Uuteaineiden on-line-mittaus koivusulfaattisellutehtaalla

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia pihkanhallintaa sulfaattisellutehtaalla ja uuteaineiden analysointimenetelmiä massasta ja suodoksesta. Tavoitteena oli kehittää uuteaineiden on-line mittausmenetelmä sulfaattisellutehtaalle. Kirjallisuusosassa esitettiin sulfaattisellun valmistusprosessi ja uuteaineiden käyttäytyminen prosessissa. Lisäksi työssä käsiteltiin tärkeimpiä pihkanhallintamenetelmiä ja uuteaineiden analysointia. Kokeellisessa osassa määritettiin uuteainepitoisuudet 29:stä massa- ja pesusuodosnäytteestä. Lisäksi suodosnäytteiden sameus ja kemiallinen hapenkulutus määritettiin laboratoriossa. On-line mittaukset tehtiin DD-pesurin paluusuodoksesta, josta mitattiin johtokyky, lämpötila, taitekerroin ja pH. Sameutta yritettiin mitata on-line nefelometrillä, mutta käytössä ollut laite ei soveltunut tumman suodoksen mittaamiseen. Työssä saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että pesusuodoksen ominaisuuksia mittaamalla ei voida arvioida massan uutepitoisuutta luotettavasti. Suodoksen ja massan uutepitoisuuksien välinen selitysaste oli 54%. Saippuoitumattomien uuteaineiden pitoisuuden ollessa erityisen suuri, suodoksen uutepitoisuus ei korreloi massassa olevan uutteen määrän kanssa. Täten kyseinen mittausmenetelmä ei ole sopiva, sillä se ei toimi silloin, kun olisi tärkeintä tietää oikea uuteainepitoisuus pihkanhallintakemikaalien annosten määrittämiseksi. Suodoksen sameus riippui sen uutepitoisuudesta 80% selitysasteella. Sameusmittaus on nopea ja suhteellisen luotettava menetelmä suodosten uutepitoisuuksien arviointiin, mutta se vaatii mittalaitteen joka käyttää usean ilmaisimen tekniikkaa. On-line-mittauksissa laitteisto tulisi varustaa automaattisella pesulaitteella, sillä mittarin linssit likaantuvat helposti prosessivirrassa.

Betaiinin tuotannon sivujakeiden mikrosuodattaminen teräskeraamisella kalvolla

Betaiini on ammoniumyhdiste, jota käytetään esimerkiksi eläinten rehussa, kosmetiikassa ja lääkkeissä. Danisco Animal Nutrition Finnfeeds Finland Oy:n Naantalin tehdas on maailman johtava betaiinin tuottaja ja raaka-aineena tehtaalla käytetään melassierotuksesta saatavaa betaiinimelassia. Kiteisen betaiinin puhdistusprosessin yhteydessä syntyybetaiinipitoisia sivujakeita, jotka sisältävät huomattavan määrän betaiinia, minkä takia niiden jatkokäsittely on tärkeää. Betaiinin tuotannon sivujakeet ovat erittäin vaikeasti suodattuvia orgaanisia liuoksia, joiden koostumuksia ei täysin tunneta. Tämän työn tarkoituksena oli puhdistaa betaiinin tuotannon sivujakeita mikrosuodattamalla niitä teräskeraamisella kalvolla. Työn kokeellisessa osassa suoritettiin suodatusparametrien eli pH:n, lämpötilan, TMP:n ja betaiiniliuoksen kuiva-ainepitoisuuden optimointi sekä konsentrointikokeita. Mikrosuodatus suoritettiin Graver Technologiesin Scepter-putkimoduulilla, joka toimi ohivirtausperiaatteella ja jonka huokoskoko oli 0,1 ¿m. Scepter-moduuli koostui ruostumattomasta teräksestä sintratuista putkimoduuleista, joissa erottavana kerroksena toimi TiO2. Esikokeiden perusteella todettiin ettei pH:lla ollut suurta vaikutusta suodatukseen. Permeaattivuo kasvoi selvästi lämpötilan ja TMP:nkasvaessa. Vuo taas huononi ja permeaatin sameus lisääntyi selvästi 35 % korkeammissa kuiva-ainepitoisuuksissa. Konsentrointikokeet suoritettiin betaiiniliuoksen refraktrometrisessa kuiva-ainepitoisuudessa, BetRk, 35 %, 80 °C lämpötilassa ja betaiiniliuoksen omassa pH:ssa (pH 8-9,5). Esikokeiden tulosten perusteella konsentrointikokeet suoritettiin TMP:ssa 0,6; 0,8 ja 1,0 bar. Betaiinin tuotannonsivujakeiden konsentrointikokeissa saannoksi saatiin 95 %. Suodatustuloksista havaittiin, että betaiinin tuotannon sivujakeen erä vaikutti voimakkaasti suodatuksen toimivuuteen. Konsentrointikokeissa suodatukset suoritettiin sekäuusilla mikrosuodatusmoduuleilla että vanhalla moduulilla, joka oli jo kulunut.Kulumisen ei kuitenkaan havaittu huonontavan suodatustehokkuutta. Konsentrointikokeiden perusteella voidaan laitteiston pesuväliksi arvioida noin viikko ja pesu tulisi suorittaa sekä emäksisellä että happamalla pesuaineella.

