Data-driven methods such as artificial neural networks have already been used in the past to solve many different problems such as medical diagnoses or self-driving cars and thus the material shown here can be of use in many different fields of science. a Few studies that are related to data-driven methods in the field of process engineering will be explored in this thesis. The most important finding related to neural network predictive controller was its better performance in the control of a heat exchanger when compared to several other controller types. The benefits of this approach were both energy savings and faster control. Another finding related to Evolutionary Neural Networks (EvoNNs) was the fact that it can be used to filter out the noise that is contained in the measurement data.

Uusien betonoitujen teräsvesijohtoverkostoputkien käyttöönottoa ennen ne pitää huuhdella. Yksi syy miksi huuhtelua tarvitaan, on, koska betonin pinnalta liukenee veteen vapaata kalkkia tai kalsiumhydroksidia, joka nostaa veden pH:ta, alkaliteettia ja kalsiumpitoisuutta. Erityisesti veden pH voi nousta nopeasti niin korkealle, että vesi ei täytä hetkellisesti vedenlaadun kelpoisuusvaatimuksia. Huuhtelun aikana betonin pinnalla olevan kalsiumhydroksidin määrä laskee, joka johtaa liukenemisen vähenemiseen ja veden pH:n laskuun. Käytetyn huuhteluveden laatu vaikuttaa huuhteluun tarvittavaan aikaan ja liukenemiseen. Tässä työssä tutkittiin keinoja vähentää huuhteluveden pH-arvoa ja lyhentää putkien huuhteluaikaa. Kirjallisuustutkimuksessa on esitetty vedenhuollon perusperiaatteet. Aikaisemmin tehty tutkimukset on käyty läpi ja ne ovat myös esitetty työssä. Löydetyt tiedot otettiin huomioon, kun laboratoriokoetta suunniteltiin. Betonityypin ja huuhteluveden laadun vaikutusta veteen liuenneiden alkalisten yhdisteiden määrään ja siitä johtuvan pH:n nousuun tutkittiin laboratorio-olosuhteissa tehdyllä liukenemiskokeella. Betonoitujen putkien liukenemista voidaan vähentää usealla tavalla kuten maalien tai korroosionestoaineiden käytöllä tai osittain sementin korvaaminen aineilla kuten masuunikuonalla. Sementin korvaaminen muilla aineilla on johtanut hyviin tuloksiin ja se on kustannustehokasta. Tämän takia betonityypin (sulfaatinkestävää Portland-sementtiä 60% ja 40% masuunikuonaa) vaikutusta liukenemiseen tutkittiin laboratorio-olosuhteissa. Kokeessa tutkittiin myös huuhteluvedenlaadun vaikutusta betonin aineiden liukenemiseen. Kokeessa käytetyn korkean alkaliteetin vesi oli peräisin Keminmaalta ja matalan alkaliteetin vesi oli peräisin Helsingistä. Kokeessa betonipalat upotettiin veteen 34:ksi päiväksi, jonka aikana vedet vaihdettiin yhdeksän kertaa. Vesistä mitattiin pH ja sähkönjohtavuus paikan päällä ennen vedenvaihtoa. Vesistä otettiin näytteet, joista analysoitiin alkaliteetti, kalsiumpitoisuus, veden kovuus, alumiinipitoisuus, liuennut hiili ja vapaa kloori. Koetulosten perusteella masuunikuonasementit johtavat pienempään alkaliaineiden liukenemiseen ja samalla pienempään pH:n nousuun. Mitä enemmän masuunikuonaa betonissa on, sitä vähemmän pH nousee. Masuunikuonapitoisuus rajoitti myös alkaliteetin ja kalsiumpitoisuuden kasvua. Korkean alkaliteetin omaavan veden pH nousi vähemmän, kuin matalan alkaliteetin. Käytetyn veden laadulla on suurempi vaikutus liukenemiseen kuin sementtityypillä. Siksi, vaikka tietyillä alueilla vedenlaatua ei voida valita, pitää se ottaa huomioon sen liukenemisen vaikutuksen vuoksi. Tulosten perusteella voidaan suositella masuunikuonasementin käyttöä betonoiduissa putkissa Portland-sementin sijasta Pohjoismaisissa vesissä, joissa alkaliteetti on matala. / Before newly installed cement mortar lined steel pipes are put in operation, they have to be flushed. One of the reasons why flushing is required is leaching of free lime also known as calcium hydroxide from the concrete surface to the water. The dissolution of calcium hydroxide results in an increase in the water pH, alkalinity and calcium concentration of the water. The increase in pH in particularity, can be significant and reach levels far above drinking water requirements. During flushing the water is discarded and with time the available calcium hydroxide at the concrete surface will decrease, thus leaching is reduced and the effect on the water pH will decrease. The required flushing time and the leached concentration are depended on quality of the water used during the flushing. In this thesis, the suitability of different methods for reducing leaching from concrete lined pipes was investigated. Basics principles related to water supply networks are presented in the background section. Previous research conducted in the topic was reviewed and it is also presented. Main finding from the literary review was taken under consideration when designing practical experiments. The influence of concrete type and flushing water quality on the leaching of alkaline compounds and consequently on water pH was investigated via leaching experiment under laboratory conditions. In general, a number of solutions can be applied to minimize the leaching from concrete line pipes such as the