Phosphorus is a vital element in human’s lifecycle. It is required for humans and for other organisms to live. Life activities of some of these organisms cause big problems for humans. Eutrophication process is caused by excessive income of phosphorus and nitrogen to natural water resources. The main aim of this project was to test flotation unit together with coagulants and flocculants for removing of phosphorus from wastewater in a water basin of water reservoir Švihov. Research consisted of laboratory analyzes with subsequent verification of the results in the field. Coagulants and flocculants were tested, using conventional jar tests. For these tests were used wastewater from target wastewater treatment plant with artificial addition of phosphate in the form of KH2PO4. It was done for better visibility of the coagulation results. Flotation experiments were done on a pilot scale flotation unit, provided by the KUNST company, on wastewater treatment plant of the Pacov city. Using jar tests the best available combination of coagulant and flocculant was found (FeCl3 and 827 BS with dosage of 1.25 mg/l for both of them). Different dosages of coagulants and flocculants were assessed, basing on subsequent analyses. Was measured pH value, as it is critical value for the environment and it cannot be less than 6. Also assessment was based on residual phosphates concentration, traces of aluminum and iron from coagulants and COD value. During subsequent flotation tests was found that at certain ratio of Fe/P, there is additional consumption of coagulant in the sampling water. We supposed, that it happened because of breakthrough point for inorganic phosphorus, which is situated between Fe/P ratios of 2.6 and 4.6. It is important to conduct additional experiments on less equipped treatment plants in the area, where effectiveness of application of flotation unit, together with chemicals can be determined better for these territories and conditions. Together with additional studies informative conclusions could be done.

Diplomityön tarkoituksena oli hankkia maatutkaluotauksen avulla tietoa Pudasjärven kunnan alueella sijaitsevan aapasuoalueen maaperästä ja sen rakenteesta. Tutkimusalue sijaitsee Viinivaaran pohjavesiharjun välittömässä läheisyydessä. Se koostuu kahdesta eri suosta, Mesisuosta ja Sarvisuosta. Lähtökohtainen tarkoitus maaperää koskevan uuden tiedon hankkimiselle oli alueen hydrologisten mekanismien ymmärtämisessä. Ennakkotietojen perusteella monet suoalueella esiintyvistä hydrologisista ilmiöistä ovat pohjaveden ja sen virtauksen aiheuttamia. Maatutkaluotaus on geofysikaalinen menetelmä, joka perustuu maaperän tutkaamiseen sähkömagneettisten aaltojen avulla. Maaperän rakenteessa esiintyvät muutokset, kuten eri maalajien muodostamat rajapinnat näkyvät tutkan avulla, mikäli niissä tapahtuu sähköisten ominaisuuksien muutoksia. Maatutkaukset toteutettiin maaliskuussa 2015. Tutkauksista 42 km tehtiin 50 MHz:n ja 100 MHz:n antenniyhdistelmää moottorikelkalla vetäen. Vaikeakulkuinen maasto tutkattiin vetämällä 50 MHz:n ja 250 MHz:n yhdistelmää suksin tai lumikengin. Tällä yhdistelmällä tutkauslinjaa kertyi 21 km, eli yhteensä linjaa oli 63 km. Ennakkotietoina tutkimusalueesta olivat GTK:n vuonna 1996 toteutettujen tutkimusten kairaustulokset ja Oulun yliopiston tekemistä hydrologiaan liittyvistä tutkimuksista saadut tulokset. GTK:n tutkimusten avulla oli määritetty soiden turvevarantoja sekä turvekerroksen alapuolisen mineraalimaalajin ominaisuuksia. Oulun yliopiston tutkimuksissa oli tutkittu alueen hydrologiaa isotooppitutkimusten ja lämpökamerakuvausten avulla. Hydrologisisten tutkimusten, karttatietojen ja maastokäyntien perusteella alueelta pystyttiin määrittämään sijainnit, joilla esiintyi lähteitä. Merkittävimmät lähteet sijaitsevat Viinivaaran pohjoisreunalla, Niemenmaan harjanteen itäpuolella ja Mesisaaren lounaispuolella. Karttatietojen perusteella voitiin olettaa, että pohjaveden pääsääntöinen virtaussuunta tutkimusalueella on etelästä pohjoiseen. Saatujen tutkaustulosten perusteella pystyttiin määrittämään kattavasti tutkimusalueen turvepaksuuksia ja turvekerroksen alapuolisten mineraalimaalajikerrosten ominaisuuksia. Näiden kahden huomattiin olevan kytköksissä toisiinsa, ja turvekerroksen paksuuden muutokset pystyttiin yleisesti selittämään sen alapuolisissa kerroksissa tapahtuvien rakenteellisten muutosten avulla. Turvekerroksen alapuolisista rakenteellisista tekijöistä nousivat vahvimmin esiin alueella esiintyvät moreenimuodostumat. Maaperän ominaisuuksista saadut tulokset liitettiin alueen hydrologiaan tarkastelemalla sellaisia alueita, joilla esiintyi ennakkotietojen perusteella lähteitä. Näiden alueiden maaperän ominaisuuksista pyrittiin löytämään sellaisia tekijöitä, jotka selittäisivät lähteiden sijainteja ja toimintamekanismeja. Tulosten avulla havaittiin selkeitä yhteyksiä lähdealueiden maaperän rakenteellisten ominaisuuksien ja lähteiden sijaintien välillä. Viinivaaran pohjoisreunassa sijaitsevien lähteiden muodostumiseen vaikuttaa tulosten mukaan turvekerroksen paksuuden äkillinen kasvu. Turvekerros muodostaa pohjaveden etenemiselle esteen, jolloin sen virtaussuunta kääntyy osittain kohti maanpintaa. Suoalueen keskiosissa sijaitsevien lähteiden sijainnit voidaan perustella suoalueella ilmenevien moreenimuodostumien avulla. Pohjaveden pääsääntöisen virtaussuunnan vastaiset moreenimuodostumat estävät matalan hydraulisen johtavuutensa takia virtausta, jolloin pohjavesi pyrkii virtaamaan kohti maanpintaa, purkautuen siellä lähteiden muodossa. / The purpose of this thesis was to gather information on string bog subsurface and its properties in area located in Pudasjärvi municipality. The area was studied using ground penetrating radar. The study area was located next to Viinivaara groundwater esker. The area consists of two separate peatlands Sarvisuo and Mesisuo. The reason to gather new information of subsurface layers was to understand the hydrological mechanisms of the peatland. This was due to the fact that many hydrological phenomena present in the area were considered groundwater dominant. Ground penetrating radar is a geophysical method. Its operation is based on probing the ground with