Identification of extractives and polysaccharides as foulants in membrane filtration of pulp and paper mill effluents

The search for new renewable materials has intensified in recent years. Pulp and paper mill process streams contain a number of potential compounds which could be used in biofuel production and as raw materials in the chemical, food and pharmaceutical industries. Prior to utilization, these compounds require separation from other compounds present in the process stream. One feasible separation technique is membrane filtration but to some extent, fouling still limits its implementation in pulp and paper mill applications. To mitigate fouling and its effects, foulants and their fouling mechanisms need to be well understood. This thesis evaluates fouling in filtration of pulp and paper mill process streams by means of polysaccharide model substance filtrations and by development of a procedure to analyze and identify potential foulants, i.e. wood extractives and carbohydrates, from fouled membranes. The model solution filtration results demonstrate that each polysaccharide has its own fouling mechanism, which also depends on the membrane characteristics. Polysaccharides may foul the membranes by adsorption and/or by gel/cake layer formation on the membrane surface. Moreover, the polysaccharides interact, which makes fouling evaluation of certain compound groups very challenging. Novel methods to identify wood extractive and polysaccharide foulants are developed in this thesis. The results show that it is possible to extract and identify wood extractives from membranes fouled in filtration of pulp and paper millstreams. The most effective solvent was found to be acetone:water (9:1 v/v) because it extracted both lipophilic extractives and lignans at high amounts from the fouled membranes and it was also non-destructive for the membrane materials. One hour of extraction was enough to extract wood extractives at high amounts for membrane samples with an area of 0.008 m2. If only qualitative knowledge of wood extractives is needed a simplified extraction procedure can be used. Adsorption was the main fouling mechanism in extractives-induced fouling and dissolved fatty and resin acids were mostly the reason for the fouling; colloidal fouling was negligible. Both process water and membrane characteristics affected extractives-induced fouling. In general, the more hydrophilic regenerated cellulose (RC) membrane fouled less that the more hydrophobic polyethersulfone (PES) and polyamide (PA) membranes independent of the process water used. Monosaccharide and uronic acid units could also be identified from the fouled synthetic polymeric membranes. It was impossible to analyze all monosaccharide units from the RC membrane because the analysis result obtained contained degraded membrane material. One of the fouling mechanisms of carbohydrates was adsorption. Carbohydrates were not potential adsorptive foulants to the sameextent as wood extractives because their amount in the fouled membranes was found to be significantly lower than the amount of wood extractives.

Requirement management in nuclear power projects

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia vaatimusten hallintaa suunnittelu- ja konsultointiyrityksen kannalta Suomen ydinvoimaprojekteissa keskittyen ydinturvallisuus- ja laatuvaatimuksiin. Ydinvoimaprojekteissa toimiminen on edellyttänyt menettelyohjeiden ja laatujärjestelmän uudelleen organisointia yrityksessä ja esiin on noussut haasteita liittyen muun muassa vaatimusten tunnistamiseen ja todentamiseen erityyppisissä ja erilaajuisissa projekteissa. Työ toteutettiin perehtymällä ydinvoimaan liittyvään lainsäädäntöön Suomessa, ohjeisiin ja standardeihin sekä haastattelemalla yrityksen omia asiantuntijoita. Viimeaikaisista sekä meneillään olevista projekteista kerättiin kokemuksia sekä arvioitiin ydinvoima projekteja varten laaditun projektin toteutusohjeen toimivuutta ja käytettävyyttä esimerkkiprojektin avulla. Suurimmiksi haasteiksi tunnistettiin lainsäädännöllisten vaatimusten, kuten ydinvoima- laitosohjeiden (YVL) muuttuminen ja tulkinnanvaraisuus sekä asiakkaiden perehtymät- tömyys Suomen lainsäädäntöön ja vaatimustasoon liittyen ydinturvallisuuteen. Työn tuloksena tunnistettiin hyviä vaatimusten hallintaan liittyviä projektinhallintaa ja ydin- turvallisuutta edistäviä asioita, kuten vaatimusten täsmentäminen jo sopimustasolla sekä niiden täyttymisen seuranta projektin aikana. Erillisen vaatimustietokannan luomista ydinvoimaprojekteja varten tutkittiin, mutta siitä luovuttiin teknisten vaatimusten osalta kannattamattomana, sillä standardien ja vaatimusten määrä kasvoi niin suureksi, että niiden hallitseminen vaatisi enemmän työtä kuin mitä projektien taso yleensä sallisi.

