Diplomityön voimalaitoksella polttoaineena käytetään syntypaikkalajiteltua kotitalous- ja teollisuusjätettä. Poltettaessa jätettä muodostuu vettä, joka yhdessä polttoaineessa olevan kosteuden kanssa haihtuu savukaasun mukaan. Kun savukaasu on kulkenut kattilan ja savukaasupuhdistuslaitoksen läpi, se jäähdytetään savukaasulauhduttimessa ennen johtamista piippuun. Jäähdytyksen aikana savukaasun sisältämä kosteus tiivistyy vedeksi. Tämä savukaasulauhde vaati käsittelyä. Oikeanlaisella käsittelyllä voidaan varmistaa sen sopivuus hyötykäyttöön. Diplomityön tavoitteena oli saavuttaa varmatoiminen jätteenpolttolaitoksen savukaasulauhteen puhdistusjärjestelmä. Optimoinnin ja kuntokartoituksen pohjalta tehtiin ajoparametri-, säätö- ja prosessimuutokset sekä niihin liittyvät dokumentoinnit. Diplomityö sisältää myös useita ehdotuksia prosessin kehittämisestä sekä toiminnallisuuden, puhtauden ja taloudellisuuden parantamisesta. Kehitysehdotukset sisältävät automaatio-, säätö-, ja ajotapamuutoksia sekä mekaanisia prosessimuutoksia. Prosessin nykytilan ja ongelmakohtien kartoittaminen aloitettiin käynnistämällä puhdistusprosessi ja tarkastelemalla sen toimintaa. Tarkastelu suoritettiin prosessitiloissa laite- ja putkistokatselmuksella, josta se eteni prosessimittauksien seuraamiseen ja laboratorioanalyyseihin. Alustavan kuntokartoituksen jälkeen laadittiin koesuunnitelma, jossa rajattiin järjestelmälle olennaiset seurantakohteet. Kuntokartoituksen pohjalta tehtiin myös laitehuoltoja, joiden vaikutus raportoitiin. Diplomityössä tutkittiin kloorin, sulfaatin sekä kiintoaineen käyttäytymistä ja määrän ennustamista puhdistusprosessissa. Työn rajaus käsitti puhdistusprosessin ja savukaasulauhduttimen sekä niiden yhteydet kaukolämpöverkkoon, savukaasupuhdistuslaitokseen, viemäriverkkoon ja kuonasammuttimeen. Prosessin identifikaatio suoritettiin näytteenottojaksolla, jonka koetuloksista saatiin muodostettua prosessin staattinen kokonaismalli. Näytteenottojakson aineisto sisälsi 25:n näytekierroksen tulokset, eli noin 500 analyysitulosta ja niihin liitetyt prosessiolosuhdearvot joita oli noin 250 kappaletta. Kokonaismallin muodostuksessa käytettiin pääasiallisesti Matlab- ja Excel-ohjelmistoja. Kokonaismallilla erilaiset ajotilanteet voitiin simuloida ja optimoida osaprosessit yksi kerrallaan. Identifikaation pohjalta tehtyjen prosessi- ja säätömuutoksin saavutettiin merkittävästi pienempi prosessin lisävesipohjainen kiintoainekuorma, joka pieneni noin 62 %. Tämän lisäksi saavutettiin osaprosessien luotettavampi toiminta ja apuaineiden ja kemikaalien 75 % pienempi kulutus. Tämän lisäksi prosessista laadittu simulointimalli on käyttökelpoinen polttolaitoksella myös tulevaisuudessa. / The power plant studied in this thesis uses municipal and industrial solid waste as fuel. The combustion reaction produces water vapour, which combined with vaporizing water content of the waste creates vapour content in flue gas. The flue gas flows through the boiler and the flue gas cleaning station, after which the flue gas is cooled before entering the stack. The cooling is done by a scrubber, where cooling causes water vapour to condensate. The flue gas condensate must be processed for further use. With proper cleaning the condensate always meets the criteria of reuse applications. The goal of this master’s thesis was to achieve a stable and reliable flue gas condensate cleaning system for a municipal solid waste power plant. Parameter, control and mechanical modifications were based on optimization and diagnostics of the process. One goal was also to present ideas for future revision to increase the process reliability and purity with respect to economical costs. The whole cleaning process was first started to get an estimate of the process’s current state and potentially faulty devices. The evaluation took place in the process environment. That way the faults with the piping and the devices could be found. The next step was to check the process values from the process automation system and do a preliminary laboratory analysis. The experimental layout for the identification was done based on the preliminary state estimation. Also some maintenance works were done based on the early tests. Main targets of the identification were the flue gas condensate’s chloride, sulphate and solid matter behaviour and prediction in the cleaning process. The identification was limited to include the condensate cleaning system, the flue gas scrubber and the connected district heating system, the grate slag extinguisher and the flue gas cleaning plant. The identification of the process was done by extensive sample collection and analysis. With combination of process values and laboratory test results, a static process model was formed. The identification data was collected from 25 sample sets, where the total amount data points was circa 500. Those data points were connected with the exciting process values amount of 250. The model was mainly created with Excel and Matlab softwares. The static model enabled simulation of the process, which made it possible to optimize all the single process devices. The simulations made it possible to determine the correct process and control adjustments. With those changes the stress from solid matter decreased 62 %. Also the single processes got more reliable and use of auxiliary components and chemicals decreased 75%. Besides that, the static model enables simulation of the process in future.