use of paints and corrosion preventative additives and partial replacement of portions of the cement used in the concrete mixture with materials like blast-furnace slag. Among the suggested solutions, the addition of aggregate materials to the concrete mixture have achieved good results and is a cost-effective alternative. Therefore, the influence of cement type (sulphate resistant, normal Portland cement, 60% and 40% added slag content) on leaching of alkaline compounds was evaluated under laboratory conditions. Furthermore, the effect of flushing water quality was also investigated. High alkalinity water sample from Keminmaa and lower alkalinity water sample from Helsinki areas were used in the experiment. In the experiment, concrete pieces were submerged in water for 34 days during which the waters were changed nine times. Electric conductivity and pH where measured before the test and before each water change. Water samples (raw water and flushing water) were sent to an outsourced laboratory for analysis of alkalinity, calcium, aluminium, hardness, dissolved organic carbon and free chlorine. Results of the experiment shows that, the use of blast-furnace slag cement lead to lower leaching and consequently lower water pH. Increased amount of slag in the cement increased the effect. It follows that, blast-furnace slag limited the rise of alkalinity and calcium concentrations in the water. The increased pH observed in the high alkalinity water sample pH was lower than the one observed in the low alkalinity water sample. Overall, the influence of flushing water quality on leaching was higher than the influence of cement type. Therefore, although in a particular location the water quality cannot be selected, it must be taken under consideration due to the effect it has on leaching. Overall, the use of slag-furnace cement instead of Portland cement in cement mortal lined pipes can be recommended in Northern Europe based on the results of the experiment because the low alkalinity of the water.

Vaelluskalojen alasvaellus on kriittinen osa kalan elinkiertoa ja sen turvaaminen on tärkeää vaelluskalapopulaation elinvoimaisuuden kannalta. Rakennettujen vesistöjen padot muuttavat jokien virtausolosuhteita, hidastavat alasvaellusta ja heikentävät kalojen selviytymistä vaelluksesta. Vaelluskalojen ohjausrakenteilla voidaan edesauttaa kalojen selviytymistä alasvaelluksesta ohjaamalla ne voimalaitosten turbiinien ohitse kalaportaan tai muun ohitusväylän kautta. Työn tavoitteena oli vaelluskalojen alasvaellusrakenteiden toteutusvaihtoehtojen arviointi rakenteiden teknisten ominaisuuksien sekä kustannustarkasteluiden perusteella. Ohjausrakennevaihtoehtoja tarkasteltiin tapaustutkimuksen muodossa Kemijoella sijaitsevalle Valajaskosken voimalaitokselle. Työn aiheeseen syvennyttiin tutustumalla ensin vaelluskalojen elinkiertoon ja kierron kannalta tärkeään alasvaellukseen. Alasvaellusta käsittelevässä osuudessa tarkasteltiin tekijöitä, joilla on vaikutusta vaelluksen ajoittumiseen tai sijoittumiseen uomassa, sillä kyseiset tekijät vaikuttavat myös ohjausrakenteiden valintaan. Ohjausrakenteita tarkasteltiin ensin yleisesti, minkä jälkeen tarkastelua syvennettiin työn kirjallisuuskatsauksessa. Kirjallisuuskatsauksen jälkeen siirryttiin tarkastelemaan työn tapaustutkimuskohdetta. Toimivia vaihtoehtoja kartoitettiin tapaustutkimuskohteessa ensisijaisesti perehtymällä aihepiiristä tuotettuun kirjallisuuteen. Tutkittavia vaihtoehtoja rajattiin teoreettisen osuuden sekä kohdetarkastelun perusteilla muodostettujen valintakriteereiden avulla. Työssä tarkastellut ohjausratkaisut olivat kelluva ohjausaita, säleikkösuuntaaja, viisto välppärakenne, paaluseinä sekä pylväsratkaisu. Näistä paaluseinä ja pylväsratkaisu ideoitiin työn aikana. Vaihtoehtojen toteutustarkastelussa arvioitiin muun muassa rakenteiden toimintaa, vaihtoehtoisia toteutuksia, asemointia voimalaitoksella sekä kustannuksia. Kustannusarviot pohjautuivat saatavilla olevaan kirjallisuuteen, rakenteiden yksikköhintoihin sekä asiantuntija-arvioihin. Ohjausrakenteita pyrittiin tarkastelemaan itsenäisinä kokonaisuuksina vertailevan tarkastelun sijaan. Kirjallisuuden lisäksi työssä hyödynnettiin mallinnus- ja laskentaohjelmistoja. Työssä saatiin koottua perusteita alasvaelluksen ohjausrakenteiden alustavaa valintaa varten. Rakenteiden tarkastelussa tulee kiinnittää huomiota etenkin ohjattavien kalojen käyttäytymismuotoihin, tutkittavan kohteen virtausolosuhteisiin sekä kohdekohtaisiin erityispiirteisiin. Lisäksi on suositeltavaa, että virtausmallinnusta ja kalojen seurantatutkimusta hyödynnetään eri ohjausrakenteiden tarkasteluissa. / Downstream migration is a crucial part of the life cycle for migratory fishes and therefore, securing the migration is essential for the vitality of the migratory fish populations. Dams in regulated rivers affect local flow conditions, slow down the downstream migration speed and reduce the chances of survival for migratory fish. Guidance structures for migratory fish can be used to increase fish survival in downstream migration by directing fish past the dam turbines via fishway