Otsonin käyttö paperin ja kartongin valmistuksen kiertovesien mikrobiologisen tilan hallintaan

Diplomityössä tutkittiin otsonin käytön soveltuvuutta ja etsittiin optimaalista soveltamistapaa kartonki- ja paperikoneen kiertoveden mikrobiologisen tilan hallintaan. Kirjallisuusosassa selvitettiin otsonin tuotannon nykytekniikkaa sekä otettiin selvää saatavilla olevista kapasiteetiltaan riittävistä otsonigeneraattoreista. Kirjallisuuden perusteella selvitettiin myös otsonin reaktioita paperi- ja kartonkikoneen kiertovesissä olevien orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden kanssa. Lisäksi käsiteltiin otsonin käytön eri sovelluksia vedenpuhdistuksessa sekä perehdyttiin aikaisemmin tehtyihin tutkimuksiin otsonin käytöstä mikrobitorjuntaan paperi- ja kartonkikoneiden kiertovesistä. Kokeellisessa osassa määritettiin sopiva otsoniannos valkaisematonta sellua käyttävän koneen kiekkosuotimen kirkkaalle ja samealle suodokselle. Vesien otsonointi suoritettiin otsonipilotlaitteistolla. Työssä tutkittiin otsonoinnin vaikutusta kiertoveden mikrobiologisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin. Lisäksi tarkasteltiin kiertoveden otsonoinnin vaikutuksia koepaperikoneella valkaisemattomasta sel-lusta ja hylkymassasta valmistettujen lopputuotteiden laatuun. Työssä arvioitiin myös otsonin käytön mahdollisuutta osittain korvaamaan jo käytössä olevia hapettavia biosidejä. Samealle suodokselle sopivaksi otsoniannokseksi osoittautui 120 mg O3/l (0,3 mg O3/mg CODCr) ja kirkkaalle suodokselle riittävä annos olisi 60 mg O3/l (0,2 mg/mg CODCr). Näillä annoksilla kiertoveden mikrobireduktiot olivat 98–100 %. Kiertoveden hapetuskyky kasvoi 9-14 % ja pH laski yhdellä yksiköllä otsonoinnin vaikutuksesta. Kiertoveden kemiallisiin ominaisuuksiin otsonoinnilla oli edullinen vaikutus, sillä veden sameus, kiintoaine- ja CODCr-pitoisuudet laskivat. Koepaperikoneella havaittiin perälaatikon ilmapitoisuuden vähentyneen jopa 49 % käytettäessä ot-sonoitua kiertovettä. Mikrobiologiset analyysit suoritettiin koepaperikoneen massalle, viiravedelle ja lopputuotteelle. Tutkimusten perusteella mikrobientorjunnan kannalta parhaimmaksi otsonin annos-telupaikaksi osoittautui samea suodos. Massan, viiraveden ja lopputuotteen mikrobimäärät alenivat selvästi. Kemialliset analyysit osoittivat, että kirkasta suodosta käytettäessä oli koepaperikoneen vii-raveden kemiallinen tila parantunut LK-aineen muuttuessa hydrofiilisemmäksi ja sen sitoutumisky-vyn parantuessa. Samealla suodoksella ei muutosta havaittu. Valkaisemattomasta sellusta ja päällystetystä hylystä koepaperikoneella valmistettujen lopputuotteiden lujuus- ja aistinvaraisissa ominaisuuksissa ei tapahtunut merkittävää muutosta. Tulosten perusteella otsonia voisi käyttää korvaamaan hinnaltaan kalliimpia hapettavia biosidejä. Otsonin etuna on, ettei sille resistenttejä mikrobikantoja ole. Kirjallisuuden perusteella otsonin heikkoutena on sen tehon paikallisuus eli otsonin lisänä on käytettävä jotain muuta sekundääristä biosidia ylläpitämään matala mikrobitaso otsonoinnin jälkeen.