Aktiivilieteprosessi on jäteveden biologinen puhdistusmenetelmä, jota käytetään laajasti yhdyskunta- ja teollisuusjätevesien puhdistuksessa. Sen avulla jätevesistä voidaan poistaa suurin osa fosfori- ja typpiravinteista sekä happea kuluttavista orgaanisista yhdisteistä. Kokonaisprosessi koostuu mekaanisista, kemiallisista ja biologisista vaiheista. Ympäristöolosuhteilla ja jäteveden ominaisuuksilla on suuri merkitys puhdistustuloksiin. Aktiivilieteprosessissa hyödynnetään jätevedessä olevia mikrobeja. Prosessiin tuodaan happea ja tarvittavia ravinteita, jotta mikrobit voivat kasvaa ja lisääntyä. Kasvavat mikrobit muodostavat aktiivilietettä ja hajottavat jäteveden epäpuhtauksia. Jälkiselkeyttimessä liete kerätään altaan pohjalta ja ylitteenä saadaan puhdistettua vettä. Aktiivilieteprosessissa tärkeitä tekijöitä ovat happi, flokkulaatio, ympäristöolosuhteet ja lieteikä. Tämän kandidaatintyön aiheena oli lämpötilan vaikutus aktiivilieteprosessin toimintaan ja ohjaukseen. Työn tavoitteena oli löytää korrelaatioita lämpötilan ja eri prosessisuureiden välillä sekä teollisessa että kunnallisessa jätevedenpuhdistuksessa. Esimerkkiprosesseina oli Viikinmäen aktiivilietelaitos ja erään sellutehtaan aktiivilieteprosessi. Esimerkkiprosesseista kerätyn datan graafisessa analysoinnissa löydettiin useita yhteyksiä lämpötilan ja prosessisuureiden väliltä. Tulosten perusteella lämpötilalla on suurin vaikutus happi- ja typpipitoisuuksiin sekä kemialliseen hapenkulutukseen. Lämpötilan nousu pienentää liuenneen hapen ja typen määrää, mutta lisää kemiallista hapenkulutusta. Myös kirjallisuusselvitys tukee saatuja tuloksia. / Activated sludge process is a biological purification method for waste water. It is widely used for purification of urban and industrial wastewaters. With activated sludge process the majority of phosphorus and nitrogen fertilizers and oxygen-consuming organic compounds can be discharged from waste water. The process consists of mechanical, chemical and biological operations. Environmental conditions and wastewater properties have a significant impact on purification results. The activated sludge process utilizes microbes in wastewater. By bringing oxygen and nutrients into the process microbes can grow and multiply. Growing microbes form sludge and disintegrate wastewater contaminants. After the activated sludge process, the sludge is collected from the bottom of the clarification pool and purified water is removed as an overflow. Oxygen, flocculation, environmental conditions and sludge age are major factors in the activated sludge process. The subject of this bachelor’s thesis was the effect of temperature on the operation and control of the activated sludge process. The aim of the thesis was to find correlations between temperature and different process factors both in industrial and municipal wastewater treatment. Example processes used in this thesis were the activated sludge plant of Viikinmäki and the activated sludge process of a pulp mill. In the graphical analysis of the data collected from the example processes, several connections were found between the temperature and the process factors. Based on the results, the temperature has the greatest influence on oxygen and nitrogen concentrations as well as on chemical oxygen demand. Increasing temperature reduces dissolved oxygen and nitrogen but increases chemical oxygen demand. Also, the literature review supports the results obtained.

Energiatehokkuuslaki velvoittaa suuryrityksiä käyttöönottamaan energiatehokkuuden johtamisjärjestelmän 5.12.2015 mennessä. Stora Enso on päättänyt sertifioida ISO 50001 -standardin mukaisen energiatehokkuuden johtamisjärjestelmän. Tämän diplomityön tavoitteena oli tarkastella ISO 50001 -standardin sisältöä ja selvittää miten vaatimukset tulee integroida Stora Enson Oulun tehtaalla käytössä oleviin järjestelmiin ja toimintatapoihin. Työn alkuosassa on selvitetty Stora Enson Oulun tehtaan energiatehokkuutta koskevien energiatehokkuusdirektiivin, energiatehokkuuslain ja energiatehokkuussopimuksen sisältöjä. Työn toisessa osiossa on perehdytty ISO 50001 -standardin vaatimusten sisältöön. Tämän diplomityön painopiste on ISO 50001 -standardin vaatimusten käyttöönotossa Oulun tehtaalla ja järjestelmän toiminnan kuvaamisessa. Energiatehokkuuden seuranta, kommentointi ja tulosten tallentaminen on otettu osaksi päivittäistä tuotannon seurantaa. Päivittäisissä ja viikoittaisissa tuotantolinjojen palavereissa tarkastellaan toteutunutta energiatehokkuuden tasoa, ja verrataan sitä energian perusuriin ja energiatavoitteisiin. Kuukauden toteutunut energiatehokkuustaso raportoidaan osana kuukausiraporttia. Henkilöstöorganisaatiolle on määritelty sopivat energiatehokkuuden johtamisjärjestelmän tehtävät ja vastuut. Henkilöstöä koulutetaan huomioimaan energiatehokkuus työtehtävän vaatimalla tavalla. Energiatehokkuuden johtamisjärjestelmän kehittämiseksi on luotu energiatehokkuusryhmä, jonka tehtävänä on valvoa jatkuvaa energiatehokkuuden kehittämistä ja kehittää energiatehokkuuden johtamisjärjestelmän toimintaa. Energiatehokkuusryhmä määrittää tehtaalle energiatehokkuuslain ja Stora Enson