or another bypass. The objective of this thesis was to evaluate different guidance structures and implementations for migratory fish by studying the technical features and cost estimations of different structures. As a case study for this thesis different guidance structures were evaluated for Valajaskoski hydropower dam which is located in Kemijoki river. The subject of the thesis was first examined by studying the life cycle of migratory fish and addressing downstream migration which is an important standpoint of the life cycle. Focus in the latter was on factors that affected the starting date and location of downstream migration in the river channel since those factors are essential in selecting guidance structures. Guidance structures were first studied at a general level and then examined in depth in a literature review. After the literature review focus was placed on the case study of this thesis. Potential implementations for the case study site were primarily investigated by studying produced literature about different guidance structures. Studied options were selected by using formulated criteria based on the theoretical part of the thesis and investigation of the case study. Guiding solutions investigated in this thesis were floating guide wall, louver, inclined rack, pile wall and column solution. Pile wall and column solution were designed in pursuance of this thesis. The assessment of different implementations included operation of structures, alternative solutions, location of structures with respect to the hydropower dam and cost estimations. Cost estimations were based on available literature, unit cost of structures and expert evaluations. Different options were assessed independently rather than comparatively. Modeling and calculation software were used in the investigations in addition to literature. As a result of the thesis a basis for the preliminary selection of guiding structures was combined. In the investigation of different guiding structures it is important to focus on the behavioral habits of the guided fish, flow patterns in the study site, and the special characteristics of the site. In addition, it is recommended that flow modelling (for the river) and monitoring study of the fish are used in the investigation of different guiding structures.

Ilmastonmuutos ja nopeasti kehittyvät digitaaliset teknologiat muovaavat elinympäristöämme ja ajavat eteenpäin energia-alan murrosta. Rakennuskannan energiankulutuksella on merkittävä vaikutus, kun pyrimme kohti hiilineutraalia yhteiskuntaa, sillä se muodostaa merkittävän osan Suomen energian loppukäytöstä ja kasvihuonepäästöistä. Rakennuskannan energiankulutuksen optimoinnissa on näin ollen suuri potentiaali. Digitaalisten teknologioiden tuomat innovaatiot tulevat olemaan ratkaisevassa asemassa, kun sopeudumme muutoksiin ja kehitämme resurssirikkaampaa tulevaisuutta. Ennusteet tulevaisuuden muutoksista innostivat tutkimaan, miten kiinteistöt voisivat valmistautua tulevaisuuteen digitaalisten teknologioiden avulla. Tämän diplomityön lopullisena tavoitteena oli selvittää, tuottavatko erilaiset lämmitysprosessin säätötavat lisäarvoa asiakkaalle ja tukevatko ne yhteiskunnallista energiamarkkinan murrosta. Teoriaosiossa haluttiin tutustua monipuolisesti säätötapojen taustalla vaikuttaviin kokonaisuuksiin. Kirjallisuuden perusteella tutustuttiin kiinteistöjen lämmitysprosesseihin ja niiden optimointiin, digitaalisten teknologioiden mahdollistamiin älykkään ohjauksen keinoihin, sekä energiamarkkinaan ja erityisesti kaukolämpöliiketoimintaan. Monipuolisen teoriaosion selvityksen uskottiin auttavan säätötapojen vaikutusten kokonaisvaltaisessa vertailussa ja muodostuvan lisäarvon arvioinnissa. Käytännönosio koostui kolmen erilaisen säätötavan mittaustulosten monipuolisesta vertailusta valituilla parametreilla. Näitä parametreja olivat kaukolämmön mitattu ja normeerattu kulutus, vastaavan energiamaksun suuruus, kiinteistön ominaiskulutus, tunnittainen huipputehontarve, laskennallinen tehontarve mitoitusulkolämpötilassa ja sen suhde kaukolämmön sopimustehoon, vastaavan tehomaksun suuruus, tehontarpeen tasaisuus sekä kiinteistön olosuhteiden taso samalla vertailujaksolla. Vertailluista säätötavoista ensimmäinen perustui kiinteistön alkuperäiseen käyttötapaan, toinen perinteisiin energiatehokkuustoimenpiteisiin ja kolmannessa lisäoptimoitiin digitaalisten teknologioiden avulla kehitetyllä älykkäällä ohjauksella. Tehtyjen vertailujen perusteella pyrittiin vastaamaan kysymyksiin lisäarvosta asiakkaan, yhteiskunnan ja energiayhtiön näkökulmasta. Lisäarvoon liittyviä kysymyksiä olivat muun muassa käyttökustannusten ja energiankäytön pienentyminen, kiinteistön sisäilman laadun säilyminen, kiinteistön arvon kasvaminen, maalämpöön investoinnin potentiaalin parantuminen ja energiajärjestelmän kuormituksen tasaantuminen. Työn tulokset tukivat alkuperäistä hypoteesia eli sitä, että älykkään ohjauksen avulla tuotetaan eniten lisäarvoa. Älykkään ohjauksen arvioitiin pienentävän kohdekiinteistön huipputehon tarvetta, sekä vähentävän energiankulutusta etenkin tilanteissa, joissa säätilassa