Kalvosuodatusprosessin tehostaminen paperiteollisuuden sovelluksissa

Tässä diplomityössä tutkittiin kalvosuodatuksen esikäsittelymenetelmiä ja kalvonpesua. Työn kirjallisuusosassa käsitellään vuon alenemiseen vaikuttavia tekijöitä, esikäsittelymenetelmiä ja kalvonpesua. Kokeellisessa osassa tutkittiin kemiallisten esikäsittelyjen vaikutusta vuon alenemiseen paperitehtaan happaman kiertoveden kirkkaan suodoksen kalvosuodatuksessa. Esikäsittelykemikaalit olivat ympäristöystävällisiä ja paperinvalmistusprosessiin soveltuvia. Lisäksi tutkittiin kalvonpesuaineiden pesutehokkuuksia. Tutkitut esikäsittelyaineet olivat mikrokiteinen kitosaani, karboksimetyyliselluloosa, selluloosa- ja puukuitu sekä kaupallinen antiskalantti. Pesuaineista tutkittiin kolmea kaupallista kalvonpesuainetta, yhtä kalvopesun tehostusainetta sekä peretikkahappoa. Kokeet tehtiin kahdella laboratoriomittakaavaisella kalvosuodattimella. Kalvoina käytettiin kahta nanosuodatus- ja yhtä ultrasuodatuskalvoa. Vuon alenemista tutkittiin suodatuksen aikaisena alenemisena ja vesivuohon verrattavana alenemisena. Esikäsittelyjen vaikutusta erotustehokkuuteen tutkittiin ioni-, johtokyky-, orgaanisen hiilen kokonaispitoisuus-, sokeri-, sameus- ja ligniinireduktioilla. Lisäksi määritettiin kalvon likaantuminen suodatuksen aikana vesivuon määrityksillä ennen ja jälkeen suodatuksen. Pesutehokkuus määritettiin vesivuon määrityksillä suodatuksen jälkeen ja pesun jälkeen. Kitosaani- ja karboksimetyyliselluloosakäsittelyillä oli vuon alenemista estävä vaikutus hydrofiilisellä nanosuodatuskalvolla suodatettaessa. Kitosaanikäsittelyn 5 g/dm3:n ja karboksimetyyliselluloosakäsittelyn 2 g/ dm3:n annostuksella vuot alentuivat suodatuksen aikana 8 %-yksikköä vähemmän kuin ilman esikäsittelyä. Puukuitukäsittely stabiloi 0,1 g/dm3:n annostuksella saman kalvon vuota, kun kiintoainetta ei poistettu syötöstä. Hydrofobisen nanosuodatuskalvon vuon alenemista ehkäisivät puu- ja selluloosakuitukäsittelyt sekä karboksimetyyliselluloosakäsittely. Karboksimetyyliselluloosakäsittely vähensi vuon alenemista 25 %-yksikköä ja puukuitukäsittely 13 %-yksikköä. Hydrofiilisellä ultrasuodatuskalvolla vuon aleneminen oli pientä ilman esikäsittelyä. Reduktioihin esikäsittelyt vaikuttivat parhaiten ultrasuodatuskalvolla. Kitosaanikäsittely nosti 1 g/dm3:n annostuksella alumiinireduktion 50 %:sta 96 %:iin ja 5 g/dm3:n annostuksella rautareduktion 30 %:sta 55 %:iin. Karboksyylimetyyliselluloosakäsittelyt vaikuttivat parantavasti mangaanin, magnesiumin, raudan ja kalsiumin reduktioihin. Optimi karboksyylimetyyliselluloosa-annostus oli 2 g/dm3. Merkittävin reduktion nousu oli kalsiumilla, jonka reduktio nousi esikäsittelyllä 4 %:sta 57 %:iin. Reduktiota nostava mekanismi oli kalvon pinnalle muodostuva sekundaarikerros. Pesuaineista tehokkain oli entsyymiä sisältävä kalvonpesuaine. Suurin vaikutus sillä oli hydrofobisen nanosuodatuskalvon pesussa. Optimiannostuksella (0,5 %) kalvon vesivuo pesun jälkeen oli 114 % pesua edeltäneestä vesivuosta. Muut kaupalliset pesuaneet oli tehokkaita hydrofiilisille kalvoille. Peretikkahappo oli yksittäisenä pesuaineena heikkotehoinen.

