The goal of this study was to separate metals from the regeneration sludge generated in a cold rolling of stainless steel by chemical precipitation. The tests were carried out with the feed from the Outokumpu Ltd. stainless steel factory in Tornio. The regeneration sludge contains significant amounts of iron, chromium, nickel and sulfuric acid. At the moment, there is no proper process to separate these metals. Without the utilization and separation of the metals, they end up in the landfills of steel factories. This increases the environmental load and the loss of primary materials, which could be recycled back to process. The experiments were performed in a laboratory in two precipitation stages. In the first precipitation stage the goal was to precipitate iron and chromium. In the second precipitation stage the goal was to precipitate nickel. In the first precipitation stage the best results were obtained when the pH value was 5.0–5.5. At that pH range almost all the iron precipitated and the yield of the chromium was 53–67 %. Unfortunately, some of the nickel, 8–16 %, precipitated with iron and chromium. The results of the second precipitation stage showed that the pH 11.0 is suitable for nickel precipitation. This study showed that all the iron, chromium and nickel are possible to precipitate by two stage chemical precipitation. However, the precipitation of nickel in the first stage could not totally be prevented. The separation of chromium and nickel needs a further study. In further processing the liquid sodium salt left after nickel precipitation was crystallized by evaporation. The crystallized sodium salt contained hardly any impurities. / Työn tavoitteena oli ruostumattoman teräksen kylmävalssauksen regenerointiprosessissa syntyvän sakan metallien erottaminen toisistaan ja rikkihappoliuoksesta kemiallisella saostamisella. Testit suoritettiin Outokumpu Oyj:n Tornion terästehtaalta saadusta regenerointisakasta. Regenerointisakka sisältää merkittäviä määriä rautaa, kromia ja nikkeliä sekä rikkihappoa. Tällä hetkellä ei löydy sellaista prosessia, jolla nämä kaikki metallit saataisiin hyötykäyttöön. Ilman näiden metallien ja rikkihapon talteenottoa, regenerointisakat päätyvät terästehtaiden kaatopaikoille, jonka seurauksena ympäristöön voi päästä haitallisia aineita. Lisäksi siinä menetetään arvokkaita raaka-aineita, jotka voitaisiin kierrättää takaisin prosessiin. Työ suoritettiin laboratoriossa kahdessa eri saostusvaiheessa. Ensimmäisessä saostusvaiheessa pyrittiin saamaan talteen rauta ja kromi, ja toisessa saostusvaiheessa saostettiin nikkeli. Ensimmäisessä saostusvaiheessa parhaat tulokset saatiin liuoksen pH:n ollessa 5.0–5.5. Tällöin rauta saostui käytännössä kokonaan ja kromin saanto oli 53–67 %. Nikkeliä ei saatu kokonaan pysymään liukoisena vaan sitä saostui raudan ja kromin mukana 8–16 %. Toisen saostusvaiheen tulokset osoittavat, että pH 11.0 on riittävä nikkelin saostamiselle. Kaikki metallit saatiin saostettua joko ensimmäisessä tai toisessa vaiheessa, mutta nikkelin saostumista raudan ja kromin sekaan ei saatu täysin estettyä. Kromin ja nikkelin erottaminen toisistaan vaatii vielä lisäkokeita. Lisäksi nikkelin talteenoton jälkeen jäljelle jäänyt lähes puhdas natriumsulfaatti-liuos kiteytettiin haihduttamalla.