tapahtuu muutoksia. Älykkäällä säätötavalla saavutettiin vertailujen perusteella eniten lisäarvoa. Kaikkia näitä lisäarvoja ei kuitenkaan saavuteta, ellei perinteisiä energiatehokkuustoimenpiteitä tehdä ensin. Saatavaa lisäarvoa tunnistettiin asiakkaan, yhteiskunnan ja energiayhtiön näkökulmasta. Seurantaa on kuitenkin jatkettava pidemmällä vertailujaksolla, jotta tuloksia voitaisiin pitää paremmin yleistettävänä. Tutkimuksen lopputuloksena todettiin, että yhteiskunnallista muutosta tuetaan parhaiten, kun toiminnassa pystytään yhdistämään useita näkökulmia. Kaikista näkökulmista optimaalisin säätötapa on sellainen, jossa yhdistetään perinteisiä ja nykyaikaisia ohjaustapoja. Optimaalisimman tuloksen saavuttamiseksi tarvitaan kiinteistön prosessien vahvaa tuntemusta, digitaalisia teknologioita, ICT-alan ennakkoluulottomuutta ja energiamarkkinan ymmärrystä. On vastuullista valmistautua muutokseen ottamalla käyttöön digitaalisia teknologioita, sillä niiden avulla kiinteistöä voidaan optimoida myös tulevaisuuden energiajärjestelmän vaatimusten mukaisesti. Näin voidaan varmistaa asiakkaan paras mahdollinen asema energiantuotannon arvoketjussa ja taata edullisin energia myös tulevaisuudessa. / Climate change and rapidly developing digital technologies shape our environment and drive the change of energy industry. The energy consumption of buildings has a remarkable effect when moving towards a carbon neutral society. Buildings form a significant part of Finland’s energy usage and greenhouse gas emissions. Thus, there is great potential in the optimisation of building energy consumption. The innovations of digital technologies will have an integral part, when adjusting to the changes and in developing a better future. The forecasts of the future changes inspired to research, how buildings could be better prepared with digital technologies. The objective of this Master’s Thesis was to find out whether different control methods of heating systems produce added value to customers and support the energy industry transition. The Thesis consisted of a theory section, in which the goal was to get familiar with the complex systems behind different control scenarios. Based on literature building heating systems were researched as well as ways to optimize them. In addition, the intelligent control methods made possible by digital technologies as well as the energy market and the district heating business were studied. This was seen as an important part in being able to compare the effects of the different control scenarios and the added value. The empirical section composed of the diversified comparison of the three control scenarios. The control scenarios were compared based on chosen parameters that included the measured and normalized consumption of district heating, the corresponding energy cost, specific consumption based on building cubic volume, hourly peak power, calculated peak power in design outdoor temperature and the difference to contract peak power, the corresponding peak power cost, the steadiness of the peak power and the quality of the indoor air conditions. The first control scenario was based on the original control methods of the building, the second on traditional energy efficiency methods and the third on intelligent control method developed with digital technologies. Questions indicating whether added value was created, were answered based on the comparisons. The viewpoints were customer, society and energy companies. The questions included topics like the reduction of energy costs, the development of the indoor air quality, the increase in the value of the building, the increase in the potential of investing in geothermal heating solutions and the reduction of the capacity burden of the energy system. The results of this research supported the original hypothesis. The intelligent control method was believed to have most added value creating features. It was believed to reduce the buildings peak power demand and energy consumption, especially when there are remarkable changes in the weather conditions. Based on a single control scenario, the intelligent control method created most added value. Still, it should be noted that all of the added value would not be created without the traditional energy efficiency methods implemented first. For the results to be more generalizable, the comparison data needs to be gathered from a longer period. As a result of the research it was noted, that the societal change is best supported when multiple viewpoints are combined. The best control scenario is one that combines traditional and modern control methods. The most optimal result is reached when the strong knowledge of buildings processes, digital technologies, unconventional ICT-fields methods and the understanding of the energy market is combined. It is responsible to prepare for the change by implementing digital technologies. With them the building can be optimized based on the requirements of the future energy market. This way it can be made sure, that the customer has the best possible position in the energy market in the future as well.