Sellutehtaan vedenkäytön vähentäminen

Työn tarkoituksena oli etsiä mahdollisia kohteita sellutehtaan veden käytön vähen-tämiseksi. Analyysien avulla selvitettiin voidaanko havaittujen kohteiden tällä hetkellä menetettyjä vesivirtoja käyttää uudelleen. Lopuksi arvioitiin miten kierrä-tettävät vedet vaikuttaisivat raakaveden laatuun, mikäli ne yhdistettäisiin tämän joukkoon. Veden käytön vähentämiskohteita etsittiin tutkimalla tehtaan prosessi-kaavioita osastokohtaisesti sekä selvittämällä näin havaittuja kohteita osastoilla. Työn kokeellinen osa koostui vesianalyyseistä. Vesianalyyseissä määritettiin seu-raavat arvot sellutehtaalle tulevasta vedestä: sameus (FTU), kiintoaine, sähkönjoh-tavuus, pH, CODCr, BOD7ATU, kokonaisfosfori P, Mn, Cl, K, Ca, Mg ja AOX. Nämä tehtiin valituista kohteista havaituista tällä hetkellä tehtaalta pois johdetuista mutta mahdollisesti kierrätettävistä vesistä. Työn tuloksien perusteella havaittiin, että seuraavissa tarkasteluun valituissa koh-teissa vedet olivat hyvin puhtaita ja talteen otettavia kierrätykseen. Näitä olivat savukaasupesurin vedet, sekundäärilauhdesäiliön vedet sekä tiivistevedet. Haih-duttamon lämminvesisäiliön sekä kuivauskone 4 kiertovesitornin vedet olivat hieman likaantuneet mutta hyvin kierrätettävissä. Koivulinjan D0-vaiheen, havu-linjan D1-vaiheen sekä kuivauskone 4 lajittamon vesivirtoja ei likaantumisen vuoksi kannattanut kerätä hyötykäyttöön.

