Anaerobic treatment of deinking pulp plant effluents

Anaerobic treatment as a first biological stage in wastewater treatment is nowadays a well-established technology in recycled paper processing mills using closed water circuits. Today further developed high-rate processes and especially high-tower reactors are also able to handle lower organic loads and become therefore feasible for deinking pulp plant effluents. The interest in the anaerobic method is based on a positive energy balance in form of biogas production and low biomass yield from the process. The anaerobic treatment method was researched and its suitability for the deinking pulp plant effluents was tested experimentally at Stora Enso Maxau mill. In the theory, the deinking pulp process is introduced and the effluents from the deinking process are characterized. The anaerobic treatment is brought up in depth in terms of its use for the deinking effluents, and different kind of reactor types are presented. In addition, other wastewater treatment methods are shortly introduced with the focus on tertiary treatment. Static biodegradability tests were carried out for the wastewaters both anaerobically and aerobically. Based on the results, the deinking effluents can be degraded anaerobically, and inhibition to the methanogenic bacteria was not noticed. In the aerobic static test a good performance of the existing wastewater treatment plant at Maxau mill was proved. Later on pilot trials with sequential anaerobic-aerobic treatment were carried out for the deinking effluents. The anaerobic reactor used was a so called internal circulation reactor. The results confirmed that the combination of the anaerobic treatment and the aerobic activated sludge process is a suitable method for deinking wastewaters with a COD reduction as good as with a two stage aerobic method. When combined with the outstanding quality of the produced biogas and the cost savings acquired from the lower sludge production, the anaerobic treatment was found to be an especially favorable treatment method.

Effect of antifoams on oxygen mass transfer in pulp and paper mill effluents

Vaahdonestoaineiden haitallinen vaikutus hapen liukenemisnopeuteen biologisen puhdistamon jätevesissä on yleisesti tunnettua. Aineiden eri vaikutusmekanismien takia on silti vaikea etukäteen arvioida, miten ja kuinka paljon aineensiirto muuttuu. Työn tavoitteena oli saada tietoa vaahdonestoaineiden ja muiden pinta-aktiivisten aineiden vaikutuksesta kuplakokoon, kaasun tilavuusosuuteen ja kaasu-neste aineensiirtoon. Työn teoriaosassa on kuvailtu vaahdon muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä sekä eri vaahdonestoaineiden vaikutusmekanismeja sellu- ja paperitehtaan jätevedessä. Edelleen on esitetty useita hapen siirtoa estäviä ja parantavia aineita. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahdenkymmenenviiden eri pinta-aktiivisen aineen vaikutusta hapen liukenemisnopeuteen yksivaiheisessa kuplakolonnissa. Kokeet tehtiin kahdella pitoisuudella, kahdella eri kaasunjakolaitteella ja kolmella eri kaasun tyhjäputkinopeudella. Aineensiirtokokeiden rinnalla tutkittiin jätevesien laatu- ja fysikaalisiaominaisuuksia, niiden vaikutusta hapen liukenemisnopeuteen sekä testattavien koeaineiden vaikutusta fysikaalisin ominaisuuksiin. Kokeet osoittavat että pinta-aktiivisten aineiden vaikutus hapen aineensiirtoon vaihtelee riippuen kaasunjakolaitteesta ja aineen pitoisuuksista. Testatuista vaahdonestonaineista pienin negatiivinen vaikutus oli aineella AT 35 ja positiivinen vaikutustodettiin olevan vaahdonestoaineiden komponenteilla: P2, S1, F4 ja T9.