Työn tavoitteena on kartoittaa Kratonin Oulun tehtaan vuotoriskipaikkoja lastaus- ja purkupaikkojen sekä kriittisten sisätilojen osalta. Työ suoritettiin keväällä 2017 ja tehdas alueella järjestettiin kaksi tehdaskierrosta, joissa tutustuttiin kohteeseen ja tarkasteltiin lastaus- ja purkupaikkojen järjestelyjä. Tehdaskierroksilla käytiin läpi myös tämän hetkistä varautumista mahdollisiin vuotoihin sekä Kratonin vuodonestotarvikkeita. Kartoituksen jälkeen selvitettiin lain sekä standardien vaatimukset kyseisiltä paikoilta. Lainsäädännön osalta keskityttiin työn kannalta keskeisimpiin lakeihin sekä standardeihin. Turvallisuus- ja kemikaalivirasto on tehnyt Vaarallisten kemikaalien varastointi -oppaan, jonka avulla voitiin selvittää keskeisimmät standardit. Laki antaa ennen kaikkea sisätilojen osalta tarkkoja vaatimuksia vuodon estämiseksi, mutta varsinaiset lastaus- ja purkupaikat määritellään laissa avoimesti. Laissa kuitenkin vaaditaan, ettei sadevesien mukana saa päästä mitään haitallisia aineita ympäristöön. Kartoituksen jälkeen mietittiin mahdollisia vuodonestotarvikkeita Kratonin tehdasalueelle edellä mainittuihin paikkoihin. Erityisesti difenyyliöljyn pääsy öljynerotuskaivolle ja siitä eteenpäin tulisi estää johtuen sen haitallisuudesta. Tehdaskierrosten aikana Kratonin työntekijöitä haastateltiin eri vuodonestotarvikkeiden järkevyydestä ja heitä pyydettiin antamaan omia ehdotuksia vuodonestotarvikkeiden osalta. Haastatteluissa korostui mahdollisen vuodon sattuessa vaikeat olosuhteet, joissa vuodonestotarvikkeita tulisi käyttää sekä vuotavan aineen vaaralliset olosuhteet. Tämän ja Kratonin oman vuodontorjuntalaitteiston pohjalta yhdeksi mahdolliseksi vaihtoehdoksi esitetään nopean havainnoinnin ja nopean toiminnan tehostamista vuodon minimoimiseksi. Näillä keinoilla mahdollisen vuodon taloudelliset tappiot, mitä tulee menetetystä tuotteena jäävät mahdollisimman pieniksi. Samalla kuitenkin taataan turvallinen ympäristö työntekijöille. / Purpose of this work is to make a plot concerning leakage in loading- and unloading places and the most critical indoor areas in Kraton Oulu. Survey was carried out in spring 2017. During that time, there was two factory visits where the factory and the main points regarding this Thesis was introduced. Also, the current plan for leakage prevention was introduced and the actual hardware materials. Law and different standard requirements was also take in account from those main areas. The Finnish Safety and Chemical Agency (Tukes) have done guide book Vaarallisten kemikaalien varastointi which allows solve the main standards. Law gives quite specific demands what comes to leakage prevention in indoor areas but the actual loading- and unloading places are determinate widely. Main point is that any hazardous chemicals are not allowed to go in or through the storm drain systems. After the visits, new leakage prevention materials and methods was think through. Particularly diphenyl oil and its leakage prevention was taken in account because it is very harmful substance when it goes into oil separation well or even through it. During those two visits in Kraton some of the employees were interview regarding the need and functionality of different prevention methods. During those interviews employees highlighted the difficult circumstances for leakage prevention if something was leaking from the actual process. Therefore, the most reasonable way to prevent leakages and prevent harmful substances like diphenyl oil getting into oil separation well is fast reaction time. This way economical losses can be kept minimum and at the same time worker’s safety is guaranteed.

Suomessa tapahtui voimakas kaupungistuminen, joka alkoi 1960-luvulla ihmisten muuttaessa maaseudulta kaupunkeihin. Kaupungistumisen myötä rakennettiin paljon kerrostaloja vastaamaan asuntopulaan. Nykypäivänä nämä kerrostalot ovat noin 50 vuotta vanhoja, eivätkä ne vastaa nykyajan vaatimuksia energiatehokkuudesta. Korjausrakentamisen yhteydessä on suoritettava energiatehokkuuden parannus. Yksi mahdollinen keino on asentaa kiinteistöön poistoilmalämpöpumppu. Poistoilmalämpöpumppu sopii vanhoihin kerrostaloihin erittäin hyvin, koska vanhoissa taloissa on hyvin usein pelkkä koneellinen poistoilmanvaihto ilman lämmöntalteenottoa. Kaupungistuminen näkyy myös Lahden kaupungissa. Työn tavoitteena on tutkia poistoilmalämpöpumppujen vaikutusta kohdekiinteistöjen kaukolämmönkulutukseen ja lämpöpumpuilla