energiaperiaatteiden kanssa yhdenmukaiset energiapäämäärän ja -tavoitteen. Energiatehokkuuden kehittämiseksi on käyttöönotettu ISO 50001 -standardin mukainen energiasuunnitteluprosessi ja energian kohdekatselmointi. Energiantehostamiskohteita luodaan aloitetoiminnan, tutkimustyön ja katselmoinnin avulla. Tuotantolinjoille tehdään, ylläpidetään ja tallennetaan energian kohdekatselmuksia, joissa selvitetään tuotantolinjan energiatehokkuustaso ja siihen vaikuttavat tekijät sekä tunnistetaan energiatehokkuuden parannuspotentiaali. Kohdekatselmuksessa tunnistetaan merkittävät energiantuotanto- ja energiankulutuskohteet ja määritetään ja ylläpidetään niiden energiatehokkuusindikaattoreita, energian perusuria ja energiatavoitteita. Tuotannonohjaukselle ja -ylläpidolle määritellään ohjeet energiatehokkuuden huomioimiseksi. Energiatehokkuuspoikkeamien ennaltaehkäisemiseksi ja korjaamiseksi on luotu toimintatapa ja raportointi menettely. Tallenteille ja dokumenteille on määritelty ylläpito- ja jakelukanava sekä menettely asiakirjojen hyväksymiselle. Weshare:n energiasivustolla ylläpidetään järjestelmän keskeisiä dokumentteja sekä tallenteita. Aloitejärjestelmään on luotu osio energiatehokkuusaloitteita varten ja TUTTU -järjestelmään osio energiantehostamiskohteiden projektikansioita varten. Työn loppuosaan on kirjoitettu energiatehokkuuden ja energiatehokkuudenjohtamisjärjestelmään liittyviä parannusehdotuksia sekä koostettu yhteenveto työn sisällöstä. Liitteisiin on koottu yksityiskohtaista tietoa henkilöstöstä ja tehtävistä ja vastuista sekä ISO 50001 -vaatimukset huomioiva pohja energiantehostamiskohteille TUTTU -järjestelmään. / The Energy Efficiency Act obligates major corporations to deploy energy efficiency management systems by 5.12.2015. Stora Enso has decided to apply for ISO 50001 certification for its energy efficiency management system. The object of this master’s thesis was to examine of the ISO 50001 standard and to determine how its requirements could be implemented in the systems and procedures of Stora Enso’s Oulu mill. The introduction of the thesis, focuses on the impacts of the Energy Efficiency Directive, the Energy Efficiency Act and the Energy Efficiency Agreement on Stora Enso’s Oulu mill. The second part of the thesis, focuses on the requirements of the ISO 50001 standard. The main focus of this master’s thesis is on the implementation of the ISO 50001 requirements in Stora Enso’s Oulu mill and on the description of the energy efficiency management system. Energy efficiency monitoring, commenting and data recording has been implemented into daily activities of the mill. The actual energy efficiency rate is reviewed and compared to energy baselines and energy targets during daily and weekly meetings. The actual monthly energy efficiency rate is reported within the monthly production report. The duties and responsibilities related to the energy efficiency management system have been determined for the management level of the personnel organization. The personnel are receiving training in observing energy efficiency in their normal duties. An energy efficiency team has been set up to monitor the development of energy efficiency and to further develop the energy efficiency management system. The energy efficiency group aims to establish energy objectives and targets pursuant to the Energy Efficiency Act and Stora Enso’s energy principles. In order to improve the mill’s energy efficiency, the mill has implemented an energy planning and review process pursuant to the ISO 50001 standard. The energy efficiency improvement targets are created via initiatives, research activities and energy reviews. At the production lines, energy reviews are carried out and maintained, and the result are recorded. Energy reviews aim to establish the energy efficiency level, factors contributing to the energy efficiency level, as well as the energy efficiency improvement potential. The review also aims to identify significant energy production and consumption objectives, and to maintain and record the related energy efficiency indicators, energy baselines and energy targets. The energy efficiency guidelines of production control and maintenance are defined by production managers. An action and reporting protocol has been established for preventing and addressing any energy efficiency deviations. The mill has established a maintenance and distribution channel for records and documents. A protocol for document approval has also been implemented. The Weshare website is used for maintaining and archiving important documents and records. An Energy efficiency section has been created for energy efficiency initiatives in the initiative system. For energy improvement objects, an energy section has been created in TUTTU system. The latter sections of the thesis include improvement suggestions for energy efficiency and the energy efficiency management system, and the summary of this master’s thesis. The appendices contain specific information about the personnel organization and a template for energy improvement objectives pursuant to the ISO 50001 requirements for the TUTTU system.