Synthetic fibres are a raw-materials, that have rapidly become more commonly used in the textile industry. They are used in many everyday products as such or as blends with other fibres like cotton. Synthetic fibres are utilized to achieve the wanted special abilities in textiles. Synthetic textile fibres are composed of polymers and mainly do not decompose in nature as such. Accumulation of these fibres is a growing environmental problem across the globe. If digested, synthetic fibres can be dangerous to organisms. To solve this problem, research has been done to find biological ways of degrading synthetic fibres. Different kinds of micro-organisms have been examined to find organisms that can utilize synthetic fibres in their metabolism. In this bachelor’s thesis the aim was to gather as much information as possible on researches done on synthetic fibre biodegradation to date. Different kinds of fibres and their components were identified and the production processes were examined. Biodegradation of each fibre and their components by microbes and enzymes was investigated. The majority of results were found on polyurethane fibres while less results related to aromatic polyamide fibres. As a result of this data collection it could be stated, that the topic needs more scientific research to find effective ways to biodegrade synthetic fibres. The goal of this literary research is to give an extensive overview on the pollution problem caused by synthetic textile fibres and the biological methods of degrading them as well as to emphasize that the gathered information should be utilized to solve the problem. / Synteettiset kuidut ovat nopeasti yleistynyt materiaali tekstiiliteollisuudessa. Niitä käytetään monissa arkipäiväisissäkin tuotteissa sellaisenaan tai sekoitettuna muiden kuitujen kuten puuvillan kanssa. Niillä pyritään saavuttamaan tekstiilille halutut erityisominaisuudet. Synteettiset tekstiilikuidut koostuvat polymeereistä ja eivät pääsääntöisesti hajoa luonnossa sellaisenaan. Niiden kerääntyminen luontoon ja meriin on kasvava ympäristöongelma ympäri maailmaa. Synteettiset polymeerit voivat olla vaarallisia eliöille joutuessaan niiden ruuansulatukseen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on pyritty löytämään biologisia menetelmiä hajottaa synteettisiä kuituja. Erilaisia mikro-organismeja on tutkittu, jotta löydettäisiin organismeja, jotka pystyisivät hyödyntämään synteettisiä kuituja metaboliassaan. Tässä kandidaatin työssä pyrittiin keräämään mahdollisimman kattavasti tietoa tähän päivään mennessä tehdyistä tutkimuksista synteettisten kuitujen biohajoamisesta. Erilaiset kuitulajit ja niiden komponentit määriteltiin ja selvitettiin, millaisella prosessilla niitä valmistetaan. Jokaisen kuidun ja niiden komponenttien biohajoamista selvitettiin mikrobien ja entsyymien avulla. Eniten tutkimustuloksia löytyi polyuretaanikuiduista ja vähiten aromaattisista polyamidikuiduista. Tiedonhankinnan tuloksena voisi todeta, että aihe vaatii yhä tieteellistä lisätutkimusta, jotta löydetään tehokas biologinen keino hajottaa synteettisiä kuituja. Tämä kirjallisuustutkielman tavoite on antaa laaja yleiskuva synteettisten tekstiilikuitujen aiheuttamasta saasteongelmasta ja niiden biologisesta hajottamisesta sekä pyrkiä korostamaan, että kerättyjä taustatietoja tulisi hyödyntää ongelman ratkaisemisessa.

The main subject of this thesis is the brush-type heat exchanger. The aim is to explain its uses and purposes and generally how it functions. The explanation is done by referencing its function to more general type of heat exchangers that are in commercial use and going over its potential compared to them. The actual heat exchanger is a model by a company called Hydrocell and this thesis analyses the function of it in practice. The focus of this study is on heating of the ventilation air in detached households in cold climates and the study is limited to the function of the heat exchanger excluding the other parts of the ventilation process. This is done by analysing gathered data and determining the efficiency of the heat exchanger, the required heating power and the actual heating power of the heat exchanger and the actual temperature values achieved. The data used for this study includes temperature values of the inflow air and the earth circuits water-ethanol mixture temperature values before and after the heat exchanger and the flow rates of the air and the water-ethanol mixture in the heat exchanger. The results from the case study gives us information of the heat exchanger function in practice in cold weather. According to the analysis, the heat exchanger is very much capable of adjusting to the constantly changing outside temperatures and the reached efficiency is high given the temperatures at play. A high coefficient of performance is reached, even over 1, as the cold air is heated by natural heat flow from surrounding environment and other parts of the ventilation process. The results imply that a brush-type heat exchanger is more than capable of sustaining high levels of efficiency throughout the long winters in the northern hemisphere and that it is a cost-effective choice for heating of the ventilation air. / Työn aihe on harjalämmönsiirrin. Työn tavoitteena on selittää sen toimintaa ja käyttökohteita. Työ on tehty vertaamalla harjalämmönsiirtimen toimintaa kaupallisesti käytettyjen lämmönsiirtimien teoriaan ja yleiseen toimintaan ja näin erittelemällä sen potentiaalia käytännössä. Harjalämmönsiirrin on Hydrocell nimisen yrityksen lämmönsiirrin malli. Työssä keskitytään ilmanvaihto ilman lämmitykseen omakotitaloissa kylmässä ilmastossa. Työssä jätetään kaikki muut osat ilmanvaihtoa huomioimatta paitsi itse lämmönsiirrin ja sen vaikutus prosessiin. Työssä käytetty data on kerätty tammikuun 2018 aikana ja datan avulla selvitetään lämmönsiirtimen tehokkuutta, hyötysuhdetta sekä käytännössä saavutettuja lämmitysarvoja. Käytetty data sisältää arvoja lämmönsiirtimen sisäänvirtausilman sekä ulosvirtausilman virtausnopeuksista sekä lämpötiloista. Samat arvot on myös maapiirin etanoli-vesi liuoksesta lämmönsiirtimessä.