saatavaan tehojouston potentiaaliin Lahti Energian kaukolämpöverkossa. Vaikka yksittäisen lämpöpumpun teho on varsin vaatimaton, mahdollistaa Lahden rakennuskannassa sopivien kiinteistöjen suuri lukumäärä tehojousto potentiaalin tutkimisen, sillä oletuksella, että lämpöpumppu asennettaisiin sopiviin kohteisiin. Työssä on tutkittu 20 kiinteistöä, joihin poistoilmalämpöpumppu on asennettu. Tehtävän analyysin perusteella voidaan arvioida poistoilmalämpöpumppujen soveltuvuutta osaksi Lahti Energian kaukolämpöverkkoa yhtenä lämmitysmuotona. Tutkittavien kohteiden pohjalta saatiin kattava kuva poistoilmalämpöpumpun vaikutuksista kaukolämmön kulutukseen kiinteistöissä. Kaukolämmön kulutus on pudonnut tutkittavissa kohteissa noin puoleen poistoilmalämpöpumpun myötä. Samaan aikaan kokonaisostoenergian osuus on pudonnut noin 30–40 %. Poistoilmalämpöpumpulla vastataan myös lainsäädännön vaatimuksiin energiatehokkuuden päivittämisestä korjausrakentamisessa. Tutkittavissa kohteissa poistoilmalämpöpumppujen keskimääräiseksi hyötysuhteeksi, COP-kertoimeksi saatiin 3,68. Hyvän hyötysuhteen ansiosta poistoilmalämpöpumput osoittautuivat käyttökustannuksiltaan edulliseksi lämmitysratkaisuksi perinteisen kaukolämmön rinnalle. Poistoilmalämpöpumpuilla tuotetun MWh hinnaksi saatiin 22,6 €, kun se maakaasulla hyötysuhdehäviöt huomioiden on 68,9 €/MWh. Tällä hetkellä hajautetun tuotannon teho jää vielä vaatimattomaksi tehojouston kannalta, mutta potentiaalia löytyy. Työssä arvioitiin, että Lahti Energian kaukolämpöverkossa on potentiaalisia poistoilmalämpöpumppukohteita noin 350. Tämä tarkoittaisi jo 13 MW tehon lisäystä lämmöntuotantoon. Hajautetun tuotannon lisäämisellä voitaisiin vähentää suoraan maakaasun tarvetta kaukolämmöntuotannossa, mutta myös mahdollistaa entistä markkinapohjaisemman kaukolämmöntuotantoa, missä kaukolämmön tuotanto toteutettaisiin halvimmalla polttoaineella. Kaukolämpöyhtiön on itsessään hankala toteuttaa tehojoustoa omassa verkossaan ilman asiakkaan suostumusta. Lahti Energia onkin lanseerannut uuden kaukolämpö 2.0 -konseptin, joka tarjoaa asiakkaille lämpöä palveluna. Ajatuksena on siirtyä entisen €/MWh hinnoittelun sijaan tarjoamaan asumisolosuhteita joista asiakas maksaa kiinteää kuukausihintaa. Konsepti mahdollistaa Lahti Energialle lämmöntuotannon optimoinnin hajautetun tuotannon ja keskitetyn tuotannon välillä ilman, että lämmöntuotannon kokonaisuus kärsii. Samalla voidaan ehkäistä tilanteita, joissa on vaarana tuottaa ylimäärin lämpöä kaukolämpöverkkoon, jolloin se joudutaan lauhduttamaan paikalliseen vesistöön. Tulosten perusteella kaukolämpöyhtiöiden on järkevää olla mukana hajautetun tuotannon murroksessa ja aktiivisesti suunnittelemassa hajautetun tuotannon eri muotoja myös muiden alan toimijoiden kanssa. Loppujen lopuksi kaiken hajautetun tuotannon lisääminen näkyy perinteisen, keskitetysti tuotetun kaukolämmön tarpeen vähenemisenä. / There was a strong urbanization in Finland, which began in the 1960s when people moved from rural to urban areas. With urbanization, many apartment blocks were built to accommodate these people. Today, these apartment buildings are about 50 years old and do not meet today’s energy efficiency requirements. In connection with renovation construction, an energy efficiency improvement has to be done. One possible way is to install an exhaust air heat pump into the property. The exhaust air heat pump is ideal for old apartment buildings, since old houses often have mechanical exhaust ventilation only without any heat recovery. Urbanization can also be seen in the city of Lahti. The aim of this thesis is to study the effect of heat pumps on the district heat consumption in targets properties and on the potential of demand response by using heat pumps beside Lahti Energy company’s district heating network. Even though the power of a single heat pump is quite modest, a large building stock enables to study demand response carried out applying exhaust air heat pumps. Assumption is that heat pumps are installed to these buildings. In this study, 20 properties were examined for which an exhaust air heat pump had been installed. Based on the analysis of district heat consumption data, it is possible to estimate the suitability of heat pumps as a part of Lahti Energy district heating network as a one heating option. Based on the studied apartment houses, a comprehensive picture of the effects of the exhaust air heat pump on the consumption of