Wastewater Treatment of Diesel Power Plant

Diplomityön tavoitteena on selvittää Wärtsilän dieselvoimalaitosten jätevedenkäsittelyn vallitseva tila. Tutkimuksessa keskitytään raskaspolttoöljykäyttöisiin voimalaitoksiin. Työssä selvitetään yleisimmät dieselvoimalaitosten jätevesille asetetut vaatimukset. Selvitys tehdään keräämälläja tutkimalla dieselvoimalaitosten jätevesille sovellettuja standardeja. Työssä selvitetään myös dieselvoimalaitokselta ulostulevan jäteveden laatu sekä nykyisen jätevedenkäsittelyjärjestelmän toiminta. Selvitys tehdään keräämällä ja tutkimalla yrityksen sisäisiä tietoja, sekä ottamalla ja analysoimalla jätevesinäytteitä. Näytteiden otto ja analysointi toteutetaan vierailemallakahdessa voimalaitoksessa sekä yhdessä muussa kohteessa. Jäteveden laatu ennen ja jälkeen käsittelyn määritetään. Myös öljynjalostusteollisuuden jätevedenkäsittelyä tarkastellaan kirjallisuuteen pohjautuen. Tarkastelun tavoitteena on hankkia tietoa jätevedenkäsittelystä kohteissa, joissa jäteveden laatu vastaa dieselvoimalaitoksella syntyvää jätevettä. Vertailun vuoksi myös öljynjalostusteollisuudelle asetetuttuja jätevesistandardeja tutkitaan. Lisäksi työssä tutkitaan myös joitakin muita jätevedenkäsittelymenetelmiä. Diplomityön tuloksena määritetään dieselvoimalaitosten jätevedenkäsittelyn tulevaisuuden haasteet ja mahdollisuudet.

Pienen mittakaavan CHP-laitokset osana hiilineutraalia maaseutuyhteiskuntaa

Maapallon ilmasto lämpenee koko ajan kasvihuonekaasujen määrän lisääntyessä ilmakehässä. Merkittävin ihmisten aiheuttama päästöjen lähde on fossiilisten polttoaineiden käyttö energiantuotannossa ja liikenteessä, jonka vuoksi on tärkeää lisätä uusiutuvien energialähteiden käyttöä. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää esimerkkialueena olevan maaseutuyhteiskunnan mahdollisuutta olla energiaomavarainen ja materiaalikierroiltaan suljettu, jos alueen tarvitsema sähkö ja lämpö tuotettaisiin paikallisilla biomassavaroilla kahdella rinnakkaisella pienen mittakaavan CHP-laitoksella. Tarkastellut laitokset olivat anaerobisen mädätyksen ja polttokennojen yhdistelmä sekä termisen käsittelyn ja ORC-prosessin yhdistelmä. Työssä tehdyt laskelmat osoittivat, että esimerkkialue saisi tuotettua omilla biomassavaroillaan tarvitsemastaan sähköstä 75 % ja lämmöstä 90 % esimerkkilaitosten avulla. Laskelmissa ei kuitenkaan huomioitu kesä- ja talvikuukausien välistä eroa lämmön kulutuksessa, jonka vuoksi molemmat laitokset eivät voisi toimia koko ajan täydellä teholla. Lisäksi tuotetun lämmön hyötykäyttöä rajoittaa riittävän laajan kaukolämpöverkon puuttuminen esimerkkialueelta. Nykyisen kaukolämpöverkon avulla saataisiin hyödynnettyä vain kolmasosa ORC-prosessilla tuotetusta lämpöenergiasta. Laskelmat osoittivat myös, että alueen kasvihuonekaasupäästöt pienenisivät 21 % eli noin 6 000 hiilidioksidiekvivalenttitonnia vuodessa, jos suurin osa energiasta tuotettaisiin omista biomassavaroista CHP-laitosten avulla ja mädätyksen seurauksena syntyvä reaktorijäännös korvaisi kemiallisten lannoitteiden käytön.