Vesihuoltolaitosten pohjavedenottohankkeet ovat osoittautuneet useissa tapauksissa haastaviksi sidosryhmien ristiriitaisten intressien ja arvojen vuoksi. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää, millaiset riskit ja ongelmat vesilaitokset kokevat haastavina ja kuinka ne suhteutuvat toisiinsa. Samalla pyrittiin kartoittamaan, millaisia ratkaisuja ongelmiin on löydetty ja mistä ongelmat johtuvat. Tutkimus toteutettiin kysely- ja haastattelututkimuksena. Kyselyyn saatiin 77 edustavaa vastausta, ja haastatteluita tehtiin yhteensä 13 kappaletta, joista 11 vesilaitoksilla ja kaksi ELY-keskuksilla. Kyselyn tulokset analysoitiin ja vesilaitosten edustajien haastatteluissa keskityttiin syvällisemmin havaittuihin ongelmakohtiin. Rauta, mangaani ja veden happamuus olivat yleisimpiä laatuongelmia vesilaitosten käyttämässä pohjavedessä. Haastatteluissa raudan aiheuttamaa kaivojen tukkiutumista pidettiin haastavana ongelmana. Haastateltavilla ei ollut tiedossa nykyistä tehokkaampia puhdistusmenetelmiä ja he kokivat Suomessa vallitsevan jonkinasteinen tietopula kyseisestä aiheesta. Ratkaisuina saattavat olla uudenlaiset kaivorakenteet tai pumppauksen ajotapa. Aihe vaatii tarkempia tutkimuksia, jotta ongelman merkittävyys sekä mahdolliset ratkaisut voidaan selvittää. Suurin osa kyselyyn vastanneista vesilaitoksista oli sitä mieltä, että ympäristöarvojen ja vedenoton ristiriidat eivät ole estäneet pohjavedenottoa. Haastatteluissa selvisi, että ympäristöarvot eivät välttämättä ole estäneet pohjavedenottoa mutta ovat pienentäneet vedenottomääriä ja vaikuttaneet luvanhankintaprosessin sujuvuuteen. Ympäristöarvojen ja vedenoton ristiriitoja ilmenee lähinnä uusien pohjavesialueiden käyttöönotossa ja uusien vedenottamoiden rakentamisen yhteydessä. Yhteistyössä vesilaitoksen ja ELY-keskuksen vesihuollon sekä ympäristönsuojelun edustajien kanssa koettiin puutteita. Parempi yhteistyö näiden toimijoiden kesken voisi selkeyttää, mitä selvityksiä vesihuoltolaitokselta vaaditaan ja samalla parantaa vedenoton neuvotteluja. Vesihuoltolaitosten tulee varautua perustamaan useampia vedenottamoita samalle pohjavesialueelle, sillä yksittäisille vedenottamoille ei saada yhtä suuria vedenottolupia kuin aiemmin. Maankäytön ja vedenoton intressien ristiriidat ovat vaivanneet vesilaitoksia pitkään, mutta haastattelujen perusteella suunta näyttää muuttuneen. Ongelmat yhdistettiin kuntien viranomaisiin ja kaavoittajiin, jotka ohjaavat ja luvittavat maankäyttöä alueellaan. Haastatteluissa oltiin sitä mieltä, että pohjavedenottoa ei arvosteta tarpeeksi päätöksenteossa. Maankäyttöön liittyviä ongelmia ilmeni erityisesti kaupunkien läheisyydessä, joissa on usein erilaisia maankäytön muotoja pohjavesialueilla. Pohjavesialueiden suojelusuunnitelmia pidettiin hyvänä ratkaisuna. Ratkaisuna voi olla myös yhteistarkkailuohjelma, jossa kunta, vesilaitos ja paikalliset yritykset rahoittavat pohjavesialueen tutkimukset ja kartoitukset. Pohjavedenoton hyväksyttävyys nähtiin pienimpänä haasteena vastanneiden vesilaitosten näkökulmasta, vaikka se on yksi niistä asioista joihin vesilaitos voi omalla aktiivisuudellaan ja tiedottamisella eniten vaikuttaa. Haastateltavat vesilaitokset korostivat hyväksyttävyyden hakemisessa neuvottelutaitojen merkitystä, kohtuullisten korvausten sopimista mahdollisista haitoista ja osallistamista. Pienillä vesilaitoksilla (< 500 m³/vrk) lainsäädännön monimutkaistumista pidettiin suurimpana haasteena ja ne tarvitsisivat siksi enemmän tukea kohdatakseen näitä ongelmia. Monilla pienillä vesilaitoksilla on ollut puutteita laadun ja määrän varmistamisessa, mihin kuntaliitokset ovat auttaneet. Diplomityön tulokset tukevat ajatusta kokonaisuudessaan tiiviimmän yhteistyön lisäämisestä vesilaitosten kesken sekä toivat esiin hyviä käytäntöjä riskien ja ongelmien hallitsemiseen. Työ tuo myös esiin vesilaitosten edustajien näkemyksen nykyisistä pohjavedenoton haasteista ja se toimii tilannekatsauksena nykyisestä vesilaitosten pohjavedenoton toimintaympäristöstä.