electromagnetic waves. It can be used to locate structural changes e.g. soil interfaces in subsurface. Their appearance in the radar is based on the differences in electromagnetic properties of different soils. The measurements of this thesis were done during March 2015. Most part (42 km) of the measurements was done by pulling the radar system with a snowmobile. The combination of used antennae was 100 MHz and 50 MHz. Measurements in rough terrain were done by pulling the antennae with skis. The antenna combination in this case was 250 MHz and the 50 MHz. The length of the measurement line done by skis was 21 km long. In total this makes 63 km of measurements. Prior information on the studied area consists of results of researches done by Geological Survey of Finland and University of Oulu. Studies by Geological Survey of Finland determined the properties of the peat and mineral soil beneath. The research done by the university was about the hydrological aspects of the area. The studies included stable water isotope analysis and determination of surface water temperatures with thermal camera. By using results from the hydrological studies in addition to information gained from the maps and field studies, it was possible to determine the locations of springs in the area. The springs were located in the north edge of the Viinivaara esker, east of Niemenmaa ridge and south-west from Mesisaari moraine formation located in the center of the Mesisuo peatland. The main direction of the groundwater flow in the study area was determined from the cartographic information to be from south to north. The thickness of the peat layer and the properties of soil layer beneath it were determined extensively. The changes in peat layer thickness were generally explainable with structural changes in the soil layer below. The most significant structural changes were found to be the till formations below the peat. The results on subsurface and its properties were integrated with the prior knowledge on hydrology by focusing on the areas where springs were present. Locations and mechanisms of springs were explained with the subsurface properties of the areas. The results indicated clear connections between the spring locations and the structural properties of the subsurface. Sudden thickening of the peat layer appears to be the cause for the location of the Viinivaara esker spring. The thick peat layer formed a block for the groundwater flow and the flow direction partially changed towards the ground surface. The locations of the other springs near the center of the study area can be explained with the locations and properties of the till formations. These thicker till formation hill beneath peat were situated parallel with the groundwater flow direction and blocked the flow. The low hydraulic conductivity of till forces the water to flow vertically towards the peatland surface.

Acid mine water formation is a wide environmental problem that occurs especially in mines, but also anywhere else where the bedrock minerals produce acid when exposed to oxygenated waters due to excavation. Iron containing sulfide minerals are particularly problematic due to their efficient ability to produce acid. In a favorable case, acid mine drainage and process waters from mining industry can also be valuable sources of metals or other raw materials. Potential methods for the utilization of mine waters were searched from literature for this thesis. Examples of found alternatives were the selective separation of metals by precipitation and refining the components from mine water into construction materials, water purification chemicals or pigments. The recovery of metals from acid mine water may require concentration of metals, which can be achieved by utilizing the evaporation process described in this thesis. The mechanical vapor recompression (MVR) evaporation process is an energy-efficient alternative method for neutralizing and precipitation of the metals, which are most often performed by chemical neutralization and precipitation. The applicability of the MVR-evaporation process was studied with pilot evaporation experiments for acid mine waters from mines X and Y. The process water from mine X was suitable for evaporation in the pilot plant, whereas mine drainage from mine Y caused remarkable corrosion in the equipment. Hence, based on the results of this study, the evaporation of the mine drainage from mine Y is not feasible with the pilot plant used. The reason for this is the steel grade used to construct the pilot plant equipment. In addition, mine drainage from mine Y formed lots of dregs into the evaporator, which is harmful for heat transfer and requires difficult and time-consuming washing sequences. Corrosion experiments were conducted with the concentrate that was produced at the pilot evaporation experiment for the process water from mine X. Corrosion rate was defined with two electrochemical methods on the basis of applied currents and potentials. With the concentrate from mine X, the corrosion rate was observed to increase exponentially with temperature. The increase of the concentrate density increased the corrosion rate less than the temperature. In addition to the pilot experiments, the behavior and energy consumption of the evaporation process was evaluated by simulating the evaporation of water-sulfuric acid mixture in conditions corresponding to the pilot process experiments. The evaporation rate was observed to slow down after the sulfuric acid concentration reached of 25 mass-%. The MVR fan and the pumps in the pilot plant were found to be oversized in relation to the evaporator size. As a conclusion, the applicability of an MVR-evaporation process for acid mine water treatment depends on the properties of the mine water. Pilot-scale evaporation experiments and laboratory-scale corrosion experiments are needed to study the applicability of mine waters for evaporation. The energy efficiency of the evaporation process can be enhanced by optimizing and sizing the equipment appropriately. By investigating reuse and recycling methods for mine water concentrate, the profitability of the evaporation process can be further improved.