Parantunut sulatustehokkuus on lisännyt savukaasujärjestelmien vaatimuksia. Savukaasujärjestelmien tarkoituksena on kerätä prosessissa muodostuneet savukaasut savukaasulaitokselle puhdistettavaksi. Valokaariuunissa savukaasuja muodostuu hapetusreaktioiden tuloksena sekä erilaisten aineiden haihtuessa romujen pinnalta. Lisäksi savukaasujen mukana kulkeutuvat suuret pölymäärät. Pääasiallisesti pölyjen ja eri savukaasujen, kuten hiilimonoksidin, päästömääriä rajoitetaan erilaisten lakien ja säännösten avulla. Toisaalta liian suuret imut savukaasujärjestelmässä aiheuttavat lämpöhäviöitä, raaka-aineiden poistumista pölyjen mukana sekä vuotoilman määrän kasvua. Vuotoilmojen määrän kasvu edesauttaa kromin kuonautumista aiheuttaen raaka-ainehävikkiä ruostumattoman teräksen valmistuksessa. Myös korkeat savukaasujen lämpötilat savukaasukanavassa voivat pahimmillaan heikentää savukaasujen puhdistusjärjestelmää esimerkiksi suodatinpussien palamisen takia. Lämpötilojen suhteen tarkoitus on sekä varmistaa riittävä hapen saanti jälkipalamiseen kovilla imutehoilla että vähentää turhan lämmön siirtymistä primäärikanavaan. Rajoitusten takia on tärkeää säätää imutehokkuutta savukaasujen muodostumisen mukaan. Tämän diplomityön tarkoituksena on optimoida imutehot sulatuksen vaiheeseen nähden. Outokumpu Stainless Oy:llä valokaariuuni 2 savukaasujärjestelmä koostuu kolmesta osasta: primääri- ja sekundäärikanavasta sekä savukaasulaitoksesta. Primäärikanava alkaa valokaariuunin holviin kiinnitetystä käyrästä, jonka ensimmäisessä käännöksessä olevasta raosta imetään vuotoilmaa jälkipalamiseen. Sekundäärikanavaan imetään savukaasu–ilmaseosta sulatushallin kattoon asennetusta huuvasta. Ne yhdistyvät juuri ennen savukaasulaitoksella sijaitsevia suodatinpusseja, joiden avulla savukaasut puhdistetaan. Imutehot luodaan suodatinpussien jälkeen sijoitetulla kolmella keskipakopumpulla. Molemmissa savukaasukanavissa sijaitsee säätöpelti. Säätöpeltien ja uunin alipaineen säätötaulukon avulla ohjataan savukaasukanavan imutehokkuutta. Uunin alipaineen säätötaulukolla määriteltiin alipaine karkeaerottimelle. Säätötaulukossa jokaiselle valokaariuunin jänniteparille pystyttiin määrittelemään omat arvonsa jänniteportaan keston suhteen. Tässä diplomityössä testattiin kahta eri sekundäärikanavan säätöpellin asentoa sekä kolmea eri arvoja sisältävää uunin alipaineen säätötaulukkoa valokaariuuni 2:lla. Sekundäärikanavan säätöpellin asento oli määritelty pysyväksi ennen muutoksia 70 % auki muuna aikana paitsi panostuksen ja kalkin injektoinnin ollessa käynnissä. Sen arvo muutettiin aluksi 60 % ja sitten 66 % primäärikanavan imutehokkuuden parantamiseksi sekä riittävän hallin ilman puhdistuksen varmistamiseksi. Ensimmäiseen uunin alipaineen säätötaulukkoon oli lisätty alipainetta lähes jokaiselle jänniteporrasparille. Toiseen taulukkoon lisättiin alipainetta suuremmille jänniteportaille, mutta pienennettiin sitä pienille jänniteportaille. Kolmannessa säätötaulukossa pienien jänniteportaiden arvoja pienennettiin toista säätötaulukkoa enemmän. Näistä taulukoista kerättyä dataa verrattiin alkuperäisen taulukon aikana kerätyn datan kanssa. Saatujen tulosten perusteella savukaasujen lämpötilahälytysten määrää saatiin vähennettyä sekä niihin kulunut aika väheni yli kolmella tunnilla testien käytön aikana verrattuna alkuperäiseen. Kolmannessa taulukossa sulatuksen keston keskiarvo oli lyhentynyt kolme minuuttia alkuperäisestä, tonnia kohti käytetyn sähköenergian määrä putosi 6 Wh/t·°C sekä kromia kuonautui vähemmän. Karkeaerottimen paineella ei kuitenkaan täysin pystytty ohjaamaan valokaariuuni 2:n painetta. Tästä diplomityöstä on hyötyä valokaariuunin savukaasujärjestelmän toiminnasta kiinnostuneille sekä sen imutehojen määrän optimoimista suunnitteleville. Lisäksi tietoa löytyy kromin käyttäytymistä ja valokaariuunin paineen suhdetta tutkiville. / Improved melting efficiency has increased the number of requirements to an exhaust gas system. The aim of the exhaust gas system is to gather all the gas formed in the process and transfer them to a off-gas plant. In the electric arc furnace (EAF) the gases are mainly formed as a result of the oxidation reactions and evaporation of volatile materials on the surface of the scrap. In addition there are lot of dust carried by the off-gases. The amount of the discharged dust and off-gases like CO is restricted by different laws and regulations. On the other hand too strong suction effect cause heat and raw material losses and increase air infiltration into the EAF. The more air infiltrated into the furnace, the more possibilities there is to chrome slagging. It’s an undesirable effect in the stainless steel industry. The high gas temperatures in the exhaust gas ducts can also weaken the gas purification system by burning some of the filter bags. The purpose at the temperature control is to secure the level of oxygen supply by stronger suction and decrease the unnecessary heat transfer into the primary duct by weaker suction. Therefore, it is important to adjust the suction effect according to the formation of gases. The aim of this master’s thesis is to optimize the suction effect according to the stages of melting. The exhaust gas system at EAF 2 in Outokumpu Stailess Oy consists of three parts: a primary and a secondary duct and a combustion gas plant. The primary duct begins from an elbow attached to the roof of the EAF. Between the elbow and the furnace exist a gap where air is infiltrated for a post combustion. Into the secondary duct a mixture of gases and air is sucked by the canopy situated at the roof of the melting hall. These two ducts join before the bag filters, which are located in the combustion gas plant. The suction effect is created by three centrifugal fans situated after the bag filters. There is adjustable plate in both of the ducts. The adjustable plates and a setting matrix of the negative pressure in the furnace control the suction effects in the ducts. The setting matrix of the negative pressure in the furnace defines the negative pressure in a drop-out box next to EAF. In the control matrix the value of the negative pressure and its duration was able to be set to every pair of voltage levels. In this master’s thesis two different positions of the adjustable plate in the secondary duct and three different set of values at the control matrix in EAF 2 were tested. Before the changes, the adjustable plate in the secondary duct was directed to 70 % position at other time excluding charging and lime injection. The position was changed first to 60 % and then to 66 % in order to improve the suction effect at the primary duct and to ensure clean factory atmosphere. In the first version of the setting matrix the values for every pair of voltage levels were lower than in the original one. In the second the values for higher voltage levels were lower but for the lower voltage levels they were higher. In the third the lower voltage levels were the highest and higher level values were same than in the second. The data collected during the use of these three versions were compared to the data collected during the original settings. According to the results the amount of temperature alerts of the combustion gas decreased and the duration of the alerts was shortened by over three hours during the test compared to original version. In addition in the third version the average of the duration of the melting was shortened by three minutes from original, the used electrical energy per ton of charged material was decreased by 6 Wh/t·°C and slagging of the chrome decreased. Nevertheless, the negative pressure at the coarse separator couldn’t properly control the negative pressure in EAF 2 at neither one of the versions. This master’s thesis can prove to be beneficial for persons interested in exhaust gas systems and for researcher planning to optimize its suction effect. In addition information of the relation between chrome behavior and the pressure in EAF can be found.