Tässä kandidaatintyössä tarkasteltiin betonissa käytettävien lisäaineiden soveltuvuutta alkaliaktivoiduille sideaineille. Nykyisin käytettävät tehonotkisteet (superplastizers) soveltuvat huonosti kehitettyjen alkaliaktivoitujen tai-, geopolymeeripohjaisten betonien lisäaineiksi, minkä vuoksi niiden soveltuvuutta ja vaikutuksia betonimassaan pyritään kartoittamaan. Työ suoritettiin tekemällä sarja erilaisia kokeita, joissa vertailtiin kahdeksan kaupallisten notkistinlisäaineiden vaikutusta betonimassan ominaisuuksiin. Vertailtavia ominaisuuksia olivat vaikutukset massan leviämään, massan myötörajaan, viskositeettiin ja kovettumisaikaan. Ominaisuuksien vaikutuksia tutkittiin testaamalla eri tavoin kutakin notkistinta ja vertailemalla saatuja tuloksia sekä erilaisten käytettyjen notkistinlisäaineiden välillä, myös lisäaineettomaan vertailumassaan. Kaiken kaikkiaan kutakin koesarjaa varten valmistettiin yhdeksän erilaista massaa, joista mitattiin erikseen tarkasteltavat, työssä esitetyt tulokset. Tarkkuuden lisäämiseksi kokeissa suoritettiin toistoja, joiden pohjalta laskettuja keskiarvoja käytettiin varsinaisessa lopputuloksien tarkastelussa. Mittauksista saadut tulokset on esitelty työssä pylväsdiagrammikuvaajina, tarkemmat yksittäiset mittaustulokset ovat mukana liitteinä. Tehty työ voidaan jakaa kolmeen eri päävaiheeseen: 1. Kirjallisuuden tarkasteluun ja aiheeseen perehtymiseen, joissa kartoitettiin käytettävät mittausmenetelmät ja mahdolliset ongelmat. 2. Kokeelliseen vaiheeseen, jossa suoritettiin suunnitellut mittaukset. 3. Saatujen tulosten tarkastelu ja johtopäätökset. Työn kokeellinen osuus suoritettiin kolmella eri mittaustekniikalla: leviämämittauksella, reometrimittauksella ja kovettumisaikamittauksella. Leviämämittauksessa saadut tulokset kuvaavat pastan leviämän muutosta standardisoidulla leviämäpöydällä, reometrimittauksessa tarkasteltiin pastojen leikkauksen myötörajoja ja viskositeetteja. Kovettumisaikamittauksessa tarkasteltiin notkisteiden vaikutusta pastan kuivumiseen. Saadut tulokset on esitelty työn Tulosten tarkastelu -osiossa. Tulosten tarkastelu -osiota seuraavassa Johtopäätökset -kappaleessa tehdään yhteenvetoa ja kootaan edellisen kappaleen perusteella olennaisia huomioita. Kyseisessä osiossa esitellään työn lopulliset päätelmät ja niistä tehtävät johtopäätökset. / In this Bachelor’s Thesis, the objective was to study the suitability of traditional concrete admixtures for alkalineactivated binders. Nowadays used concrete water-reducing agents, also known as superplastizers, suit poorly to alkaline-activated binders. Because of that, the suitability and the effects of those superplastizers was surveyed by various methods. The research was conducted by running a series of tests, where the effects of superlastizers to alkaline-activated geopolymer-paste were measured. The effects of superplastizers on paste’s spreading, yield strength, viscosity and setting time were studied. The effects of the paste properties were studied by testing superplastizers and comparing the results reference mixture without admixtures. All in all, nine different pastes were prepared for each test series, from which the results of the study were examined separately. To increase accuracy, the experiments were performed multiple times and mean values were used for the actual end-result analysis. The results of the measurements are presented in the work as bar graphs, more specific individual measurements are included as attachments. The work done can be divided into three main stages: 1. review of literature and analytical 2. the experimental stage and 3. examination of the results obtained and conclusions. The experimental part of the work was carried out with three different measurement techniques: spreading measurement, rheometric measurement and setting time measurement. The results of the spreading measurement show the change in the spread of the paste on the standardized spreading table, while the yield stresses and viscosities were measured in the rheometric assay. In setting time measurement, the effect of admixtures on the drying of the pasta was studied.

