Päällystetyn graafisen kartongin hajuominaisuudet

Diplomityön tavoitteena oli selvittää elintarvikepakkauksiin soveltuvan graafisen kartongin potentiaalinen hajun aiheuttaja. Lisäksi tavoitteena oli vähentää päällystetyn tasakoosteisen (SBS) kolmikerroskartongin hajutasoa keskittyen päällystyspastakomponentteihin sekä massaosaston jälkeen annosteltaviin kemikaaleihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin eri kartonkilajeja, päällystyspastoja ja sen sisältämiä komponentteja, pääpainon ollessa kuitenkin kartongin hajuominaisuuksiin vaikuttavien tekijöiden selvittämisessä. Lisäksi luotiin katsaus kartonkien aistinvaraisiin ja instrumentaalisiin määritysmenetelmiin. Instrumentaalisista määritysmenetelmistä käsiteltiin headspace –kaasukromatografia (HSGC) sekä korkeanerotuskyvyn nestekromatografia yhdistettynä massaspektrometriin (HPLC/MS). Kokeellisen osan alussa kartoitettiin päällystyskemikaalien sekä liima- ja retentioaineiden haihtuvat yhdisteet HSGC- ja HPLC/MS –tekniikoiden avulla. Kaasukromatografisesti analysoidut kokonaishaihtuvien tasot eivät poikenneet normaaleista tasoista, joten jouduttiin siirtymään HPLC/MS –menetelmään. HPLC/MS –tekniikalla on päästy tutkimaan herkästi haihtuvien typpiyhdisteiden amiinipitoisuuksia. Kemikaalimittausten perusteella vaihdettiin potentiaaliset hajua aiheuttavat kemikaalit, kovete ja synteettinen paksuntaja, markkinoilla oleviin vaihtoehtoisiin kemikaaleihin ja suoritettiin pilot -koeajo sekä tehdasmittakaavaiset koeajot. Työssä perehdyttiin myös varastoinnin aiheuttamiin vaikutuksiin eri kartonkilaatujen aistinvaraisissa ominaisuuksissa. Päällystyspastan kemikaaleista suuren hajukuorman aiheuttavat kovete, dispergointiaine, päällystyspigmentit ja lateksit sekä synteettinen paksuntaja. Kovetteen annostelumäärä päällystyspastoihin on alhainen, mutta sen sisältämä ammoniakkipitoisuus on kuitenkin huomattavan suuri. Kovete ohjaakin lopputuotteen ammoniakkipitoisuutta. Merkittävän metyyliamiinikuorman sisältää dispergointiaine. Sen vaikutus lopputuotteeseen voidaan olettaa vähäiseksi johtuen kemikaalin pienestä määrästä pastassa. Päällystyspigmenttien ja lateksien korkea metyyliamiinikuorma voi puolestaan aiheuttaa lopputuotteeseen huomattavan hajukuorman johtuen niiden suurista annostelumääristä. Eri synteettisille paksuntajille tehtyjen tutkimusten mukaan niiden hajukuormat olivat hyvin samankaltaisia ja vaikutus lopputuotteen kokonaishajutasoon jäi pieneksi. Aistinvaraisesti tarkasteltuna eri kartonkilaaduille saadaan eri hajutasoja. Elintarvikepakkauksiin soveltuvan graafisen kartongin hajutasot olivat korkeita muihin kartonkilaatuihin nähden niin tuoreena kuin varastoinnin jälkeen. Erityisesti tuoreen kartonkinäytteen metyyliamiinipitoisuus ylitti hajukynnyksen. Käytetty lateksi, kovete ja synteettinen paksuntaja näyttävät muodostavan niin tiiviin hajua koteloivan päällystekerroksen kartongin pinnalle, että hajua vapautuu pitkällä aikavälillä. Myös varastointi tiiviinä pakkauksena estää amiinien haihtumisen. Tutkimusten mukaan ammoniakkivapaalla PZC –kovetteella saadaan alennettua graafisen kartongin ammoniakkikuormaa huomattavasti. Tämä on vaikuttamassa myös lopputuotteen hajutasoon, jota on mahdollisuus alentaa käyttämällä ammoniakkivapaata kovetetta.