Liikennevalot ovat keskeinen osa liikenneverkon toiminnallisuutta. Tällä hetkellä liikennevalojen liikenneteknisen toiminnan seurantaan ei ole olemassa erityisen hyviä laajoja alueita käsittäviä ja pitkäaikaiseen seurantaan soveltuvia työkaluja tai automatisoituja toimintoja. Liikennevalotietoja välittävä Dynniq:n kehittämä Traffic Flow Garner (TFG) -rajapinta antaa aivan uuden mahdollisuuden liikennevaloliittymien seurantaan. Sen välittämä yksityiskohtainen reaaliaikatieto sisältää opastinryhmien ja ilmaisimien tilatiedot sekä konfiguraatiotiedot, joista voidaan laskea useita sekä liikennevalojen että liikenteen toimivuuden tunnuslukuja. Tässä työssä tutkittiin liikenneteknisten tunnuslukujen laskentaa TFG-rajapinnan välittämästä tiedosta. Tarkempaan tarkasteluun valittiin kaksi Oulussa sijaitsevaa liikennevaloliittymää, joista toista tarkkailtiin myös maastossa. TFG-rajapinnan datasta laskettuja tunnuslukuja verrattiin maastossa havaittuun liikennetilanteeseen. Työssä tutkittiin seuraavia liikenneteknisiä tunnuslukuja: - Liikennemäärät - Ilmaisimen varausaste ja yhtäjaksoinen varausaika - Jonopituus - Maksimiodotusaika jonossa kiertoina (hetkellinen tarjonnan ja kysynnän suhde) - Kuormitusaste - Ohjausviive - Palvelutaso - Poistuminen läsnäoloilmaisimelta punaisen aikana - Vihreällä saapuvat ja liittymän läpäisevät ajoneuvot - Vihreän loppuminen kesken - Turha vihreä aika Rajapinnasta lasketut tunnusluvut vastasivat todellista liikennetilannetta hyvin. Kaistan ominaisvälityskyky vaikuttaa kuitenkin voimakkaasti useiden tunnuslukujen laskentaan. Se arvioitiin kaistoittain kaistatyypin mukaan aikaisempien tutkimusten perusteella. Kun kaistalla ei ollut väistettävää suojatietä, oli ominaisvälityskyvyn arviointi helpompaa ja tulokset parempia. Esimerkiksi minuuttikohtainen maksimijonopituus vastasi maastossa havaittua jonopituutta tällöin hyvin. Maksimijonopituus ei vastannut yhtä hyvin todellista, kun kaistalla oli väistettävä suojatie. Se oli kuitenkin oikeassa enimmäkseen oikeassa suuruusluokassa. Parhaiten hetkellistä toimivuutta kuvasivat jonopituus ja siitä johdettu maksimiodotusaika jonossa. Ne kuvaavat hyvin tienkäyttäjän kokemusta liikennetilanteesta ja liittymän toimivuudesta. 15 minuutin ja sitä pidempien tarkastelujaksojen toimivuutta kuvasivat parhaiten kuormitusaste, ohjausviive ja palvelutaso. Muiden tunnuslukujen avulla voidaan arvioida mm. vihreän aallon toimivuutta, vihreän pituuden riittävyyttä ja turhaa vihreää aikaa. Työssä määritettiin myös laskettujen tunnuslukujen tallentamista tietokantaan ja liikenneteknisen seurantajärjestelmän käyttöliittymän ominaisuuksia. Työn tulosten pohjalta on tarkoitus toteuttaa liikennevalojen liikennetekninen seurantajärjestelmä. Reaaliaikaisen liikenneteknisen seurannan myötä liikenteestä saadaan kattavaa laskennallista tietoa pistemäisten tai subjektiivisten havaintojen sijaan. Sen myötä muutokset liikennevalojen ohjauksessa perustuvat selvästi luotettavampaan näkemykseen liikenneverkon tilasta. Tienpitäjä voi laskettujen tunnuslukujen perusteella parantaa liikennevalojen ylläpidon tasoa ja myös todeta muutosten vaikutuksen. Lisäksi seurannassa voi olla automaattisia hälytyksiä poikkeuksellisista tilanteista, joiden havaitseminen muutoin olisi vaikeaa tai mahdotonta. Reaaliaikainen liikennetekninen seuranta mahdollistaa myös liikenteen reaaliaikaisen tilannekuvan tienpitäjälle ja sovellusten kautta myös suoraan tienkäyttäjälle. / Traffic signals are an essential part of the functionality of the traffic network. At the moment there are no especially good tools or automated functions for monitoring the performance of traffic signals in wide areas and for long periods of time. Traffic Flow Garner (TFG) is an interface developed by Dynniq that transmits traffic signal data. It gives a new opportunity to monitor signalled intersections. Its real time data includes the status of signal groups and detectors and configuration data of the intersection. Several performance measures of traffic signals and traffic can be calculated from the data. Calculation of performance measures was studied from the data transmitted by the TFG interface. Two signalled intersections in Oulu were chosen for closer examination. One of them was also monitored at the location. Performance measures calculated from the TFG data were compared with the observed situation at the location. The following performance measures were studied in this thesis: - Traffic volumes - Proportion of detector occupancy and continuous occupancy time - Queue length - Maximum waiting time in queue in cycles (the momentary relation of a supply and demand) - Volume to capacity ratio - Control delay - Level of service - Driving away from the presence of the stop bar detector during red - Proportion of vehicles that arrive and leave the intersection during green - Green ending too early - Unnecessary green time The calculated performance measures corresponded well to the perceived traffic situation. However, the saturation flow rate of the lane affects the calculation of several measures strongly. It was estimated according to the lane type based on earlier studies. When there was no pedestrian crossing to be yielded, estimation of the saturation flow rate was easier and the results were better. Then, for example, the maximum queue length per minute corresponded well to the queue length that was perceived at the location. The maximum queue length did not correspond equally well to the perceived when there was a pedestrian crossing had to be yielded. However, it was mostly in the correct order. Momentary performance was best described by queue length and maximum wait time in queue. They describe well how a road user experiences the traffic situation and performance of the intersection. Performance of periods of 15 minutes and longer was best described by volume to capacity ratio, control delay and level of service. Other measures may be used to estimate, among others, the functionality of the green wave, the adequacy of the green time and unnecessary green time. Properties of storing the calculated measures into a database and properties of the user interface of the traffic performance monitoring system were specified. A performance monitoring system of traffic signals is intended to be implemented based on the results of this thesis. With real-time performance monitoring of traffic signals comprehensive computational information could be obtained instead of spotty or subjective observations about the traffic. Thanks to it changes in programming of traffic signals could be based on a distinctly more reliable view on the state of the traffic network. The road administrator could improve the level of the maintenance of traffic signals based on the calculated measures. It is also possible to observe the effects of changes in programming. Furthermore, automatic alarms could be used for exceptional situations that would otherwise be difficult or impossible to notice. Real-time monitoring enables the road administrator and, through applications, road users to have real-time understanding about the traffic situation.