Biokaasun tuotanto ja hyödyntäminen lisääntyvät jatkuvasti. Teollisuudessa, maataloudessa ja yhdyskuntien toiminnoissa muodostuu biohajoavia jätteitä, joista voidaan tuottaa uusiutuvaa ja ympäristöystävällistä biokaasua. Jotta biokaasua voidaan hyödyntää liikenteen polttoaineena, sähkön- ja lämmöntuotannossa tai polttokennoissa, tulee biokaasu tarvittaessa puhdistaa ja lisäksi jalostaa. Puhdistuksen avulla vähennetään biokaasun epäpuhtauksia ja jalostuksen tarkoituksena on nostaa biokaasun energiatiheyttä. Biokaasun tuotanto on yksi energiatehokkaimpia keinoja tuottaa liikenteen polttoainetta. Tämän työn päätarkoituksena on esitellä ja vertailla erilaisia biokaasun jalostustekniikoita sekä miten biokaasua voidaan hyödyntää liikenteen polttoaineena. Selvitystyö on tehty Oulun yliopiston prosessitekniikan koulutusohjelmaan kandidaatintyöksi. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Työn alussa esitellään yleisesti biokaasun koostumusta ja ominaisuuksia erilaisista lähteistä sekä perehdytään tuotantoprosessiin. Tämän jälkeen selvitetään, millä keinoilla tuotettua biokaasua voidaan hyödyntää arkipäivässä. Työssä vertaillaan ja kuvataan erilaisia jalostusteknologioita, jonka lisäksi esitellään biokaasun eri käyttökohteita. Jalostustekniikoita vertaamalla selvitetään, mikä menetelmistä on paras metaanirikkaimman biokaasun tuottamiseen, ja mitä hyötyä saadun biometaanin käytöllä on liikenteessä sekä sähkön- ja lämmöntuotannossa. Työ antaa yleiskuvan, miten biokaasun käyttö uusiutuvana ja kestävänä energiamuotona voi korvata uusiutumattomia fossiilisia energialähteitä kuten maakaasua ja öljyä. / Biogas production and utilization increase continuously. Biodegradable waste is generated by industry, in agriculture and in community, which provide a source for the production of renewable and environmentally friendly biogas. Before biogas can be used in the production of electricity and heat, fuel cells or as a transport fuel it should be cleaned and further upgraded if necessary. The purification of biogas reduces impurities and upgrading increases the energy density of biogas. Biogas production is one of the most energy efficient ways of producing transport fuel. The aim of this study is to present and compare different biogas upgrading technologies and the way how biogas can be used as fuel. The study is done at the University of Oulu as a Bachelor’s Thesis in process engineering. The work is a literature review. First, biogas composition and its properties from different sources are described generally following a more detail description of the production process. After this it’s explained how biogas can be used in everyday life. A variety of upgrading technologies are compared and presented in addition to the use of biogas. The objective is to find out which upgrading method is the best to produce methane-rich biogas and what benefits can be achieved by using biomethane in transport, and electricity and heat production. The work gives an overview how biogas can be used as a renewable and sustainable form of energy to replace non-renewable fossil energy sources such as natural gas and oil.