district heat in buildings was obtained. The consumption of district heat has decreased to about half with the exhaust air heat pump. At the same time, the share of total purchasing power has decreased by about 30–40%. The heat pump also responds to the requirements of legislation for upgrading energy efficiency in renovation. In those studied houses the average efficiency value of exhaust air heat pumps, the Coefficient Of Performance, COP was 3.68. Thanks to their efficiency, the exhaust air heat pumps proved to be a cost-effective heating solution alongside the traditional district heating. The cost of one MWh produced by the heat pumps was 22.6 €, while it was 68.9 €/MWh with natural gas when considering efficiency losses. Presently, the power of decentralized production remains modest in terms of demand response, but there is a potential. In this thesis it was estimated that the district heating network of Lahti Energy has some 350 potential houses where exhaust air heat pump could be installed. This would mean in total of 13 MW power increase for district heating production. Increased decentralized production could directly reduce the need for natural gas as a fuel in district heating, but also enable more market-based district heating production where the district heat is produced using the cheapest fuel. It is difficult for the district heating company itself to implement demand response in its own network without the customer’s consent. Lahti Energy has launched a new kaukolämpö 2.0 concept that provides heat as a service to customers. The idea is to move from the present €/MWh pricing to provide housing conditions where the customer pays a fixed monthly price. The concept enables Lahti Energy to optimize heat production between decentralized and centralized production, without the heat production being affected. At the same time, it is possible to prevent situations where there is a risk of generating excess heat to the district heating network. On the basis of the results, it is wise for district heating companies to be involved in the shift in decentralized production and to be actively involved in designing different forms of decentralized production with other operators in the industry. After all, all decentralized production decreases traditional, centralized produced district heat consumption.

Estrogens are steroidal hormones that can affect the endocrine system at very low levels. Impacts of natural and synthetic estrogens on environment are under arising concern, since they are systematically discharged into environment and impacts on ecosystems and accumulation via food webs are not fully known. Natural and synthetic estrogens originating from households enter the sewage systems and are conveyed to wastewater treatment plants (WWTP). Because current WWTPs are not designed to remove these compounds, they are then discharged into the environment. Other significant source of estrogens is e.g. livestock waste. Combined and synergetic effects with other chemicals make the evaluation of the impacts of estrogens very complex. Furthermore, analysis costs are high which reduce the capabilities of environmental authorities and researchers of conducting extensive monitoring programs. Environmental fate modelling is a fast and cost-effective tool to evaluate the environmental fate of chemical compounds (degradation, advection etc.), which are influenced by several complex processes. Using models, the impacts can be predicted before the chemicals are discharged in the environment making it an important tool in assessing environmental impacts of chemicals such as estrogens. The main objective of this thesis was to investigate the occurrence, concentration, fate and estimated environmental impacts of the synthetic estrogen 17-alpha-ethinylestradiol (EE2) and the natural estrogens 17-beta-estradiol (E2) and estrone (E1). These estrogen compounds were included in the European Commission watch list of compounds posing a significant risk to the aquatic environment. The secondary aim was to evaluate the suitability of environmental fate models in predicting the fate of sewage derived estrogens in aquatic ecosystems. Research methods included literature review and a case study where FATEMOD modelling software was used to estimate the fate of estrogens in the selected study site Lake Pyhäjärvi located in Tampere, Finland. The modelling part was conducted in collaboration with Finnish