This thesis investigates the utilization of mineral wool (glasswool and rockwool) as precursor with metakaolin in geopolymerization. In 2015, mineral wool waste in Europe is estimated to be 2.4 metric tonnes, and it is currently landfilled. The utilization of this waste in geopolymer composites is one of the motivation towards this study. Indeed, addition of these mineral wools to metakaolin-based geopolymers matrices showed significant improvement in the mechanical properties. The literature section of this thesis describes the previous knowledge on geopolymerization, the materials used in geopolymer and the factors affecting the mechanical strength. In the experimental part, the first goal was to achieve mix composition with highest mechanical strength and also a workable paste of geopolymers. This was done with the following factors held constant: SiO₂/Al₂O₃ = 3.8 and Na₂O/Al₂O₃ = 1, and varying the following: H₂O/Na₂O from 10 to 13, SiO₂/Na₂O from 3.21 to 4.02, mineral wool/metakaolin mass ratio from 0–1, and water/binder (w/b) mass ratio from 0.42 to 0.55. The different mix compositions was calculated at varying substitution (10%, 20%, 30%, 40% and 50%) of metakaolin with mineral wool using both glasswool and rockwool in different matrices to determine the effect of mineral wool substitution on the properties of the geopolymer. Mechanical strength tests were done to determine the effects of mineral wool addition in the geopolymer. Results from the test shows maximum compressive strength of 33 MPa when 20% of the metakaolin was substituted with mineral wool. Further substitution was observed to reduce the mechanical properties of the geopolymer. Also, optimization of glasswool and rockwool in different compositional mixes was done to select a particular mineral wool to be used further in the course of the study. Glasswool precursor with metakaolin showed better compressive strength using the chosen SiO₂/Al₂O₃ and Na₂O/Al₂O₃-ratios, compared to rockwool and was continued as the co-binder with metakaolin during reinforcement with fibres. Additionally, during the investigation the matrices were cured at various temperatures (50, 60, 80 and 100 °C). Results showed best mechanical strength was achieved when the geopolymer matrices were cured at 50 °C. XRD and TGA where used to characterize the behaviour of the raw materials and geopolymer samples and to verify geopolymer formations and its thermal stability respectively. Geopolymers in general during testing experiences brittle failure, this limitation can be corrected using fibre reinforcement. Geopolymer composites with glass, carbon and cotton/polyester fibres were investigated using a simple layering method. Data from these preliminary tests showed that cotton/polyester blend fibre exhibited better ductility and flexural strength than glass and carbon fibre.

Työn tarkoituksena oli selvittää Oulun Veden Taskilan jätevedenpuhdistamon lietteenkuivauksen optimointimahdollisuudet hyödyntäen online-mittauksia sekä ottaa käyttöön Metso monimuuttujasäätö (Metso MPC). Lietteenkuivauksen toimivuuden seuranta on tähän asti tapahtunut lähinnä kuivakakun kuiva-ainepitoisuuden määrityksellä käyttäen pika-analysaattoria. Tässä työssä hyödynnettiin kuivaukseen tulevan lietteen ja kuivatun lietteen jatkuvatoimisia kuiva-ainemittauksia sekä Taskilan jätevedenpuhdistamolle hankittua jatkuvatoimista rejektiveden kiintoainepitoisuusmittaria, Metso LS -mittaria, jonka soveltuvuutta jätevedenpuhdistamolle on myös tutkittu tässä työssä. Optimoinnin tarkoituksena oli saada lietteenkuivausprosessi toimimaan niin, että rejektiveden kiintoainepitoisuus olisi mahdollisimman pieni ja kuivakakun kuiva-ainepitoisuus mahdollisimman suuri. Lisäksi pyrittiin minimoimaan polymeerisyöttöä ja lingon energiankulutusta. Metso MPC:n avulla optimointi voidaan tehdä automaattisesti online-mittauksia hyödyntäen. Optimoinnin tulosten perusteella laskettiin kustannussäästöarviot, joiden perusteella arvioitiin lietteenkuivausprosessin painopisteet. Työ aloitettiin selvittämällä polymeerisyötön ja lingon toiminnan vaikutuksia rejektiveden kiintoainepitoisuuteen ja kuivakakun kuiva-ainepitoisuuteen. Monimuuttujasäätöä varten tehtiin polymeerisyötön ja lingon momentin askelvastekokeita, joiden perusteella laskettiin säädölle toimintamallit. Optimointitestauksista saatujen tulosten perusteella laskettiin säästöarviot lingon toiminnan muutoksille, polymeerisyötön minimoinnille, rejektiveden kiintoainepitoisuuden pienentämiselle sekä lietteenkäsittelykustannuksille. Säästöarvioinneissa huomattiin, että suurimmat säästöt lietteenkuivauksessa saadaan nostamalla kuivakakun kuiva-ainepitoisuutta. Lisäsäästöjä saadaan ohjaamalla lingon toimintaa energiatehokkaammaksi pienentämällä pääkierroslukua. Kuiva-ainepitoisuuden parantaminen kuitenkin huonontaa rejektiveden laatua, mikä kuormittaa puhdistamoa kierrättämällä kiintoainetta ja fosforia puhdistusprosessin alkuun. Sisäisen kierron lisääntymisestä aiheutuvat kustannukset jäävät kuitenkin suhteellisen pieniksi verrattuna kuiva-aineen nostolla saataviin säästöihin. Näin ollen Metso MPC-säädön painopiste tulee siirtää kuivakakun kuiva-ainepitoisuuden nostamiseen. Säädöllä voidaan pyrkiä samanaikaisesti myös pieneen rejektiveden kiintoainepitoisuuteen sekä polymeerisyötön minimointiin. Työn aikana huomattiin, että lietteenkuivausprosessin optimointi on hyvin haastavaa vaihtelevan lietelaadun vuoksi. Rejektiveden kiintoainepitoisuus nousee herkästi yli LS-mittarin mittausalueen, minkä vuoksi myöskään MPC-säätö ei pysy toiminnassa. Kuivausprosessin toimivuutta voitaisiin mahdollisesti parantaa vaihtamalla polymeeriä. / The aim of this diploma thesis was to optimize the sludge drying process in Taskila Wastewater Treatment Plant (WWTP) using online measurements and to put a model predicative control (MPC) programmed by Metso into use. Until now the sludge drying process has been observed by measuring the dry cake percentage using a rapid analyzer. The online measurements used in this thesis were total solids (TS) measurements for incoming and dried sludge and a suspended solids measurement (a Metso Low Solids Measurement meter) for reject water. In this thesis also the applicability of the Metso LS in Taskila WWTP was observed. The aim of optimization of sludge drying process was to minimize the suspended solids concentration of reject water, to have the driest possible dry cake percentage and to minimize the usage of polymer solution. Also the energy efficiency of the centrifuge was observed. The Metso MPC enables automatic optimization of the sludge drying process. Cost savings evaluations were calculated based on the results gotten in optimization tests. The conclusions on how to optimize the sludge drying process were made based on these evaluations. This thesis begun by testing how the changes in polymer dosage and centrifuge operation affect the suspended solids concentration of reject water and the dry cake percentage. Step response tests were made in order to calculate process models for both the polymer dosage and torque of the centrifuge used in MPC programming. The cost savings calculations of centrifuge operation changes, decrease of polymer dosage, minimizing the SS concentration of reject water and sludge handling were made based on the tests results. Test results prove that the biggest savings in sludge drying process could be made when increasing the total solids concentration of dry cake. More savings can be made when decreasing the absolute speed of the centrifuge. Increasing the dry cake percentage will cause the SS concentration of reject water to increase which will increase the inner circulation of SS and total phosphorus. However the costs of inner circulation are relatively smaller than the savings gotten from increasing the TS percentage of the dry cake. Hence the biggest weight in MPC should be put on increasing the dry cake percentage. With MPC it is also possible to minimize the SS concentration of reject water and polymer dosage at the same time. It was noticed that the optimization of the sludge drying process is very difficult because of the varying quality of the sludge to be treated. The SS concentration of reject water increases easily over the measuring range of the LS meter which then disables the MPC. Better results in sludge drying might be gotten when changing the polymer.