Syväeutektiset liuottimet (deep eutectic solvents, DESs) ovat uudenlaisia haihtumattomia, vihreitä ja monipuolisia nesteitä, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta usein edullisesta ja biohajoavasta komponentista. Niiden avulla pyritään löytämään uusia kestävän kehityksen mukaisia ratkaisuja teollisuuden tarpeisiin ja vähentämään haihtuvien orgaanisten liuottimien käyttöä. Selluloosananomateriaalit ovat luonnonmateriaaleja, joissa yhdistyvät selluloosan ja nanokokoisen aineen erinomaiset ominaisuudet. Niitä voidaan käyttää mm. parantamaan komposiittien ja hybridimateriaalien lujuusominaisuuksia, korvaamaan muovin käyttöä ja muodostamaan erilaisia muita rakenteita. DES:sien käyttäminen nanoselluloosan valmistuksessa on osoittautunut mielenkiintoiseksi vaihtoehdoksi perinteisille kemiallisille ja entsymaattisille esikäsittelyille. Selluloosan esikäsittelyä tarvitaan löystyttämään kuitujen lujaa rakennetta ja rikkomaan fibrillien välisiä vetysidoksia, jolloin energiaintensiivisen mekaanisen käsittelyn tarve vähentyy. DES:seihin perustava esikäsittely on yksinkertainen ja edullinen. Esimerkiksi kuitua voidaan käsitellä 100 °C:ssa koliinikloridi-urea moolisuhteessa 1:2) DES:sissä 2 tuntia, jonka jälkeen DES-liuos erotetaan kuidusta suodattamalla ja esikäsitelty kuitu hajotetaan mekaanisesti edelleen selluloosananofibrilleiksi. Valmistetusta nanoselluloosasta voidaan valmistaa esimerkiksi ohuita ja läpinäkyviä filmejä, jotka omaavat erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. DES:sin kierrätys ja uudelleenkäyttö ovat vielä vähän tutkittuja mutta tärkeitä aiheita, joihin tämä työ keskittyy. Tutkimuksessa selvitettiin koliinikloridi-urea DES:sin kierrätettävyyttä selluloosananofibrillien valmistusprosessissa. Työssä tutkittiin erityisesti käytetyn DES:sin koostumuksen ja ominaisuuksien sekä käsitellyn kuidun ja selluloosananofibrillien ominaisuuksien muutoksia. DES:sin ominaisuuksien muutoksista helpoimmin havaittava oli sen värin muuttuminen värittömästä kellertäväksi. Tämä johtui todennäköisesti ¹H NMR spektroskopialla havaitusta karbakoliinin muodostumisesta esikäsittelyn yhteydessä. Havaintoa vahvisti myös massaspektrometrin ja nestekromatografin tulokset. Viiden esikäsittelysyklin jälkeen karbakoliinin laskettiin muodostavan 2,77 % mooliosuuden DES:sistä. Koostumuksen muutoksesta huolimatta DES:sin fysikaalis-kemialliset ominaisuudet eivät kuitenkaan merkittävästi muuttuneet ja sen lämpökäyttäytyminen pysyi samankaltaisena tutkittujen viiden kierrätyskerran jälkeen. DES:sin kierrätyksellä ei havaittu olevan vaikutuksia kuidun fibrilloitavuuteen, sillä kuitunäytteiden ominaisuuksissa ei tapahtunut merkittäviä muutoksia kierrätyssyklien lisääntyessä eikä kuidun mekaanisessa hajottamisessa ollut eroja. Selluloosananofibrilleistä valmistetut filmit olivat ulkoisesti vastaavia, eikä niiden mekaanisissa ominaisuuksissa ollut tilastollisesti eroja. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta koliinikloridi-urea DES:sin olevan kierrätettävissä ilman erillisiä puhdistusvaiheita useita kertoja selluloosan esikäsittelyssä, eikä kierrätyksellä havaittu olevan vaikutusta kuitujen ominaisuuksiin tai selluloosananofibrillifilmien laatuun tutkituilla kierrätysasteilla. DES:siin perustuva selluloosan esikäsittely on siis lupaava vihreän kemian periaatteiden mukainen menetelmä selluloosananofibrillien valmistamiseksi. / Deep eutectic solvents (DESs) are novel, non-volatile, green and multifunctional compounds composing of two or more inexpensive, natural and biodegradable components. They are used in accordance with sustainable development to find new solutions for industrial needs and to reduce the use of the volatile organic solvents. Cellulose nanomaterials are natural materials combining the excellent properties of both cellulose and nano materials. Among other things, they can be used to improve strength properties of composite and hybrid materials, replace plastics use and form various other structures. Utilization of DESs in fabrication of cellulose nanomaterials has been proved to be an interesting alternative for more traditional chemical and enzymatic pretreatments. The cellulose pretreatments of cellulose are used for loosening the fiber structure and for the degrading of interfibrillar hydrogen bonding network. The weakened structure requires in turn less energy during the mechanical fibrillation of the cellulose fiber. Pretreatment method based on DESs is straightforward and economical. For example, the fibers can be treated two hours in 100 °C choline chloride-urea (molar ratio 1:2) DES, after which the fibers are separated from DES by filtration and further mechanically degraded into individual cellulose nanofibrils. Thin and transparent films possessing excellent tensile properties can be produced from those nanofibrils. Recycling of DESs is yet underresearched but important subject. In this work, the recyclability of choline chloride-urea DES is demonstrated in the production of the cellulose nanofibrils. The effect of the recycling was studied by analyzing the changes in composition and properties of DES and studying the properties of the fibers and cellulose nanofibrils. Of the DES property changes the easiest one to observe was the colour shifting from transparent to yellow. This was most probably resulting from formation of carbacholine during the DES pretreatment and it was seen ¹H NMR samples. The finding was further confirmed with the results from mass spectrometry and liquid chromatography. After five pretreatment cycles carbacholine was calculated to form 2,77 % mole fraction of the whole DES. Despite subtle changes in composition, DES’s physico-chemical properties didn’t significantly change and it’s thermal behaviour remained similar. The DES recycling wasn’t seen to have any effect on the fibrillation of the fiber. The properties of fiber samples remained practically the same as recycling cycles increased and there were no differences in mechanical disintegration. The films fabricated from the cellulose nanofibrils were similar in appearance and their tensile properties didn’t statistically vary. As a result of this research it can be stated that choline chloride-urea DES can be recycled several times without any separate purification steps in the pretreatment of the cellulose. Furthermore the recycling doesn’t have effect on the fiber properties or the quality of the films fabricated from cellulose nanofibrils after studied five recycling cycles. Consequeently, the DES mediated pretreatment of cellulose is a promising method in production of cellulose nanofibrils and is in agreement with the principles of the green chemistry.