Kontroll av översvämningsskydds- och restaureringsprojektet i Vörå å : Slutrapport

Vattenståndsregleringsbolaget för Vörå å och Vörå kommun beviljades tillstånd år 2004 för översvämningsskyddsprojektet, vars mål var att skydda bosättningen och odlingsområdena längs åstranden mot översvämningar. Projektets arbeten under åren 2005-2009 innefattade bl.a. rensning av ån på en 20 km lång sträcka och muddring av farleden i åmynningen på en ca 1 km lång sträcka. Projektets inverkan på vattenstatus, vattenståndet, fiskbestånden och fisket kontrollerades i enlighet med en godkänd kontrollplan. Kontrollresultaten presenterades i en mellanrapport och i denna slutrapport. I Vörå ås nedre lopp observerades mycket höga partikelhalter under pågående muddring och under de efterföljande vårarna. Vatten av dålig kvalitet spreds åtminstone ända till Hällnäs sund, där partikel-, grumlighets-, järn- och fosforvärdena var särskilt höga i april 2006 och 2010. Det sura vattnet i Vörå å samt de höga metall- och sulfathalterna beror på områdets jordmån och den intensiva dikningen. Vattendragsarbetena i Vörå å och deras inverkan på bottenfaunan undersöktes genom att jämföra de prover som togs innan vattendragsarbetena påbörjades år 2005 och de prover som togs efter att vattendragsarbetena blivit klara år 2009. När det gäller den låga syrehalten och metallbelastningen hade andelen fjädermyggor av släktet Chironomus, som är tåliga och avspeglar frodighet, ökat i bottendjursamhället på alla platser förutom i det nedre loppet av ån, där det fanns rikligt med taxa redan år 2005. På basis av yngelnotningarna lyckades fiskarna föröka sig bäst i havsområdet utanför Vörå å under det sista kontrollåret 2011. Enhetsfångsterna med yngel av försurningskänsliga mörtfiskar, dvs. braxen och mört, var små under somrarna, när åvattnet var mycket surt. Enligt returneringen av Carlin-märken söker sig en del av abborrarna, som vistas under lektiden i havsområdet utanför Vörå å, till området från t.o.m. 20 km:s avstånd. På basis av fiskeförfrågningarna har antalet fritidsfiskare som fiskar i undersökningsområdet sannolikt minskat en aning från år 2005 till år 2011. Av fiskarterna har totalfångsterna av strömming och nors minskat. Svarspersonerna anser att bestånden av mört och braxen har blivit talrikare, men på basis av fångstuppgifterna har fångsterna av mörtfisk inte ökat. Infångade gäddors, abborrars och braxens medelstorlek har minskat enligt svarspersonernas åsikt och på basis av enhetsfångsterna med nät.

Kunnostuksen vaikutukset vuollejokisimpukkaan (Unio crassus) : Siuntionjoen Sågarsforsin padon purkaminen ja kalatien rakentaminen