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kahden pintavalutuskenttänä toimivan, alkujaan luonnontilaisen kosteikon toimintaa kaivosvesien jälkikäsittely-yksiköinä. Erityisesti tarkasteltiin antimonin, arseenin ja nikkelin pidättymistä kosteikkojen turpeeseen. Toimintaa selvitettiin ainetaseiden sekä pitoisuusreduktioiden näkökulmasta. Tutkimuskohteina olivat Kittilän kultakaivoksen (Agnico-Eagle Finland Oy, Kittilä Mine) pintavalutuskentät 1 (PVK1) ja 4 (PVK4). Tavoitteena oli tarkastella pintavalutuskenttien puhdistustehoa ja sen muutosta etenkin pitempään toimineella kosteikolla sekä pitoisuusreduktiota eri vuodenaikoina. Huomiota kiinnitettiin myös siihen, onko turpeeseen pidättynyt aineita velvoitetarkkailun vesinäyteanalyysien osoittama määrä. Antimonin, arseenin ja nikkelin pitoisuuksia verrattiin myös pilaantuneille maille määrättyihin raja-arvoihin ja pohdittiin kosteikkojen käyttöikää raja-arvojen ylittymisen kannalta. Työhön kuului myös alustava selvitys siitä, kuinka laajasti kosteikkokäsittelyä käytetään Suomen kaivoksilla ja millaisia vesiä ne puhdistavat. Pintavalutuskentällä 1 havaittiin hidastumista antimonin pidättymisessä. Muiden aineiden pidättymisessä ei havaittu hidastumista kummallakaan pintavalutuskentällä, ei myöskään antimonilla pintavalutuskentällä 4. Antimonin pitoisuus PVK1:n tulovirtaamassa on moninkertainen verrattuna muihin aineisiin sekä sen pitoisuuteen PVK4:n tulovirtaamassa. Tämä näkyy erona puhdistustehossa. Antimonin keskimääräinen reduktio PVK1:llä on ollut vain 24%, kun se PVK4:llä on ollut keskimäärin yli 82%. Arseenin reduktio PVK1:llä on ollut keskimäärin 67% ja nikkelin 80%, PVK4:llä arseenin 64% ja nikkelin 73%. Nämä ovat kuitenkin vähimmäisreduktioita, sillä As- ja Ni-pitoisuudet menovirtaamassa ovat olleet tyypillisesti alle määritysrajojensa. Tällöin menovirtaaman pitoisuudet ovat voineet olla todellisuudessa matalammat ja reduktiot siten korkeammat kuin nyt lasketut. Puhdistustehoissa ei ollut velvoitetarkkailun perusteella havaittavissa selkeää vuodenaikaista vaihtelua kummallakaan pintavalutuskentällä. Turveanalyysit osoittavat antimonia, arseenia ja nikkeliä on pidättyneen turpeeseen enemmän kuin vesinäyteanalyyseistä laskettujen pitoisuusreduktioiden perusteella näyttää. Osittain tämä johtunee myös siitä, että todellinen virtausala ja pidättymissyvyys ovat mahdollisesti pienemmät kuin laskelmissa oletetut alat ja syvyydet. Diplomityön sisältämässä katsauksessa kaivosteollisuuden kosteikkokäsittelyihin selvitettiin kosteikkojen käyttöä vesienkäsittelyssä Suomen kaivosteollisuudessa. Ympäristölupapäätösten pohjalta tehdyn kartoituksen perusteella noin kolmasosalla kaikista kaivoksista oli käytössä jonkinlainen kosteikkokäsittely osana vesienkäsittelyään. Suomen kaivoksilla käytössä olevat kosteikot eivät ole varsinaisia rakennettuja kosteikkopuhdistamoja, vaan kosteikot ovat pääsääntöisesti luonnontilaisia soita tai padottuja lampialueita, joita käytetään kaivosvesien jälkikäsittelyssä. Osalla kaivoksista on ollut ongelmia mm. riittävän puhdistustehon saavuttamisen, kiintoaineksen huuhtoutumisen tai pidättyneiden metallien takaisin liukenemisen kanssa. Kuitenkin myös toimivia kosteikkoja on käytössä, ja niillä puhdistustulokset ovat olleet enimmäkseen hyviä. / The purpose of the Master Thesis was to clarify how two originally pristine peatlands perform as after-treatment units in the case of mining waters. Special focus was on retention of antimony, arsenic and nickel. Both mass balances and concentration reductions were used to examine the performance of treatment peatlands. The study sites were two overland flow areas (PVK1 and PVK4) which purify minig waters from a gold mine (Agnico-Eagle Finland Oy, Kittilä Mine) in northern Finland. The aim was to examine the treatment efficiency and possible changes in it, especially in the longer-performing peatland (PVK1), and the treatment efficiency during different periods of year. Attention was also paid to a question whether the peat has retained substances the amount indicated by the water sample analyzes. Antimony, arsenic and nickel concentrations were also compared to the threshold values specified for contaminated soils. The lifetime of peatlands was discussed based on when the concentrations will exceed these values. The study also included the preliminary report on the extent of using wetland treatment in the Finnish mine companies and what kind of water is treated by them. There was detected decrease in antimony retention in PVK1 whereas changes in arsenic and nickel retention were not observed in either PVK1 or PVK4. In PVK4 also antimony retention was stayed stable. Antimony concentration of the income flow in PVK1 was a clearly higher than other concentrations, as well as its concentration in the income flow of PVK4. This can be also seen in a difference between the treatment efficiencies. The average antimony retention in PVK1 has been only 24%, compared with PVK4 which has had an average of over 82%. The arsenic retention in PVK1 has had an average of 67% and nickel 80%. In PVK4 the arsenic retention has had an average of 64% and nickel retention 73%. However, these are minimum reductions, because the As- and Ni-concentrations in the out flow have been typically below the detection limits. In this case, the concentrations in the out flow are able to be actually lower and the retention higher than calculated ones. There was not a clear seasonal variability detected in studied overland flow areas based on the monitoring program. Peat analyzes showed that there were more antimony, arsenic and nickel retained in peat than it looked based on concentration reductions calculated from water sample analyzes. This is partly due to the fact that the actual flow area and the flow depth are possibly smaller/lower than the expected areas and depths used in calculations. Based on permission decisions one third of all mines was using some kind of treatment wetlands as a part of their water treatment. The treatment wetlands used in Finnish mines are not actual constructed wetland refineries but they are mainly natural wetlands or dammed pond areas, which are used as after-treatment units. Some of the mines have had problems for example to achieve sufficient treatment efficiencies and leaching of suspended solids or metals. However, there are also well-performing wetlands in use and the treatment results have been mostly good.