Diplomityön tarkoituksena on syventyä nuorten työntekijöiden työhyvinvointiin ja siihen vaikuttamiseen. Työ jakautuu kahteen eri osa-alueeseen teoreettiseen ja kokeelliseen. Teoreettisessa osiossa syvennyttiin sairauspoissaolojen kehittymiseen ja keinoihin, joilla voidaan vaikuttaa sairauspoissaolojen määrään. Sairauspoissaolojen määrässä huomattiin selkeä poikkeama maailman taloudellisen tilanteen muutoksissa erityisesti matalasuhdanteiden aikoina. Työnantajille on tarkasti määritelty työntekijöiden oikeudet ja velvoitteet, jotka ovat hyvin lakisääteisiä. Näitä ovat muun muassa työturvallisuus- ja työaikalaki. Työnantajien ja työntekijöiden toimintaa ja velvollisuuksia on myös ohjaamassa työaikalaki, työehtosopimukset ja paikallinen sopiminen. Teoreettisessa osiossa työhyvinvointi ja työssä viihtyminen nousivat erityisen tärkeiksi kriteereiksi. Työntekijät kokevat innostavan ja suvaitsevan työympäristön yhdeksi työssä jaksamisen kriteeriksi. Psyykkinen ja henkinen kuormittavuus on noussut 2000- luvulla todella merkittäväksi työpaikkojen sairauspoissaolojen syyksi. Tähän voidaan vaikuttaa hyvällä ja ennakoivalla työkykyjohtamisella ja näin saada työntekijät jaksamaan paremmin työelämässä ja vähentämään sairauspoissaoloja. Työntekijöiden hyvän työkykyjohtamisen ansiosta voidaan saada nykyisistä työntekijöistä tuottavampia ja työntekijät kokemaan olonsa merkityksellisiksi yrityksessä. Tähän merkityksellisyyden kokemuksen tuntemukseen yritykset pystyvät vaikuttamaan strategisella työkykyjohtamisella, jossa yrityksellä on selvät toimintatavat ja suunta, kuinka heidän yrityksessään esimiehet toimivat. Kokeellisessa osiossa tarkasteltiin Vastuullisen kesäduunikampanjan keräämää aineistoa ja analysoitiin nuorten kokemaa työhyvinvointia. Aineistosta käsiteltiin ensin valittuja yksittäisiä kysymyksiä, joiden perusteella kampanjaan osallistuneet yritykset kohtelevat nuoria kesätyöntekijöitä tasavertaisesti muiden työntekijöiden kanssa. Yritykset hoitavat hyvin nuorten ohjeistuksen ja antavat heille hyvät valmiudet työskennellä heillä. Useampaa muuttujaa tarkastellessa muuttujien välisiä yhteyksiä löydettiin faktorianalyysistä. Faktorien selitysaste jäi kuitenkin vähäiseksi. Regressioanalyysissä tavoitteena oli löytää yhtäläisyyksiä saman tyyppisien muuttujien välille. Korrelaatioita aineistosta löydettiin, mutta korrelaatiot jäivät suhteellisen vähäisiksi. Työn perusteella voidaan todeta, että tutkimukseen osallistuneiden yritysten työhyvinvoinnin johtaminen on hyvinkin edistyksellisellä tasolla. Vastuullinen Kesäduuni-kampanja on kerännyt hyvin merkittävää aineistoa, joka on selittämässä nuorten kokemaa työhyvinvointia. Heidän kokemansa työhyvinvointi on hyvällä tasolla, mikä selvisi yksittäisten kysymysten analysoinnin perusteella. Usean muuttujan tarkastelu toi esille piileviä muuttujia, joiden selvittäminen vaatisi lisää erilaista tutkimusaineistoa. Kampanja on hyvin merkittävä aineiston keräysmenetelmä, jonka avulla selvitetään nuorten kokemaa työhyvinvointia. Yrityksissä oleva työntekijöiden johtamisen kulttuuri on korkealla tasolla ja lisäksi nuoria kesätyöntekijöitä kohdellaan hyvin tasavertaisesti vakituisessa työsuhteessa olevien työntekijöiden kanssa. / The purpose of this thesis is to deepen the workplace wellbeing of young workers and influence them. The work is divided into two different theoretical and experimental areas. The theoretical part deepened the development of sickness absences and the means that could affect the number of sick leave absences. There was a clear deviation from the number of sick leave absences in the changes in the world’s economic situation, especially in the periods of the lamas. Employers are well-defined as workers’ rights and obligations, which are very statutory, such as the Act on Occupational Safety and Work Orders. The work and responsibilities of employers and employees are also being governed by working time law, collective agreements and local agreement. In the theoretical part, well-being at work and job satisfaction became a particularly important criterion. Employees feel an inspirational and tolerant working environment as one of the criteria for coping with work. Psychological and mental loads have risen in the 21st century to a truly significant role as a cause of absenteeism in job vacancies. This good and proactive work ability management can influence and enable employees to get better in working life and reduce sick leave. Employee good work ability management can make existing employees more productive and make employees feel relevant to the company. With this sense of experience of relevance, companies can influence strategic work ability management, where the company has clear ways of doing business and how the superiors work in their business. The experimental section looked at the material collected by responsible Summer Campaign and analyzed the well-being at work experienced by young people. The material was first dealt with selected individual questions that enabled the participating companies to treat young summer workers equally with other employees. Businesses handle the guidelines of young people well and give them good skills to work with them. When looking at more variables, the variables were discovered by factor analysis. However, the explanation of factors was negligible. The aim of regression analysis was to find similarities between the same types of variables. Correlations of the material were found, but the correlations remained relatively low. Based on the work, it can be concluded that the wellbeing of well-being of the participating companies is at an advanced level. The responsible Summer Campaign has collected very important material, which is explaining the well-being at work experienced by young people. The experience of well-being at work is at a good level, which was solved by analyzing individual questions. Multivariate review revealed hidden variables, which would require additional research material to be investigated. The campaign is a very important method of gathering data to help people with well-being at work. The company’s work management culture is at a high level, and young talented workers are treated very equally with permanent employees.