Keski-Suomen maakunnan strateginen vesihuollon kehittämissuunnitelma vuosille 2009–2020

Keski-Suomen maakunnan strateginen vesihuollon kehittämissuunnitelma vuosille 2009–2020 käsittelee maakunnan vesihuollon kehittämistavoitteita, kehittämistarpeita sekä tarvittavia toimenpiteitä. Suunnitelmassa käydään läpi vesihuoltoon liittyvää lainsäädäntöä sekä kaavoituksen ja vesihuollon suhdetta. Keski-Suomen vesihuollon nykytila ja kehittämistarpeet käsitellään seutukunnittain ja kuntakohtaisesti. Vesihuollon kehittämisen tavoitteet määritellään eri osa-alueille, kuten maankäytön ja vesihuollon yhteensovittaminen, erityistilanteiden vesihuollon kehittäminen ja vesihuoltolaitosten kehittäminen. Tavoitteiden saavuttamiseksi on esitetty toimenpiteitä seutukunnittain. Keski-Suomen runkoviemärit ja -vesijohdot sekä vedenottamot on esitetty kartoilla.

Yleisimpien evakuointisuoritusten vaatimukset fyysiselle suorituskyvylle jääkärikomppanian hyökkäystaistelussa

Varusmieskoulutus tähtää yksilöiden toimintakyvyn kehittämiseen ja sitä kautta suorituskykyisten sodan ajan joukkojen tuottamiseen. Haavoittuneiden evakuointi on merkittävä huoltotoimenpide, jolla ylläpidetään joukon taistelukelpoisuutta. Se on yksi yleisimmistä ja kuormittavimmista sotilastehtävistä. Tutkielman tavoitteena oli selvittää, mitkä ovat yleisimmät evakuointisuoritukset ja miten elimistö tuottaa niissä energiaa. Lisäksi pyrittiin määrittämään, mitkä kestävyys- ja voimaominaisuudet ovat yhteydessä yleisimpiin evakuointisuorituksiin. Tutkielma on laadullinen kirjallisuuskatsaus. Aineisto koostuu puolustusvoimien lähteistä, liikuntatieteellisestä kirjallisuudesta sekä pelastus-, poliisi-, ja sotilasalan lähteistä. Aiemmin tehdyn kokeellisen tutkimuksen tieto luokiteltiin ja analysoitiin teoriaohjaavalla sisällönanalyysillä, joka eteni yksittäisistä tutkimustuloksista yleiseen teoriaan. Tutkielman tulokset sidottiin tutkimuksen viitekehykseen eli jääkärikomppanian hyökkäystaisteluun sekä liikuntatieteelliseen teoriaan energia-aineenvaihdunnasta, kestävyydestä ja voimasta. Analyysiin otettiin 17 tutkimusta. Aineistosta löydettiin neljä yleisintä evakuointisuoritusta: (1) yksi auttaja raahaa potilasta, (2) yksi auttaja kantaa potilasta palomiehenotteella, (3) kaksi auttajaa vetää potilasta ahkiolla ja (4) kaksi auttajaa kantaa potilasta paareilla. Evakuointimatka suorituksissa oli keskimäärin 30–230 metriä, ja niihin kului aikaa keskimäärin 60–185 sekuntia. Suoritusten keston avulla arvioitiin energia-aineenvaihduntaa niissä. Evakuointisuorituksessa 1 korostui anaerobinen kapasiteetti. Maksimipuristusvoima oli tärkeää evakuointisuorituksissa 1, 3 ja 4, minkä lisäksi aerobinen kapasiteetti, kyynärvarren koukistajalihasten kesto- ja maksimivoimat, rintalihasten voima sekä yläselän lihasten kesto- ja maksimivoimat korostuivat. Jalkojen anaerobinen kapasiteetti, vatsa- ja selkälihasten sekä jalkojen ojentajalihasten maksimivoimat olivat tärkeitä evakuointisuorituksessa 2. Yleisimmät evakuointisuoritukset toteutetaan selvästi raahaamalla tai paareilla. Palomiehenote ei sovellu vakavasti haavoittuneen evakuoimiseen. Energiantuotto suorituksissa oli keston perusteella pääosin anaerobista, mutta aerobinen kapasiteetti korostunee todellisessa evakuointitehtävässä taistelukentällä. Anaerobisen kapasiteetin merkitystä pitäisi tutkia simuloidussa taistelutilanteessa. Maksimipuristusvoima oli tärkeää useissa suorituksissa. Heikko puristusvoima voi rajoittaa haavoittuneen evakuoinnin suorittamista. Evakuoinnin apuvälineiden, kuten sulkurenkaiden tai valjaiden, käyttökelpoisuutta puristusvoiman merkityksen vähentäjänä kannattaisi selvittää. Kyynärvarren koukistajalihakset sekä rinta- ja yläselän lihakset tukevat keskeisesti ylävartaloa yleisimmissä evakuointisuorituksissa.