Environmental Institute. Two separate models representing parts of Lake Pyhäjärvi were constructed. The modelling process involved the compartmentalization of the environment including the attribution of parameters describing environmental compartments, the attribution of properties of the estrogens and the transport and transformation processes linked to the evaluated compounds and study site. These properties, parameters, etc. were found from available literature and databases. Based on the literature review conducted, estrogens are found in trace amounts (ngL⁻¹) in WWTP effluents, and usually natural estrogens are detected in higher concentrations than synthetic estrogens. However, synthetic estrogens are more persistent in the environment and cause impacts at lower levels. Although several studies report on the concentration of estrogens in WWTP effluents and receiving waterbodies, the detected concentrations vary significantly, and number of samples and replicates are low due mostly to the costs of analysis. Predicted no-effect concentrations used in risk assessment of aquatic organisms vary between 0.1–6 ng L⁻¹ and for example estrogens has been detected in the water of Lake Pyhäjärvi in concentrations of 0.4–0.6 ngL⁻¹ for E1 and 0.064 ngL⁻¹ for EE2, while E2 was below limit of detection (rapid transformation of E2 into E1 can occur in the environment). Impacts on aquatic ecosystems have been consistently observed with for example the feminization and other abnormalities occurring in fish, and reproduction changes in zooplankton, mussels and snails. Results from the FATEMOD models were promising, leading to the conclusion that the software can be seen as a useful tool for evaluating the fate of estrogens in aquatic ecosystems, although more accurate input data, especially regarding to degradation processes of estrogens in cold climate is still needed. / Estrogeenit ovat steroidihormoneja, jotka voivat vaikuttaa endokriiniseen järjestelmään hyvin pieninä pitoisuuksina. Luonnollisten ja synteettisten estrogeenien ympäristövaikutukset ovat herättäneet lisääntynyttä huolestuneisuutta, sillä niitä johdetaan systemaattisesti ympäristöön ja niiden vaikutuksia ekosysteemeihin ja kertyvyyttä ravintoketjuissa ei täysin tunneta. Kotitalouksista lähtöisin olevat luonnolliset ja synteettiset estrogeenit siirtyvät viemäriverkostojen kautta jätevedenpuhdistamoille, joista ne kulkeutuvat ympäristöön, sillä nykyisiä puhdistamoita ei ole suunniteltu tällaisten yhdisteiden poistamiseen. Merkittävä estrogeenien lähde on myös esimerkiksi karjanlanta. Yhteisvaikutukset muiden kemikaalien kanssa tekevät estrogeenien ympäristövaikutusten arvioinnista hyvin hankalaa. Lisäksi analyysikustannukset ovat korkeita, mikä vähentää ympäristöviranomaisten ja tutkijoiden mahdollisuutta suorittaa laajoja tarkkailuohjelmia. Mallintaminen on nopea ja kustannustehokas työväline kemikaalien ympäristökohtalon (hajoaminen, kulkeutuminen jne.) arvioimiseen, mihin vaikuttaa useat monimutkaiset prosessit. Malleja hyödyntämällä vaikutuksia voidaan ennustaa ennen kuin kemikaaleja johdetaan ympäristöön, mikä tekee malleista tärkeän työvälineen kemikaalien, kuten estrogeenien, ympäristövaikutusten arvioimisessa. Tämän diplomityön päätavoitteena oli tutkia synteettisen estrogeenin 17-alfa-etinyyliestradiolin (EE2), sekä luonnollisten estrogeenien 17-beta-estradiolin (E2) ja estronin (E1) esiintyneisyyttä, pitoisuuksia, ympäristökohtaloa ja arvioituja ympäristövaikutuksia. Nämä estrogeenit sisältyvät Euroopan komission luetteloon tarkkailtavista aineista, jotka voivat aiheuttaa vesiympäristölle merkittävän riskin. Tavoitteena oli myös tutkia ympäristökohtalomallien soveltuvuutta jätevesien sisältämien estrogeenien ympäristökohtalon ennustamiseen. Tutkimusmenetelmät sisälsivät kirjallisuuskatsauksen ja tapaustutkimuksen, jossa FATEMOD-mallinnussovellusta käytettiin estrogeenien ympäristökohtalon mallintamisessa valitulla tutkimuspaikalla Tampereen Pyhäjärvellä. Mallinnusosuus suoritettiin yhteistyössä Suomen ympäristökeskuksen kanssa. Osasta Pyhäjärveä laadittiin kaksi erillistä mallia. Mallinnusprosessi sisälsi ympäristön osittelun mukaan lukien ympäristöosien parametrien määrittämisen, estrogeenien ominaisuuksien määrittämisen, sekä estrogeeneihin ja tutkimuspaikkaan liittyvien kulkeutumis- ja muuntumisprosessien määrittämisen. Nämä ominaisuudet, parametrit ym. kerättiin käytettävissä olevista kirjallisuudesta ja tietokannoista. Suoritetun