Kandidaatin työssä tutkitaan, voidaanko sivutuotteena syntyvää rikastushiekkaa hyödyntää lisäämällä siihen sidosainetta ja polttamalla siitä tiiliä, joita voitaisiin käyttää esimerkiksi rakennusteollisuudessa. Työn tavoitteena on tutkia missä lämpötiloissa tiilen polttamisen tulee tapahtua, jotta saavutettaisiin riittävä kestävyys ja muut ominaisuudet. Kokeissa näytekappaleita hehkutettiin eri lämpötiloissa, minkä jälkeen näytteiden mikrorakenne tutkittiin mikroskoopin avulla. Työn päätarkoituksena on selvittää, millainen faasirakenne voidaan saavuttaa hehkuttamalla näytteitä eri lämpötiloissa ja jäähdyttämällä ne takaisin huoneenlämpötilaan. Näytekappeleiden tutkiminen tapahtuu valomikroskoopin avulla näytteiden ollessa huoneen lämpötilassa. Tärkeimpänä tuloksena huomattiin, että mitä korkeammassa lämpötilassa näytettä on hehkutettu, sitä paremmin rikastushiekka ja sidosaine olivat sulaneet toisiinsa kiinni, niin kuin odotettiin. Saatuja tietoja voidaan käyttää hyväksi, kun halutaan selvittää mm. näytekappaleiden muita ominaisuuksia, kuten vetolujuutta ja kestävyyttä.

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on kuvata maailman tuotetuimman kemikaalin, rikkihapon, yleisimmän valmistusmenetelmän periaatteet. Tarkasteltavana ovat myös rikkihapon merkitys ja käyttö maailmalla. Työssä kuvataan valmistusprosessin vaiheet yksi kerrallaan: Tärkeimmät vaiheet ovat prosessin raaka-aineen (rikkidioksidikaasun) lähde, kaasun esikäsittely, rikkidioksidin katalyyttinen hapettaminen, rikkihapon muodostus rikkitrioksidista sekä hapon varastointi. Lisäksi käydään läpi rikkihapon laatuluokituksia ja yleisimpiä käyttökohteita. Rikkihappo oli maailman ensimmäinen massatuotettu kemikaali. Rikkihapon tärkeys maailmalla ei ole nykypäivään mennessäkään heikentynyt, sillä sitä tuotetaan yhä enemmän kuin muita kemikaaleja. Rikkihapon tuotanto kasvaa yhä, joten sen valmistus vaatiikin mahdollisimman hyvän valmistusmenetelmän. Kontaktimenetelmällä saadaan valmistettua nykytarpeita vastaavaa, väkevää rikkihappoa tehokkaasti. Menetelmä tunnetaan kontaktiprosessina, koska kuumat kaasut tulevat ”kontaktiin” katalyyttipedin kanssa. Käyttäen katalyyttiä hapetusreaktion konversio on lähes 100 %. Nykyaikaisissa happotehtaissa saadaan tuotettua puhdasta, korkealaatuista rikkihappoa edistyneiden rikkidioksidikaasun esikäsittelymenetelmien ansiosta. Vähäinen epäpuhtauksien määrä lisää hapon syövyttävyyttä, joka on otettava huomioon varastoinnissa. Vaihtelevan jähmettymispisteen vuoksi viileissä ilmastoissa rikkihappo on ennen varastointia laimennettava sopivaan konsentraatioon, jottei happo jähmety. / The goal of this Bachelor’s thesis is to describe the most common manufacturing method for the world’s most produced chemical, sulfuric acid. Likewise, sulfuric acid’s significance and usage in the world are examined. The steps for the production process are described one by one: The most important steps include the origin of feedstock (sulfur dioxide gas), preparation of gas, catalytic oxidation of sulfur dioxide, formation of sulfuric acid from sulfur trioxide and acid storage. Also, sulfuric acid’s quality classifications and the most general uses are reviewed. Sulfuric acid was one of the first mass produced chemicals in the world. The importance of sulfuric acid has not diminished to the present day, as it is manufactured more than any other chemical. The production of sulfuric acid is growing constantly, thus it requires the best possible production method. With the contact method, strong acid that meets the present demand can be produced efficiently. The method is known as “contact method”, since hot gases come “in contact” with a catalyst bed. Due to the usage of catalyst, conversion of the oxidation reaction is nearly 100%. Modern acid plants produce clean, high quality sulfuric acid as a result of advanced preparation methods of sulfur dioxide gas. The small amount of impurities in the acid make it more corrosive, which is considered in acid storage. Due to variable freezing points, sulfuric acid must be watered down to a suitable concentration in cold climates, so the acid won’t freeze.

Flotation is one of the most well-known mineral separation methods. In flotation process hydrophobicity of the solids is manipulated in order to separate the valuable minerals from the gangue. It is highly complex process because many simultaneous sub-processes and interactions occur within the system. It is essential to have a good understanding and representation of the flotation phenomena in order to design control strategies. Modern physical froth stability measures have an intrusive nature and therefore they are not practical to provide a continuous online froth stability measurement. Unlike these measures, machine vision is able to measure the key aspects of the froth owing to its non-intrusive nature. Several physical, statistical and dynamical features of froth surface are possible to measure with the machine vision techniques. The objective of this work was to understand the froth phase behavior better which indicates the flotation performance. Literature review of flotation and measurements used in flotation were performed. Image analysis methods were listed and, regarding to the importance of the froth stability, dynamical features of the froth image analysis were investigated more closely. A primary batch flotation test-work was carried out in University of Oulu. The main batch flotation experiments were executed in University of Cape Town with the wide range of operating conditions. Video captures were analyzed with statistical methods and dependencies between FrothSense™ data and concentration data were discovered. Furthermore, PLS model was formed from FrothSense™ data and process measurements in order to predict water recovery, copper grade and copper recovery. Online measurements obtained from FrothSense™ with wide range of operating conditions can be used for soft sensors. Soft sensors can estimate the stability of the froth with the robust predictions.