Pohjois-Satakunnan alueellinen vesihuollon kehittämissuunnitelma 2013 - 2035

Pohjois-Satakunnan alueellinen vesihuollon kehittämissuunnitelma koskee Kankaanpään kaupungin sekä Honkajoen, Jämijärven, Karvian, Lavian, Merikarvian, Pomarkun ja Siikaisten kuntien aluetta. Suunnitelmassa on vertailtu suunnittelualueen vesihuollon kehittämismahdollisuuksia. Suunnittelun lopputuloksena saadaan alueelliset vesihuollon ratkaisuvaihtoehdot, joilla vedenhankinta sekä jätevesien käsittely voidaan järjestää parhaalla mahdollisella tavalla. Suunnittelutyön teettivät suunnittelualueen kunnat yhdessä Varsinais-Suomen elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskuksen sekä Satakuntaliiton kanssa. Suunnitelman on laatinut AIRIX Ympäristö Oy. Suunnittelutyön aikana kävi ilmeiseksi, että vedenhankinnan kehittämisessä painotetaan vedenhankintayhteyksien varmistamista, koska nykyisin käytössä olevat pohjavesivarat ovat pääosin riittävät. Ainoastaan Honkajoella on tarvetta lisävedelle. Se tullaan varmistamaan joko vedenostolla Kankaanpäästä tai uudella vedenottamolla Palokankaan pohjavesialueelle. Suunnittelualueelle tullaan rakentamaan vedenhankintaa varmistavia yhteyksiä vesiosuuskuntien ja kuntien vesilaitosten välille. Näitä toteutetaan Karviassa ja Jämijärvellä sekä Siikaisten ja Pomarkun välille. Kankaanpäähän rakennetaan uusi vedenottamo, joka varmistaa samalla myös Merikarvian, Siikaisten, Honkajoen, Pomarkun, Lavian ja Sastamalan Kiikoisten vedenhankintaa. Vesihuollon erityistilanteisiin varautumiseen tullaan panostamaan lisääntyvän yhteistyön avulla. Varautumisessa tullaan kartoittamaan mm. varavoimalaitteiden ja desinfiointivalmiuden yhteistä järjestämistä. Kunnallinen jätevesien puhdistus tulee Laviaa lukuun ottamatta säilymään ennallaan pitkälle suunnittelukauden lopulle. Lavian jätevedet tullaan siirtämään Sastamalan Kiikoisiin, josta ne johdetaan Huittisiin käsiteltäväksi. Suunnittelukauden lopulla, vuosien 2030-2035 aikana on tarkoitus lopettaa sekä Jämijärven että Pomarkun puhdistamot ja rakentaa siirtoviemärit Kankaanpäähän. Runsaiden vuotovesimäärien vuoksi koko suunnittelualueelle esitetään laajamittaista viemäriverkostojen saneerausta. Puhdistamoiden kapasiteetin riittävyys sekä puhdistustulos paranevat, kun vuotovesiä saadaan vähennettyä. Vuotovesien vähenemisellä saadaan myös huomattavia käyttökustannusten säästöjä. Puhdistamolietteen osalta ehdotetaan käsittelyn keskittämistä esimerkiksi biokaasulaitokselle. Pomarkun lietteet kuljetaan jatkossakin käsiteltäväksi Porin Luotsinmäen jäteveden puhdistamolle. Lisäksi haja-asutuksen jätevesilietteiden vastaanottoa tullaan kehittämään alueellisesti. Suunnitelmaa hyödynnetään vedenhankintaa ja jätevedenkäsittelyä koskevia päätöksiä tehtäessä. Ehdotukset otetaan huomioon myös kunnallisia vesihuollon kehittämissuunnitelmia laadittaessa. Kehittämissuunnitelma sisältää nykyisessä laajuudessaan hankkeiden mitoitusperusteet ja tekniset perusratkaisut sekä alustavat kustannusarviot. Hankkeiden jatkovalmistelu vaatii hankekohtaisen yleis- ja rakennussuunnittelun ennen toteutusta. Samalla on selvitettävä kunnallisen päätöksenteon eteneminen, hankkeiden rahoitus ja kustannusten jako. Suunnitelmassa esitettyjen hankkeiden rakennuskustannukset ovat vedenhankinnan osalta noin 2,4 M€ ja jätevesihuollon osalta noin 4,8 M€ vuoteen 2035 mennessä.

