV system, as well as the planning of the installation to the PPOOLEX facility. Already in the preliminary testing PIV was found to be good addition to the measuring equipment for Nuclear Safety Research Unit of LUT. The installation to PPOOLEX facility was successful even though there were many restrictions considering it. All parts of the PIV system worked and they were found out to be appropriate for the planned use. Results and observations presented in this thesis are a good background to further PIV use.

Control of transients in water distribution networks by H¥ Control

In this work, a controller for regulating the transients in water distribution networks is established. The control technique is the H¥ Control. The developed controller is applied to a water distribution network and the results of this application demonstrate that the technique allowed the establishment of a robust controller, capable of attenuating the disturbances in a suitable way, being effective in controlling the oscillations of the state variables in question.

Analyzing hydraulic head of fluid flow in underground porous medium

Hydraulic head is distributed through a medium with porous aspect. The analysis of hydraulic head from one point to another is used by the Richard's equation. This equation is equivalent to the groundwater ow equation that predicts the volumetric water contents. COMSOL 3.5 is used for computation applying Richard's equation. A rectangle of 100 meters of length and 10 meters of large (depth) with 0,1 m/s fl ux of inlet as source of our fl uid is simulated. The domain have Richards' equation model in two dimension (2D). Hydraulic head increases proportional with moisture content.

Dynamiikan simulointi poralaitteiden tuotekehityksessä

Diplomityö käsittelee kallioporalaitteen eliniän kuormitusten arviointiin tarkoitetun simulointimallin rakentamista. Työssä luotiin modulaarinen malli, jolla voidaan simuloida dynaamisesti esteen yliajo. Esteen yliajo on perinteinen tehdastesti uusien laitteiden prototyypeille. Sillä pyritään saamaan selville laitteen maksimikuormitustapaukset. Pintaporalaitteen simulointimalli tehtiin ADAMS-ohjelmistolla laitteen suunnittelussa tehtyjä CAD-malleja hyödyntäen. ADAMS-ohjelmistolla mallinnettiin laitteen yksinkertaistettu mekaniikka siten, että laite oli jaettu viiteen eri moduuliin. Runko ja telasto olivat omana osionaan. Puomi ja syöttölaite oli oma kokoonpanonsa ja ohjaamo sekä katteet olivat kaksi erillistä modulia. Viides moduuli oli hydrauliikka, joka simuloitiin rinnakkaissimulointina EASY5-ohjelmistolla. Simuloituja esteen yliajon tuloksia verrattiin prototyyppilaitteen tehdastestien mitattuihin kuormituksiin. Vertailu tehtiin mallinnettujen neljän sylinterin paineita tarkastelemalla. Tuloksia tarkastellessa havaittiin, että simulaatiomalli antaa varsinkin staattisissa tarkasteluissa oikean suuntaisia tuloksia. Dynaamisissa tilanteissa koneen maksimikuormituksilla mallinnustarkkuus ei tämän työn laajuudessa ole riittävä varsinaiseen eliniän analysointiin. Sen sijaan mallinnustekniikka todettiin periaatteessa toimivaksi ja jatkokehityskelpoiseksi.

Atrazine persistence applied as commercial and xerogel formulations in oxisol

The intensive use of pesticides have contaminated the soil and groundwater. The application of herbicides as controlled release formulations may reduce the environmental damage related to their use because it may optimize the efficiency of the active ingredient and reducing thus the recommended dose. The objective of this study was to evaluate the persistence of the herbicide atrazine applied as commercial formulation (COM) and as controlled release formulation (xerogel - XER) in Oxisol. The experimental design used was split-plot randomized-blocks with four replications, in a (2 x 6) + 1 arrangement. The two formulations (COM and XER) were assigned to main plots and different atrazine concentrations (0, 3.200, 3.600, 4.200, 5.400 and 8.000 g atrazine ha-1) were assigned to sub-plots. Persistence was determined by means of dissipation kinetics and bioavailability tests. The methodology of bioassays to assess the atrazine availability is efficient and enables to distinguish the tested formulations. The availability of atrazine XER is higher than the commercial in two different periods: up to 5 days after herbicide application and at the 35th day after application. The XER formulation tends to be more persistent in relation to COM formulation.