kirjallisuuskatsauksen perusteella estrogeeneja löydetään pieninä (ngL⁻¹) pitoisuuksina jätevedenpuhdistamoiden purkuvesistä ja yleensä luonnollisia estrogeeneja korkeampina pitoisuuksina kuin synteettisiä. Synteettiset estrogeenit ovat kuitenkin ympäristössä pysyvämpiä ja vaikuttavat pienempinä pitoisuuksina. Vaikka useita tutkimuksia on raportoitu estrogeenien pitoisuuksista jätevedenpuhdistamoiden purkuvesissä ja vesistöissä, havaitut pitoisuudet vaihtelevat merkittävästi ja näytemäärät ovat vähäisiä johtuen korkeista analyysikustannuksista. Riskien arvioinnissa käytetyt ennustetut haitattomat pitoisuudet (PNEC, predicted no-effect concentration) estrogeeneille ovat 0.1–6 ngL⁻¹ ja esimerkiksi Pyhäjärvestä on mitattu pitoisuuksia 0.4–0.6 ngL⁻¹ E1:stä ja 0.064 ngL⁻¹ EE2:sta, kun E2 oli määritysrajojen alapuolella (nopea muuntuminen E2:sta E1:ksi voi tapahtua ympäristössä). Vaikutuksia vesistöjen ekosysteemeihin on havaittu usein esimerkiksi kalojen naisistumisina ja muina poikkeavuuksina sekä muutoksina eläinplanktonin, etanoiden ja simpukoiden lisääntymisessä. Tulokset FATEMOD-malleista olivat lupaavia ja ohjelma voidaan nähdä käyttökelpoisena työkaluna mallintaa estrogeenien ympäristökohtaloa vesiekosysteemeissä. Tästä huolimatta vielä tarvitaan kattavampia lähtötietoja erityisesti liittyen estrogeenien hajoamisprosesseihin kylmissä ilmastoissa.

The presence of arsenic in drinking water has been a major concern for years, due to its concentration being above the maximum allowable limit of 10 μg/l. Ingestion of arsenic-contaminated water causes different types of cancer, cardiovascular diseases, skin lesion and more. Many techniques have been developed and used to reduce arsenic levels to the maximum allowable limit. The conventional methods to do so are adsorption, membrane filtration, coagulation-flocculation, oxidation, and ion exchange. The most common adsorption material is activated carbon produced from hard coal, but there is a shift towards using agro-waste materials in order to produce a more environmentally-friendly adsorbent with high rejection levels. Such materials include cocoa pod husk, ice cream beans, and red mombin seeds, where cocoa pod husk AC was able to remove 80% of arsenate, and red mombin seeds AC removed arsenate almost completely. Nanofiltration membranes were reportedly effective for arsenic removal, reaching a removal percentage of 90%. In this work, a life cycle assessment analysis using SimaPro was conducted for arsenic removal using red mombin seeds activated carbon and spiral wound nanofiltration membranes, as they are able to reach high removal efficiencies. The methods were then compared based on their impacts on the different environmental and damage categories to determine which is the better option. The results showed that nanofiltration had the lowest environmental impacts over the different impact categories by a huge difference. / Juomaveden sisältämä arseeni on ollut merkittävä ongelma jo pitkään, sillä arseenipitoisuus ylittää usein sille asetun raja-arvon 10 μg/l. Arseenipitoisen juomaveden käyttö aiheuttaa muun muassa syöpä- ja verenkiertoelimistön sairauksia sekä iho-ongelmia. Juomaveden arseenipitoisuuden vähentämiseksi on kehitetty useita menetelmiä, joista tavallisimpia ovat adsorptio, kalvoerotus, koagulaatio ja flokkaus, hapetus ja ioninvaihto. Yleisin adsorptiomateriaali on aktiivihiili, joka on valmistettu kivihiilestä, mutta nykyisin maatalousjätteestä valmistetut adsorbentit ovat kiinnostuksen kohteena, sillä ne ovat ympäristöystävällisempiä ja niiden avulla voidaan saavuttaa korkea haitta-aineiden poistoprosentti. Tällaisia materiaaleja ovat muun muassa kaakaopavun kuoret ja punamombinin siemenet. Tutkimuksissa on saavutettu kaakaopavun kuorista valmistetun adsorbentin avulla 80 %:n poistuma arseenille ja punamombinin siemenet ovat poistaneet vedestä arseenin lähes kokonaan. Nanosuodatuksessa kalvot ovat tutkimusten mukaan poistaneet arseenista 90 %. Tässä tutkimuksessa suoritettiin SimaPro-ohjelmiston avulla elinkaariarviointi kahdelle vedenkäsittelymenetelmälle: adsorptiolle, jossa käytettiin punamombinin siemenistä valmistettua adsorbenttia, sekä nanosuodatukselle, jossa käytettiin spiraalikalvoja. Menetelmiä verrattiin niiden ympäristövaikutusten perusteella parhaan vaihtoehdon löytämiseksi. Tulosten perusteella nanosuodatuksen ympäristövaikutukset kaikissa vaikutusluokissa olivat merkittävästi alhaisemmat.