Cost efficient extractive removal of birch pulp

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kustannustehokkaita keinoja uuteaineiden vähentämiseksi koivusulfaattimassasta. Uuteaineet voivat aiheuttaa ongelmia muodostaessaan saostumia prosessilaitteisiin. Saostumat aiheuttavat tukkeumia ja mittaushäiriöitä, mutta irrotessaan ne myös huonontavat sellun laatua. Lopputuotteeseen joutuessaan ne voivat lisäksi aiheuttaa haju- ja makuhaittoja, joilla on erityistä merkitystä esimerkiksi valmistettaessa elintarvikekartonkeja. Tämä työ tehtiin Stora Enson sellutehtaalla, Enocell Oy:llä, Uimaharjussa. Teoriaosassa käsiteltiin uuteaineiden koostumusta ja niiden aiheuttamia ongelmia sellu– ja paperitehtaissa. Lisäksi koottiin aikaisempien tehdaskokeiden fysikaalisia ja kemiallisia keinoja vähentää koivu-uutetta. Tarkastelualueina olivat puunkäsittely, keitto, pesemö ja valkaisu. Kokeellisessa osassa suoritettiin esikokeita laboratorio- ja tehdasmittakaavassa, jotta saavutettaisiin käytännöllistä tietoa itse lopuksi tehtävää tehdasmittakaavan koetta varten. Laboratoriokokeissa tutkittiin mm. keiton kappaluvun, lisäaineiden ja hartsisaippuan vaikutusta koivu-uutteeseen. Lisäksi suoritettiin myös happo- (A) ja peretikkahappovaiheen (Paa) laboratoriokokeet. Tehdasmittakaavassa tarkasteltiin mm. keiton kappaluvun, pesemön lämpötilan, A-vaiheen, valkaisun peroksidi- ja Paa-vaiheen vaikutusta koivu-uutteeseen. Uutteenpoistotehokkuutta eri menetelmien välillä vertailtiin niin määrällisesti kuin rahallisesti. Uutteenpoistotehokkuudella mitattuna vertailuvaihe oli tehokkain pesemön loppuvaiheessa ja valkaisun alkuvaiheessa. Pesemön loppuvaiheessa uutteenpoistoreduktiot olivat noin 30 % ja valkaisun alkuvaiheessa 40 %. Peroksidivaihe oli tehokkain käytettynä valkaisun loppuvaiheessa noin 40 % reduktiolla. Kustannustehokkuudella mitattuna tehokkaimmaksi osoittautui A-vaihe yhdessä peroksidivaiheen kanssa. Säästöt vertailujaksoon verrattuna olivat noin 0.3 €/ADt. Lisäksi kyseinen yhdistelmä osoittautui hyväksi keinoksi säilyttää uutetaso alle maksimirajan kuitulinja 2:lla, kun kuitulinjalla 1 tuotettiin samanaikaisesti armeeraussellua.

Metsäteollisuusintegraatin ympäristövaikutukset

Diplomityön tavoitteena oli selvittää Stora Enso Oyj Imatran tehtaiden ympäristövaikutuksia. Tarkastelu toteutettiin kahdella lähestymistavalla. Elinkaariarvioinnilla tarkasteltiin Imatran tehtaiden kartonki- ja paperituotannon elinkaaren aikaisia ympäristövaikutuksia. Elinkaariarvioinnin lisäksi tarkasteltiin Imatran tehtaiden aiheuttamia paikallisia ympäristövaikutuksia. Paikallisten vaikutusten arviointi perustui ensisijaisesti toiminnasta aiheutuvien päästöjen ja lainsäädännöllisesti ympäristön tilalle asetettujen vaatimusten ja tavoitetasojen vertailuun. Lisäksi työssä tehtiin arvio Imatran tehtaiden typenoksidipäästöjen vähentämisestä aiheutuvista kustannuksista. Työn teoriaosiossa tarkasteltiin elinkaariarvioinnin pääperiaatteita, paikallisten ympäristövaikutusten arviointiperusteita sekä yleisellä tasolla typenoksidipäästöjen vähentämistekniikoita. Elinkaariarvioinnissa ympäristövaikutuksiltaan merkittävimmiksi elinkaarivaiheiksi osoit-tautuivat paperin ja kartongin tuotantovaihe sekä kuljetukset. Paikallisten vaikutusten arvioinnissa todettiin tehtaiden jätevesien aiheuttavan lievää rehevöitymistä lähivaikutusalueella. Terveys- ja viihtyvyysvaikutuksista melu ja haju todettiin merkittävimmiksi. Työssä tarkastellut typenoksidipäästöjen vähentämismenetelmät osoittautuivat kalliiksi ja investoinneilla saavutetut ympäristöhyödyt vähäisiksi.