Use of nuclear technique in samples for agricultural purposes

The concern related to environment is growing. Due to this, it is needed to determine chemical elements in a large range of concentration. The neutron activation technique (NAA) determines the elemental composition by the measurement of artificial radioactivity in a sample that was submitted to a neutron flux. NAA is a sensitive and accurate technique with low detection limits. An example of application of NAA was the measurement of concentrations of rare earth elements (REE) in waste samples of phosphogypsum (PG) and cerrado soil samples (clayey and sandy soils). Additionally, a soil reference material of the International Atomic Energy Agency (IAEA) was also analyzed. The REE concentration in PG samples was two times higher than those found in national fertilizers, (total of 4,000 mg kg-1 ), 154 times greater than the values found in the sandy soil (26 mg kg-1 ) and 14 times greater than the in clayey soil (280 mg kg-1 ). The experimental results for the reference material were inside the uncertainty of the certified values pointing out the accuracy of the method (95%). The determination of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu in the samples and reference material confirmed the versatility of the technique on REE determination in soil and phosphogypsum samples that are matrices for agricultural interest.

HYDROPHOBIC MEMBRANE TECHNOLOGY FOR AMMONIA EXTRACTION FROM WASTEWATERS

ABSTRACT Total Ammoniacal Nitrogen - TAN (NH3 + NH4+) in wastewaters cause environmental degradation concerns due to their negative impacts on air, soil and water. Several technologies are available for TAN removal from the wastewaters. One emerging technology is the use of hydrophobic membrane as non-destructive NH3 extraction. In this paper the authors discuss the uses of gas permeable membrane (GPM) and its physicochemical characteristics that influence gas mass transfer rate, diffusion and recovery mechanisms of NH3 from liquid sources (e.g. animal wastewater). Several aspects of NH3 extraction from liquid manure and other TAN generation sources using GPM technology as well as its applicability for NH3 mitigation from liquid effluents and possible recovery as a nutrient for plant growth are also discussed in this review.

The probabilistic risk analysis of external hazards of an interim storage for spent nuclear fuel

Tässä diplomityössä tehtiin Olkiluodon ydinvoimalaitoksella sijaitsevan käytetyn ydinpolttoaineen allasvarastointiin perustuvan välivaraston todennäköisyysperustainen ulkoisten uhkien riskianalyysi. Todennäköisyysperustainen riskianalyysi (PRA) on yleisesti käytetty riskien tunnistus- ja lähestymistapa ydinvoimalaitoksella. Työn tarkoituksena oli laatia täysin uusi ulkoisten uhkien PRA-analyysi, koska Suomessa ei ole aiemmin tehty vastaavanlaisia tämän tutkimusalueen riskitarkasteluja. Riskitarkastelun motiivina ovat myös maailmalla tapahtuneiden luonnonkatastrofien vuoksi korostunut ulkoisten uhkien rooli käytetyn ydinpolttoaineen välivarastoinnin turvallisuudessa. PRA analyysin rakenne pohjautui tutkimuksen alussa luotuun metodologiaan. Analyysi perustuu mahdollisten ulkoisten uhkien tunnistamiseen pois lukien ihmisen aikaansaamat tahalliset vahingot. Tunnistettujen ulkoisten uhkien esiintymistaajuuksien ja vahingoittamispotentiaalin perusteella ulkoiset uhat joko karsittiin pois tutkimuksessa määriteltyjen karsintakriteerien avulla tai analysoitiin tarkemmin. Tutkimustulosten perusteella voitiin todeta, että tiedot hyvin harvoin tapahtuvista ulkoisista uhista ovat epätäydellisiä. Suurinta osaa näistä hyvin harvoin tapahtuvista ulkoisista uhista ei ole koskaan esiintynyt eikä todennäköisesti koskaan tule esiintymään Olkiluodon vaikutusalueella tai edes Suomessa. Esimerkiksi salaman iskujen ja öljyaltistuksen roolit ja vaikutukset erilaisten komponenttien käytettävyyteen ovat epävarmasti tunnettuja. Tutkimuksen tuloksia voidaan pitää kokonaisuudessaan merkittävinä, koska niiden perusteella voidaan osoittaa ne ulkoiset uhat, joiden vaikutuksia olisi syytä tutkia tarkemmin. Yksityiskohtaisempi tietoisuus hyvin harvoin esiintyvistä ulkoisista uhista tarkentaisi alkutapahtumataajuuksien estimaatteja.

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.