Tämän työn tavoitteena oli selvittää alueellisia vuotovesimääriä ja syitä vuodoille jätevedenpumppaamojen virtaamatrendien sekä sadanta- ja lumitietojen avulla Oulun Veden toiminta-alueella. Viemäriverkostoon pääsevät vuotovedet muodostavat Oulussa merkittävän osan kokonaisjätevesimäärästä. Vuotovesiksi luetaan vedet, jotka pääsevä jätevesiviemäriin vuotavien putkiliitosten, rikkinäisten putkien ja vioittuneiden tarkastuskaivojen kautta. Lisäksi vuotovesiä ovat kuivatus- ja hulevedet, jotka johdetaan viemäriin tarkoituksenmukaisesti. Vuotovedet kuormittavat turhaan viemäriverkoston kapasiteettia, lisäävät käyttökustannuksia ja aiheuttavat padottumista ja ylivuotoja. Työn tavoitteena oli selvittää pahimmat vuotovesialueet, syitä vuotovesille ja viemäriverkoston ikärakenne, jotta verkoston saneerauksia voidaan kohdistaa oikeille alueille vuotovesien vähentämiseksi. Työn teoriaosiossa käsiteltiin viemäriverkoston toimintaperiaatetta, vuotovesiä ja vuotovesien tutkimusmenetelmiä. Vuotovesiselvityksessä tarkasteltiin Oulun vuotovesitilannetta kokonaisuudessaan ja alueellisesti. Alueellisessa vuotovesitarkastelussa Oulun Veden toiminta-alue jaettiin pumppaamopiirien mukaan tarkastelualueisiin. Oulunsalosta, Kiimingistä, Ylikiimingistä, Haukiputaalta ja Kellosta selvitys tehtiin omina kokonaisuuksinaan. Jokaisen alueen jätevesivirtaamista piirrettiin virtaamatrendi yhdistettynä sadanta- ja lumensyvyystietoihin. Jätevesivirtaaman muutoksista sateiden ja lumien sulamisvesien vaikutuksesta voitiin päätellä vuotovesien määrä ja vuotojen syitä. Virtaamatrendien perusteella laskettiin alueelliset vuotovesiprosentit. Vuotovesiprosenttien ja jätevedenlaskutustietojen perusteella pystyttiin arvioimaan myös vuotovesien absoluuttista määrä eri alueilta. Vuotovesiselvitys antaa hyvän kuvan vuotovesien alueellisista eroista. Selvityksessä nousi esiin selviä ongelma-alueita, pahimpina Vanhan Hiukkavaaran ja Karjasillan kaupunginosat sekä Korvensuoran suuralue. Myös Oulun keskustan sekaviemäröinnin vaikutus vuotovesimäärään on merkittävä. Syyt vuotovesille vaihtelevat alueittain. Vanhemmilla jätevesiverkostoalueilla pohja- ja vajovesien osuus vuodoista on merkittävämpi, kun taas uudemmilla ja saneeratuilla alueilla hulevesien osuus vuodoista on suurempi. Saatujen tulosten perusteella tarkempia vuotovesitutkimuksia, kuten savukokeita, virtausmittauksia ja putkistojen TV-kuvauksia voidaan kohdentaa niille alueille, joilta vuotovesiä pääsee viemäriverkostoon eniten. Viemäristön saneerauksia voidaan kohdentaa paremmin vuotovesiselvityksen perusteella. Käytettyä tutkimusmenetelmää voidaan hyödyntää jatkossa jatkuvaan vuotovesimäärien tarkkailuun liittämällä sadanta- ja lumitiedot osaksi pumppaamoautomaatiojärjestelmää. Tutkimusta voidaan laajentaa myös pienemmille alueille pumppaamoittain. / The aim of this thesis was to analyze the infiltration/inflow (I/I) amounts and reasons in wastewater network regionally on the basis of the wastewater hydrographs, precipitation and snow depth information. I/I waters form a significant part of the total wastewater amount in Oulu. Groundwater entering sanitary sewers through defective pipe joints and broken pipes and manholes is called infiltration. Inflow waters enter sanitary sewers from inappropriate connections like roof drains and yard drains. Dilution of sewage directly loads the capacity of the sewer network, increases operating costs and may cause backups or overflows. The objective of the thesis was to determine the worst I/I areas so that renewal of the sanitary sewer system can be focused to the right places in order to reduce I/I waters. The theoretical part of the thesis deals with the principles of the sewerage system, infiltration/inflow and sanitary system evaluation methods. In the I/I study part of the thesis Oulu Waterworks’ operating region was divided into examination areas according to wastewater pumping stations. Oulunsalo, Kiiminki, Ylikiiminki, Haukipudas and Kello were evaluated as their own areas. Wastewater hydrograph with precipitation and snow depth was drawn from every examination area. It was possible to conclude the amount of I/I water and the reasons for the leaks from the changes in the hydrograph due to rainfall and melting snow. Regional I/I percentages were calculated on the basis of wastewater trends. I/I water amounts were counted on the basis of I/I percentages and wastewater billing information. This inflow/infiltration study gives a good picture of the regional differences of leak waters. The study came up some problem areas, the worst areas were Vanha Hiukkavaara, Karjasilta and Korvensuora district. The effect of the combined sewer of Oulu city center to the total I/I amount is also significant. The reasons to I/I waters vary according to the different areas. Infiltration is more noteworthy than inflow in the older sewer system areas whereas in the newer and renovated areas the share of inflow of the leaks is bigger. On the basis of the obtained results more exact I/I studies, such as smoke tests, flow measurements and remote television monitoring can be focused on areas where most of inflow and infiltration get to the sanitary sewer system. Renewals of the sanitary sewer system can be better focused on the basis of this study. The used study method can be utilized in the future to the continuous monitoring of I/I by adding rainfall and snow depth information as part of a automation system. The study can be expanded also into smaller areas according to sewage pumping stations.