Paineviemärissä muodostuvan rikkivedyn vähentäminen kemikaloimalla

Anaerobisissa olosuhteissa muodostuva rikkivetykaasu on tyypillinen ongelma etenkin pitkillä paineviemäriosuuksilla. Sille ominainen epämiellyttävä haju aiheuttaa jätevedenkäsittelyverkostoissa ja viemärilinjojen lähialueilla merkittäviä hajuongelmia. Lisäksi rikkivedyn hapettuessa rikkihapoksi viemäri joutuu alttiiksi korroosiolle. Helsingin Etelä rannassa sijaitsevaan Munkkisaareen päätyy 4,4 km pitkä paineviemäri. Viemärin tuuletusputken kautta leviävä rikkivety on aiheuttanut hajuongelmia alueella. Korkeimmat mitatut rikkivetypitoisuudet tuuletusputken läheisyydessä olivat jopa 300 ppm. Tutkimuksessa tehtiin koeajoja erilaisilla hajunpoistokemikaaleilla rikkivetyongelman ratkaisemiseksi. Viemäriin annosteltiin sen alkupäässä jatkuvatoimisesti ferrosulfaattia ja ferrinitraattisulfaattia, sekä shokki-käsittelyllä natriumhydroksidia (lipeää). Munkkisaaressa mitatut rikkivetypitoisuudet osoittivat käytettyjen kemikaalien tehokkuuden rikkivedyn poistossa. Rikkivedyn saostamiseen tarkoitetut rautasuolat (ferrosulfaatti ja ferrinitraattisulfaatti) vähensivät 100 - 150 g annoksilla rikkivetyä yli 90 prosenttia. Natriumhydroksin annoksella 3600 g/m³ viemärin mikrobiologinen toiminta voitiin estää keskimäärin kymmeneksi päiväksi, mutta tehokas rikkivedyn muodostumisen esto vaatisi käsittelyn uusimisen noin 5 päivän välein. Normaaleissa viemärin olosuhteissa rikkivetyä muodostui vuorokauden aikana yhtä neliömetriä kohden noin 10 g. Kemikaalikäsittelyjen avulla muodostuminen aleni parhaimmillaan kymmenesosaan alkuperäisestä. Tulosten perusteella kemikaalien käytöllä viemärissä voisi välttyä kalliilta saneeraukselta Munkkisaaressa sekä muissa korroosiolle alttiiksi joutuvissa viemäreissä. Kemikalointikustannukset rautasuoloilla olivat noin 11 000 - 34 000 € ja lipeällä noin 7 000 € vuodessa.

Uuteaineet BCTMP-prosessissa

Diplomityö tehtiin M-real Joutsenon BCTMP-tehtaalle. Työn aiheena oli tehdä uuteaine- ja metallikartoitus eri prosessivaiheiden massoista ja suodoksista BCTMP-tehtaassa. BCTMPmassaa käytetään muun muassa elintarvikekartongin keskikerroksessa. Pakattaviin kartonkeihin suoraan kosketuksissa olevat elintarvikkeet ovat alttiita haju- ja makuvivahteille. Hajut ja maut voivat saada alkunsa kartongin komponenteista, kuten BCTMP-massasta, kartongin päällystysaineista ja kartongin jatkojalostuksessa käytetyistä painoväreistä. Diplomityön teoriaosuudessa keskityttiin puun lipofiilisiin uuteaineisiin ja erityisesti komponentteihin, jotka aiheuttavat haju- ja makuongelmia. Teoriaosuudessa käsiteltiin myös haju- ja makuominaisuuksien muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä sekä kerrottiin mahdollisista uuteaineiden poistomenetelmistä. Teoriaosuudessa esiteltiin analysointimenetelmiä, joita käytettiin kokeellisessa osassa. Kokeellisessa osassa esiteltiin valmistettavan massan laatuspesifikaatiot ja toteutuneet laatutrendit. Samassa tutkittiin massan analysointimenetelmien tuloksien korrelaatioita kokonaisuuteaineiden toteamiseksi. Seuraavaksi käsiteltiin syksyllä 2010 ja talvella 2011 tehtyjä prosessin uuteainekartoituksia, jossa muun muassa tutkittiin eri prosessivaiheiden massojen ja suodoksien uuteainemääriä ja –komponentteja. Kartoituksien yhteydessä laskettiin prosessin uuteainetaseita ja prosessin pesutehokkuuksia. Samalla tutkittiin siirtymämetallimääriä, jotka osaltaan vaikuttavat haju- ja makuominaisuuksiin. Kokeellisen osan korrelaatiovertailuissa huomattiin, että merkittävin korrelaatio kokonaisuuteaineisiin on viimeisen massan pesuvaiheen suodoksen sameudella, liki 80 %. Heksanaalipotentiaalin ja uuteaineen korrelaatio oli myös noin 80 %. Valmiista massasta tehdyn kemiallisen hapen kulutuksen eli COD:n korrelaatio uuteaineisiin oli vain 38 %. Prosessikartoituksen tuloksista laskettujen pesuvaiheiden erotustehokkuudet olivat hyvät.