Vuollejokisimpukan populaatiossa tapahtuvia muutoksia tutkittiin Siuntionjoessa vuosina 2007–2010. Siuntionjoen Sågarsforsin pato, sen kiertävä sivu-uoma sekä alapuolista aluetta kunnostettiin vuonna 2007 mahdollistamaan kalan nousu joessa, sekä lisäämään lohikalojen lisääntymis- ja elinalueita. Kunnostettu alue ulottui lähelle uhanalaisen vuollejokisimpukan (Unio crassus) populaatiota ja toteutettiin syksyllä vuollejokisimpukan lisääntymiskauden jälkeen. Kunnostuksen aiheuttamaa kiintoainekuormitusta pyrittiin rajoittamaan seuraamalla jokiveden samentumista ja keskeyttämällä kunnostustoimet luvanvaraisen rajan ylittyessä. Muista ympäristötekijöistä Sågarsforsin simpukkaseurannan alueella seurattiin pohjanläheisiä virtausnopeuksia avoveden aikaan. Sågarsforsilla sekä Purnuksen vertailualueella seurattiin 2007–2010 alkukesäisin 250 m:n mittaisilla tutkimusalueilla muutoksia simpukkalajistossa, simpukoiden kokonaismäärissä, sekä esiintymistiheyksissä. Kummallekin alueelle satunnaistettiin vuosittain 90 näyteruutua, joilta kerättiin simpukat niin sedimentin pinnalta kuin sisältä. Kultakin näyteruudulta kirjattiin myös virtausnopeus. Elävien simpukoiden osalta lajistossa ei tapahtunut muutoksia kummallakaan alueella. Sågarsforsilla vuollejokisimpukan (U. crassus) sekä sysijokisimpukan (Unio tumidus) kokonaismäärissä että esiintymistiheyksissä tapahtui laskua tutkimusjaksolla. Soukkojokisimpukan (Unio pictorum) määrät vaihtelivat vuodesta toiseen ilman merkittäviä muutoksia esiintymistiheydessä. Järvisimpukoiden (Adononta & Pseudoanodonta-suvut) kokonaismäärät otoksessa vaihtelivat, mutta käytännössä esiintymistiheydet laskivat tutkimuksen aikana. Purnuksella simpukkamäärät ja tiheydet laskivat ja nousivat, ilman selkeää suuntaa, vaikka esimerkiksi vuollejokisimpukan osalta havaittiin hienoista laskua vuodelta 2007 vuodelle 2010. Kummallakin alueella pienten (< 16 mm) simpukoiden määrät laskivat. Sågarsforsilla vuollejokisimpukkapopulaation kokojakaumassa, määrissä sekä tiheyksissä havaitut muutokset näyttäisivät virtausnopeusmittausten, sekä vesistössä suoritetun vedenkorkeuden pitkäaikaismittauksen pohjalta ajoittuvan poikkeuksellisen runsasvetisille vuosille. Kunnostuksista johtuvia vakavia muutoksia virtausnopeudessa tai kiintoainepitoisuudessa ei havaittu, joten todennäköistä on että runsasvetisinä talvina 2007–2008 sekä alkuvuodesta 2010 vuollejokisimpukoita on huuhtoutunut Sågarsforsin alueelta. Tätä vahvistaa myös havainto alhaisista simpukkamääristä korkeamman virtausnopeuden näyteruuduilla. Purnuksen alueella on todennäköistä että simpukkapopulaation vaihtuvuus on suurta ja että yksilöitä huuhtoutuu alueelle ja sieltä pois vuosittain riippuen vesimäärästä joessa.

Geographical Studies of Underwater Light Dynamics in the Coastal Archipelago of SW Finland, Baltic Sea

The underwater light field is an important environmental variable as it, among other things, enables aquatic primary production. Although the portion of solar radiation that is referred to as visible light penetrates water, it is restricted to a limited surface water layer because of efficient absorption and scattering processes. Based on the varying content of optical constituents in the water, the efficiency of light attenuation changes in many dimensions and over various spatial and temporal scales. This thesis discusses the underwater light dynamics of a transitional coastal archipelago in south-western Finland, in the Baltic Sea. While the area has long been known to have a highly variable underwater light field, quantified knowledge on the phenomenon has been scarce, patchy, or non-existent. This thesis focuses on the variability in the underwater light field through euphotic depths (1% irradiance remaining), which were derived from in situ measurements of vertical profiles of photosynthetically active radiation (PAR). Spot samples were conducted in the archipelago of south-western Finland, mainly during the ice-free growing seasons of 2010 and 2011. In addition to quantifying both the seasonal and geographical patterns of euphotic depth development, the need and usability of underwater light information are also discussed. Light availability was found to fluctuate in multiple dimensions and scales. The euphotic depth was shown to have combined spatio-temporal dynamics rather than separate changes in spatial and temporal dimensions. Such complexity in the underwater light field creates challenges in data collection, as well as in its utilisation. Although local information is needed, in highly variable conditions spot sampled information may only poorly represent its surroundings. Moreover, either temporally or spatially limited sampling may cause biases in understanding underwater light dynamics. Consequently, the application of light availability data, for example in ecological modelling, should be made with great caution.