Työssä suunniteltiin Rovaniemen kaupungin Misin kylään uusi pohjavedenottamo. Erityistä huomiota kiinnitettiin suunnittelun erikoisuuksiin ja haasteisiin, jotka liittyvät kapasiteetiltaan pienen pohjavedenottamon mitoittamiseen. Koska vesihuollon järjestäminen on velvoitepohjaista ja laissa säädettyä, tuotiin työssä esiin lainsäädännön vaikutus suunnitteluun. Lisäksi tarkasteltiin taloudellisia mahdollisuuksia verkoston vuotojen saneeraukseen. Misin vesijohtoverkosto tarjoaa tähän hyvän mahdollisuuden, koska vuotovesien suhteellinen osuus toimitetusta vedestä on suuri. Vesihuollon suunnittelu on tapauskohtaista. Jokaiseen kohteeseen vaikuttavat vaadittavan vedentoimituskapasiteetin lisäksi alueen vesivarat, käytettävissä olevan veden laatu, alueen topografia, paikallinen maaperän sekä ilmasto. Jotta suunnittelu olisi luotettavaa ja läpinäkyvää, on työssä esitelty käytetyt laskentamallit ja arviot tulosten luotettavuudesta. Mitoituksessa käytetyt menetelmät noudattavat kansallisia normeja ja ovat yleisesti käytettyjä. Vuotavien verkostojen saneerauksen taloudellista kannattavuutta tarkasteltiin vuotovesien pumppauksen aiheuttamien kustannusten kautta. Vuotovesien pumppaaminen kasvattaa pumppaamon käyttökustannuksia sähkönkulutuksen ja pumppujen huoltokustannuksien muodossa. Vertaamalla pidemmällä aikajänteellä syntyviä kustannuksia mahdollisiin saneerauksesta aiheutuviin kustannuksiin, työssä arvioitiin verkosto-osan laajuus, joka on taloudellista kunnostaa. Mitoituksen tulosten perusteella laadittiin piirustukset Misin Venevaaran pohjavesialueelle sijoittuvaan uuteen pohjavedenottamoon. Mitoituksesta suuri osa keskittyi pumppaamolle soveltuvan pumpun valintaan. Soveltuvimmaksi osoittautui Grundfosin SP 14-8 uppopumppu. Painetarkasteluissa havaittiin, että Misin verkosto ei ole herkkä dynaamiselle painehäviölle, vaikka pisimmät putkihaarat ovat yli kymmenen kilometriä pitkiä. Tämä johtuu pienistä virtaamista, mikä on tyypillistä alueille, joissa on vähäinen käyttäjämäärä eikä teollisuutta. Riskienarvioinnissa havaittiin, ettei uuden pumppaamon alueelle keskity suuria uhkia. Pohjavesialueen laajuudesta ja kaivopaikkojen etäisyydestä johtuen vanhat kaivot pilanneet päästölähteet eivät todennäköisesti pysty vaikuttamaan suunniteltuun pumppaamoon. Suurin todellinen uhka vedenlaadulle olisi ajoneuvo-onnettomuus pumppaamon läheisyydessä. Kustannusten muodostumista tarkasteltiin vedenottamon laite-, materiaali- ja työkustannusten avulla. Arvioiduista kustannuksista töiden osuus oli yli 50 %. Laitteiston osuus vastasi noin 29 % kokonaiskustannuksista, joista pumput muodostavat vain 5,5 %. Vuotovesien pumppauksen kustannukset vuositasolla pysyivät Misin tapauksessa kohtuullisina, huolimatta vuotovesien huomattavasta osuudesta toimitetusta vedestä. Vaikka tarkastelun aikaväliksi valittiin 15 vuotta ja vuotuiset kustannukset diskontattiin vastaamaan rahan nykyarvoa, on hyvin epävarmaa onko verkoston saneeraaminen taloudellisesti kannattavaa, jos vuotojen määrä pysyy nykyisellään. Osaksi tämä johtuu kustannusten ennustamiseen liittyvästä epävarmuudesta sekä osaltaan epävarmuudesta saneerauksen todellisista kustannuksista. Työssä käytettyjä toimintatapoja on mahdollista hyödyntää vastaavien kohteiden suunnitteluun. Tarkastelu vuotovesien aiheuttamista kustannuksista antaa aiheen jatkoselvittää Misin verkoston vuotokohtia. Yksityiskohtaisempi tieto verkoston vuodoista on tarpeen korjauksia suunniteltaessa. / The main objective of this thesis was to plan new groundwater intake plant for Misi, a village in northern parts of Rovaniemi. Additional goals were to introduce the theoretical basis for designing a small groundwater intake plant and to present challenges and specialties which should be considered in planning for a smaller scale water supply system. Arranging water supply in Finland is based on obligation and legislation; hence legislation’s effect on water supply management is presented in this work. In addition the possibilities for economically sound reconstruction of a leaking pipeline were examined. The Misi water distribution network offers a good case study, for the relative portion of leaking water compared to the water consumed is high. Designing a water supply is case-specific. Each case differs by the required capacity, available water resources and water quality, local topography, soil properties and climate, all of which must be taken into account. The models and results of calculation are presented in this work so that the design is transparent and reliable. The methods and formulas that were used in the design process follow the Finnish national guidelines. The economical benefit of reconstruction for leaking pipelines is studied trough the expenses caused by pumping the leaking waters. The spillage increases the amount of electricity that the pumps use as well as speed of abrasion for the pumps, which increases maintenance costs. By comparing expenses caused by the spillage over a period of time and the cost of potential reconstruction, it is possible to estimate the economically feasible extent of reconstruction in the distribution network. As a result of the design, technical drawings for the Misi groundwater intake plant were drafted. Large portion of the design concentrates on finding a suitable pump for the intake plant. The best option proved to be Grundfos SP 14-8 submergible pump. Pressure inspection revealed that the Misi pipe network is not sensitive to dynamical pressure loss, even though the longest pipelines are over 10 kilometers long. This is due to small and slow flows present in the network. No acute threats were observed in the risk assessment. The long distance between the old and the new groundwater intake makes it highly unlikely that the same pollutants could travel to the new groundwater well. Most realistic threat to water quality is a traffic accident near the new groundwater intake plant. The total costs for the planned intake plant were observed through cost of instruments, materials and work required for the building. The proportion of work compared to total costs was over 50 %. The instruments accounted for 29 %, of which pumps only 5,5 %. At the present rate the costs caused by pumping spillage are reasonable. In the 15 year reference period for which the pumping costs were evaluated with present value method, it is fairly uncertain if the reconstruction is economically beneficial. Partly this is due to the uncertainty related to predicting the costs related to pumping and partly by the uncertainty in the actual cost of reconstruction. The scenarios that are presented are only valid if the amount of spillage stays close to the present value. It is possible to design similar plants using the methods presented. The examination on the costs for spillage pumping gives a reason to look into the leaking pipelines and find the location of the leaks. This can be used to further review the possibility reconstruction the pipe network.