Koivujärven valuma-alueen kunnostushanke : Asukaskyselyn loppuraportti

Koivujärven valuma-alueen kunnostushankkeen kohdealueeseen kuuluvat Laukaan ja Toivakan kunnissa sijaitsevat Koivujärvi, Vääräjärvi, Ruuhijärvi, Keskinen sekä Leppäveden Metsolahti. Järvet ovat altistuneet Laukaan Koivusuon Lipeälammesta peräisin olevien valumien vuoksi ympäristöhaitoille vuosikymmenien ajan. Lipeälammen aluetta on aiemmin kunnostettu ja nyt Keski-Suomen ympäristökeskus on suunnittelemassa uutta kunnostushanketta Koivujärven valuma-alueelle. Kunnostushankkeen tarpeen taustoittamiseksi tehtiin asukaskysely, joka lähetettiin alueen ranta-asukkaille ja maanomistajille postikyselynä. Asukaskyselyllä selvitettiin paikallisten kokemuksia alueella aiemmin tehdyistä kunnostuksista, nykyisistä haitoista sekä odotuksista tulevaisuuden kunnostuksia kohtaan. Kyselyn tulokset osoittivat, että Lipeälammen alueella aiemmin toteutetut kunnostukset olivat parantaneet myös Koivujärven valuma-alueen järvien tilaa jonkin verran. Tästä huolimatta erilaisia ympäristöhaittoja koettiin edelleen kaikissa valuma-alueen järvissä ja mahdollisen uuden kunnostushankkeen toteuttamista pidettiin erittäin tärkeänä. Ranta-asukkaat ja maanomistajat halusivat kiinnittää huomiota erityisesti järvivesien laadun parantamiseen. Ongelmallisina koettiin muun muassa veden ruskea väri ja epämiellyttävä haju, jotka osatekijöinä heikensivät veden käyttömahdollisuuksia. Myös heikoista kalakannoista ja rehevöitymisestä oltiin huolissaan. Lipeälammen aluetta kaikkein lähimpänä sijaitseva Koivujärvi nähtiin ensisijaisena kunnostuskohteena, sillä Koivujärven tila vaikuttaa suoraan sen alapuolisiin järviin. Vastaajat olivat kuitenkin huolissaan myös omista lähijärvistään. Vastaajat pitivät kaikkia kyselyssä esiteltyjä kunnostustoimenpidevaihtoehtoja hyvin tärkeinä, mutta veden kirkkauden parantaminen nousi hiukan muiden yläpuolelle. Keskeisimpänä kunnostushankkeen toimijana vastaajat pitivät Keski-Suomen ympäristökeskusta ja toimintamuotona yhteistyötä asiantuntijoiden ja paikallisten kanssa. Paikallisten asukkaiden mielipiteiden huomiointiin ja tehokkaampaan tiedottamiseen toivottiin kiinnitettävän huomiota uuden hankkeen suunnittelussa ja toteutuksessa.

Lignin oxidation by PCD technology

The purpose of this study is to investigate whether commercial Kraft lignin can be treated with pulsed corona discharge apparatus so that it becomes active. Active lignin refers to the kind of lignin that can be precipitated on the surface of a fiber by lowering the pH. A secondary agenda here is to remove the pungent smell of kraft lignin, which is caused by organically bound sulfur. It is expected that the study will identify mild processing conditions and parameters for achievement of the desired outcome. In the literature review, the properties of lignin are explained, as is their impact on any further processing. In addition, a number of processes are described for the oxidation of lignin in a variety of applications. In the experimental part of the study, test runs were conducted to determine the effects of oxygen supply and pulse frequency on oxidation results, where the purpose is to produce reactive lignin and to find a process that is feasible at an industrial scale. Based on the reported experiments, lignin could not be made active or precipitated to the surface of the fiber. Actual changes in the structure of lignin were not observed, but the pungent smell of lignin was removed. The exact reason for this change could not be established because sulfur NMR analysis did not work for the lignin samples.