Sellutehtaan TRS-hajapäästöjen hallinta

Diplomityön tavoitteena on selvittää TRS-hajapäästöjen muodostumista sekä päästöjen määrää UPM Kymmene Oyj:n Kaukaan sellu- ja paperitehtaalla. Työssä laaditaan TRS-hajapäästöjen mittausohjelma, minkä päivitetty massa- ja paperiteollisuuden BAT-vertailuasiakirja vaatii. Mittausohjelma täydentää tehdasintegraatin ilmapäästöjen valvontaohjelmaa. Hajapäästöjen lisäksi tavoitteena on selvittää häiriötilanteiden aiheuttamia TRS-päästömääriä. Kirjallisuusosassa selvitetään hajujen muodostumista sellun ja paperin valmistuksessa ja niiden käsittelyä ympäristövaikutusten minimoimiseksi. Lisäksi esitellään mittausmenetelmiä. Kokeellisessa osassa valituista kohteista mitataan TRS-pitoisuudet ja hajukaasujen virtaama, joiden perusteella lasketaan TRS-kuormitus. Kuormitus suhteutetaan sellutonnille. Osa kohteista on hajapäästökohteita ja osa kohteita, joista hajukaasut häiriötilanteissa johdetaan käsittelemättä ulos. Tulosten perusteella TRS-hajapäästöjä muodostuu sellun valmistuksessa noin 0,04 kgS/ADt ja jätevedenkäsittelyssä, pääasiassa lietteenkäsittelyssä 0,04 kgS/ADt. Hajapäästöjä syntyy eniten kohteissa, missä keräily on toteutettu kevyemmin tai sitä ei ole. Merkittävimmät kohteet Kaukaalla ovat lietteenkäsittely, koivukuitulinja ja mäntyöljylaitos. Havulinjan ja talteenotto-osaston hajapäästöt ovat muita osastoja vähäisemmät. Yhteensä sellutehtaan ja lietteenkäsittelyn TRS-hajapäästömäärä on 0,08 kgS/ADt, mikä on BAT vaihteluvälin (0,05-0,2 kgS/ADt) sisällä. TRS-häiriöpäästöjen osuus tehtaan TRS päästöistä voi häiriötilanteiden toistuessa nousta merkittäviksi. Tähän vaikuttaa merkittävästi häiriintyvä kohde.

Sähkökoagulaatiolaitteiston kehittäminen pintakäsittelylaitoksen jäteveden käsittelyyn

Tässä työssä kehitetään sähkökoagulaatiolaitteisto metallipinnoituslaitoksen jätevesien puhdistamiseen. Sähkökoagulaatio on sähkökemiallinen vedenpuhdistusprosessi, jossa hyödynnetään liukenevaa metallianodia. Sähkövirta irrottaa anodilta metalli-ioneja, jotka yhdistyvät vapaiden hydroksidi-ionien kanssa. Syntyneet metallihydroksidit vetävät puoleensa veden epäpuhtauksia ja saostuvat. Tämän työn tavoitteena oli kehittää sähkökoagulaatiolaitteistosta korvaaja käytössä olleelle kemialliselle jätevedenpuhdistuslaitteistolle. Sähkökoaglaatiolaitteiston toivottiin parantavan jätevedenpuhdistuksen toimintavarmuutta ja pienentävän käyttökustannuksia. Prototyyppilaitteistolla suoritettujen kokeiden perusteella sähkökoagulaation todettiin olevan kemiallista jätevedenkäsittelyä toimintavarmempi. Käyttökustannusten todettiin olevan samaa tasoa tai korkeammat kuin kemiallisella menetelmällä. Laitteiston suunnittelussa sovellettiin järjestelmällistä koneensuunnittelua. Suunnittelussa saavutettiin sille asetetut tavoitteet. Osatoiminnoille löydettiin toimivat ratkaisut ja laite on helposti huollettavissa.