Vaakakuormitettua paalua tarkastellaan usein mallilla, jossa maaperä on kuvattu vaakasuuntaisina jousina. Suunnittelussa maaperän jousien jäykkyyksien määrittäminen alustalukujen avulla nykyisten suunnitteluohjeiden perusteella on osoittautunut ongelmalliseksi. Suomalaisissa suunnitteluohjeissa on annettu vaakasuuntaisten alustalukujen laskentaa varten yhtälöitä ja kuvia, mutta laskennan taustalla olevaa teoriaa ei ole avattu ja usein myös lähdeviittaukset puuttuvat. Suunnitteluohjeet sisältävät osin myös ristiriitaisia tietoja alustalukujen laskennan osalta. Diplomityön tavoitteena oli selvittää suomalaisten suunnitteluohjeiden mukaisen vaakasuuntaisten alustalukujen laskennan teoriaa. Diplomityössä selvitettiin mitä alustalukujen laskentamenetelmiä erityisesti suomalaisissa suunnitteluohjeissa on esitetty, ja miten maan ja paalun on oletettu käyttäytyvän vaakakuormituksen alaisena. Myös eurokoodeja käsiteltiin alustalukujen ja vaakasiirtymien näkökulmasta. Työssä tutkittiin alustalukujen herkkyyttä maaparametrien muutoksille suunnitteluvaiheessa olevan Syväyksen kevytliikennesiltakohteen avulla ja etsittiin parhaiten mitattuja siirtymiä vastaavia alustalukujen laskentamenetelmiä kitka-, koheesio- ja kerroksellisessa maassa koekuormitettujen kohteiden avulla. Lisäksi suunnittelua helpottamaan kehiteltiin alustalukujen laskennan excel-taulukko. Alustalukujen herkkyysanalyysissa todettiin kitkamaassa Terzaghin ja Poulosin menetelmien olevan mitoituksen kannalta riittävän vakaita maaparametrien muutoksille, kun maaparametrit on tulkittu maalajin mukaisesti kairausvastukseen perustuen. Suunnitteluohjeissa esitetyllä leikkauskestävyyskulman perusteella määräytyvät alustaluvut olivat puolestaan hyvin herkkiä jo pienille leikkauskestävyyskulman muutoksille. Koheesiomaassa suljettuun leikkauslujuuteen perustuva menetelmä todettiin herkkyysanalyysin perusteella suunnitteluun hyvin soveltuvaksi menetelmäksi sekä lyhyt- että pitkäaikaisissa kuormitustilanteissa, kun suljettu leikkauslujuus on arvioitu esimerkiksi siipikairausten perusteella. Poulosin menetelmä soveltuu myös koheesiomaan pitkäaikaisten vaakakuormitusten tarkasteluun. Mitattuja siirtymiä hienossa hiekassa vastasivat parhaiten Terzaghin ja Poulosin mukaisilla alustaluvuilla lasketut siirtymät. Siltissä kaikki laskentamenetelmät antoivat mitattua siirtymää huomattavasti suurempia siirtymän arvoja. Siltissä laskennoissa mukana ollut Vesicin menetelmä, jota ei ole esitetty suomalaisissa suunnitteluohjeissa, antoi samaa suuruusluokkaa olevia siirtymän tuloksia kuin muutkin laskentamenetelmät. Selvää eroa siirtymien arvoissa ei tullut siitä, oliko siltti todettu kitka- vai koheesiomaaksi. Koheesiomaan osalta todettiin lisää lyhyt- ja pitkäaikaisia koekuormituksia tarvittavan. Tarkasteluissa oli mukana myös koekuormitettu paaluryhmä kerroksellisessa maassa. Redusoimalla alustalukuja saatiin laskennalliset siirtymät paaluryhmässä vastaamaan parhaiten mitattuja siirtymiä, kun alustaluvut laskettiin kitkamaaosuudella Terzaghin tai Poulosin menetelmillä ja koheesiomaaosuudella lyhytaikaisen kuormituksen leikkauslujuuden menetelmällä. Suunnitteluohjeiden mukainen redusointimenetelmä ei huomioi kuormituksen jakautumista epätasaisesti eri paalurivien kesken. Jotta kuormituksen epätasainen jakautuminen voidaan huomioida, tulee selvittää esimerkiksi ulkomailla yleisesti käytössä olevan paaluun kohdistuvan maan sivuvastuksen pienennyskertoimiin (”reduction factor”) perustuvan menetelmän soveltamista suomalaisiin suunnitteluohjeisiin ja FEM-jousi -malliin. Työn yhteydessä löydettiin useita jatkotutkimustarpeita. Tutkimuksessa selvisi, että myös Ruotsissa ja Norjassa vaakakuormitettuja paaluja on tutkittu varsin vähän. Työn perusteella suomalaisia suunnitteluohjeita tulee täydentää ja selkeyttää alustalukulaskennan osalta.