Nanoselluloosan valmistuksessa käytettävät kemikaalit kuten liuottimet ovat usein kalliita ja hankalia valmistaa. Sen lisäksi ne ovat monesti myrkyllisiä eivätkä ole ympäristöystävällisiä. Tavoitteena oli tutkia, voisiko ympäristöystävällisemmillä syväeutektisilla liuoksilla, eli DES-liuoksilla, korvata nykyiset käytössä olevat kemikaalit. Tässä työssä pyrittiin selvittämään, helpottaako DES-käsittely selluloosamassojen nanofibrillointia ja vaikuttaako se energiankulutukseen. Raaka-aineina työssä käytettiin kierrätyspahvia, valkaistua koivusellua ja maitopurkkia. Massat jauhettiin mekaanisesti Masuko-jauhimella ja massoista otettiin nollanäyte (M0), kaksi välinäytettä (M1, M2) ja fibrilloinnin jälkeinen näyte (M3). M1-näytettä jauhettiin 30 min ajan, M2-näytettä 60 min ajan ja M3-näytettä siihen asti, kun aine oli täysin jauhaantunut. Näytteiden viskositeettia tutkittiin rotaatiometrisen viskositeettimittauksen sekä reometrin avulla. Näytteitä kuvattiin kolmenlaisella mikroskoopilla. Mikroskooppityypit olivat stereovalomikroskooppi, ja elektronimikroskoopit FeSEM ja TEM. Näytteiden fibrilloitumisen edistymistä jauhatuksissa tutkittiin viskositeetin kehittymisenä ja visuaalisina muutoksina erilaisten kuvantamisten avulla. Lisäksi tutkittiin jauhatuksessa syntyvän energiankulutuksen ero käsittelemättömien ja DES-käsiteltyjen näytteiden välillä. Viskositeetti- ja mikroskopiakokeiden tulosten perusteella voidaan todeta DES-liuosten auttavan kaikkien tarkasteltavien raaka-aineiden nanofibrillointia. Suurimmat hyödyt saatiin MCB- ja Board-näytteissä ja BCP-näytteiden kohdalla DES-käsittely vaikutti vähiten. Tutkimuksissa havaittiin, että DES-liuoskäsittely pienensi tarvittavan energian määrää jauhatuksessa. DES-käsittely löyhentää näytteiden kuiturakennetta, mikä mahdollistaa energiasäästön. Mittaustuloksia voidaan hyödyntää DES-liuoksiin keskittyvissä tutkimuksissa, joissa keskitytään uusien käyttökohteiden löytämiseen ja ominaisuuksien tarkasteluun ja vertailuun sekä nykyisten potentiaalisten kohteiden tarkempaan arviointiin. Tuloksista voidaan myös tehdä jotain yleistyksiä. Mikäli raaka-ainetta oli käsitelty valmiiksi tai se oli uusiokäytettyä, se fibrilloitui paremmin kuin käsittelemätön materiaali.

Työn tavoitteena oli tutkia vedyn valmistusta ksylitolista käyttäen vesifaasireformointia ja selvittää onko menetelmä teknisesti toteutettavissa prosessisimuloinnin näkökulmasta. Tämä menetelmä voisi mahdollisesti korvata fossiilisten polttoaineiden käytön vedyn valmistuksessa, koska vesifaasireformoinnin raaka-aineena voidaan käyttää uusiutuvia raaka-aineita kuten puuta ja sen sisältämää hemiselluloosaa. Vesifaasireformointi voisi olla potentiaalisesti ympäristöystävällisempi vaihtoehto kuin tämän hetkiset kaupalliset menetelmät. Vedyn vesifaasireformointi ksylitolista on kuitenkin vielä melko uusi menetelmä ja sitä ei ole vielä kaupallistettu. Suurimmassa osassa työtä käytettiin apuna eri artikkeleita, jotka käsittelivät vetyä, ja sen valmistusta. Kirjallisuuskatsauksen perusteella havaittiin, että ksylitolia voidaan tuottaa joko kemiallisesti hydrogenoimalla tai fermentoimalla ksyloosia. Ksylitoli voidaan muuntaa vedyksi ja muiksi hiilivedyiksi käyttämällä erilaisia katalyyttejä vesifaasireformoinnissa. Työn soveltavassa osassa tehtiin Aspen Plus -simulointiohjelmalla vesifaasireformoinnin simulointitarkasteluja, jonka avulla saatiin luotettavaa tietoa siitä, kuinka prosessi tulisi käyttäytymään. Simulointi tehtiin käyttäen apuna kirjallisuudesta saatuja tietoja. Tuloksista voidaan päätellä, että vetyä voidaan valmistaa ksylitolista vesifaasireformoinnilla, mutta samalla syntyy myös muita sivutuotteita. Tulokset eroavat jossain määrin kirjallisuudessa esitellyistä arvoista. Tämä havainto selittyy osittain sillä, ettei ole vielä tarkkaa tietoa siitä, mitä nämä kyseiset sivu- ja välituotteet ovat. Tämän vuoksi simulointi oli vaikea toteuttaa. Tulokset ovat toistettavissa, mutta niihin tulee kuitenkin suhtautua varovaisesti käytettyihin parametreihin liittyvistä epävarmuuksista johtuen. Saatuja tuloksia voidaan käyttää pohjatietona esimerkiksi mahdollisesti toteutettavissa laboratoriokokeissa, joissa vetyä pyritään valmistamaan vesifaasireformoinnilla. Toisaalta simulointimallia voidaan käyttää vesifaasireformointiin perustuvan vedyn valmistusprosessin alustavassa prosessisuunnittelussa.