Perfluorattuja yhdisteitä sisältävien jätevesien puhdistus- ja analyysimenetelmät

Perfluoratut alkyyliyhdisteet eli PFAS-yhdisteet ovat synteettisiä orgaanisia yhdisteitä, joissa on fluorattu hiiliketju. Hiilen ja fluorin väliset vahvat sidokset ovat muodostuneet ongelmaksi jätevedenpuhdistamoilla, sillä yhdisteet eivät hajoa puhdistamoilla käytössä olevilla vedenpuhdistusmenetelmillä. Yhdisteitä kertyy luontoon jätevesien mukana. Kandidaatintyössä on vertailtu yhdisteitä sisältävien vesien käsittelymenetelmiä parhaiten soveltuvan menetelmän löytämiseksi. Menetelmien kustannuksia tai soveltuvuutta vedenpuhdistamomittakaavan prosessiksi ei ole arvioitu. Lisäksi työssä on koottu yhdisteitä sisältävien jätevesien analysointiin sopivia analyysimenetelmiä. Soveltuvat puhdistus- ja analyysimenetelmät on esitelty uusien tieteellisten artikkelien pohjalta. Mahdollisia erotusmenetelmiä ovat membraanierotus ja sorptio. Membraaneista soveltuvimpia ovat nanosuodatus- ja käänteisosmoosimembraanit, joilla erottuvat jopa 0,0001 μm:n kokoiset partikkelit. PFAS-yhdisteet voidaan erottaa sorptiolla muun muassa aktiivihiileen. Yhdisteiden rakenne hajoaa nykyaikaisilla hapetusmenetelmillä ja polttamalla lietteen mukana. Hapettaminen permanganaatin avulla ei tuottanut hyvää tulosta, mutta fotokemiallisella hapetuksella ja alhaisen lämpötilan plasmatekniikalla (NTP) yhdisteiden rakenne hajosi lähes kokonaan. Fotokemiallinen hapetus onnistui erityisesti perfluorokarboksyylihapoilla, joiden rakenne hajosi jopa kolmessa tunnissa. Yleisimmin käytetty analyysimenetelmä on nestekromatografin ja massaspektrometrin yhdistelmä (LC-MS/MS) ja matriisivaikutus minimoidaan tyypillisesti kiinteäfaasiuutolla (SPE). Työssä esitellyistä käsittelymenetelmistä parhaiten soveltuva on NTP-menetelmä, koska sillä saatiin tutkimusten mukaan hajotettua yhdisteiden rakenne muita menetelmiä lyhyemmässä ajassa ja se soveltuu parhaiten kaikille PFAS-yhdisteille. NTP-menetelmässä ei tarvita katalyyttiä tai lisäkemikaaleja. Voimakkaana hapettimena toimivat epästabiilit hydroksyyliradikaalit, jotka syntyvät koronapurkauksen kautta. Koronapurkauksessa muodostuu myös otsonia ja lisäksi vapaa happi voi tehostaa hapettumista. Menetelmässä muodostuvien hajoamistuotteiden hallinta vaatii lisätutkimusta. Mahdollinen hallintakeino voisi olla esimerkiksi hapettumisessa vapautuvien fluoridi-ionien saostaminen. Muodostuvien hajoamistuotteiden toksisuutta voitaisiin tarkkailla biosensorilla.