With new legislation being passed within the EU to help reach the 2050 emissions goals, new innovative methods are being researched and implemented in different countries and regions. To obtain the goals outlined in Finland, various renewable energy technologies are being implemented throughout the country. This thesis was completed within the FREED project, whose goal is to make these innovative energy solutions accessible to more regions. One specific technology used in this project and expected to increase in the future is solar photovoltaics (PV). This work focuses on the Triangel retreat, a hotel complex planned for the shore of Hämeenjärvi lake just north of Oulu, Finland in Haukipudas. The retreat aims for the concept of a “silence” retreat where guests can relax in nature while enjoying the typical amenities of a normal hotel complex. To fit this model while also helping reach the 2050 emissions goal, unobtrusive renewable energy sources are planned for use. The most attractive option is the use of solar PV tiles in combination with an efficient renewable technology such as ground source heat pumps. This combination of technologies was considered, and several different sizing scenarios were created. To create different scenarios, an energy consumption profile was estimated for each month based on a reference hotel. A solar PV estimation was completed using Skelion software, for four different scenarios, sized at 84 kW, 181 kW, 198 kW, and 295 kW. The 84-kW array consisted of solar tiles and was expected to have a self-consumption rate of 95%. The 181-kW array consisted of solar tiles and was expected to have a self-consumption rate of 73%. The 198-kW array consisted of a combination of solar tiles and solar panels and was expected to have a self-consumption rate of 66%. The 295-kW array consisted of a combination of solar tiles and solar panels and was expected to have a self-consumption rate of 50%. These estimations were used to determine the profitability of each scenario. When the shortest payback was the goal, the analysis indicated that the smallest array of 84 kW was the best option with a payback time of 22 years. Based on the analysis this was the most attractive method but also covered the least amount of the hotel’s energy consumption, leaving room for alternate considerations. All the scenarios prove that the use of the more expensive solar tiles is feasible at the Triangel resort. With the analysis of the four scenarios, the resort owner can make an informed decision on the energy generation of the resort. / EU:n tavoite hiilineutraalista yhteiskunnasta vuoden 2050 mennessä vaatii uusia innovatiivisia menetelmiä uusiutuvan energian tuotannon ja energiatehokkuuden edistämiseen. Rakennukset ovat yksi suurimpia energian ja sähkön käyttäjiä ja tämä myös tarkoittaa, että on myös suuret mahdollisuudet vähentää rakennusten energiakulutusta. Tämä lisäksi, palvelusektorissa tavoite on lisätä rakennusten uusiutuvan energian tuotantoa 12 prosentilla vuosina 2015–2020. Triangel retriitti on hotellikompleksi, jonka on suunniteltu Hämeenjärven rannalle Oulun pohjoispuolella. Hotelli käyttää "Hiljaisuuden retriitti" konseptin, jonka tarkoituksen on tarjota vieraille rentouttavaa ympäristöä luonnossa, mutta samalla samat mukavuudet kun tyypilliset hotellit. Hotelli haluaa myös tuottaa omaa uusiutuvaa energiaa, jonka kuitenkin pitää palvella retriitin muita tarkoituksia. Tähän tarkoitukseen parhaaksi vaihtoehdoksi katsottiin aurinkopaneelit ja maalämpöpumput. Tämän työn tarkoituksena oli laskea aurinkosähkön tuotantopotentiaalin käyttäen hotellin katolle asetetut aurinkotiilet. Aurinkotiilet tuottavat hieman vähemmän sähköä kun perinteiset aurinkopaneelit, mutta niitä on valittu esteettisistä syistä. Työ on toteutettu osana FREED-projektia, jonka rahoitti Pohjoinen periferia ja Arktis ohjelma. Arinkosähköjärjestelmistä tehtiin neljä eri skenaariota. Skenaarioiden luomiseksi arvioitiin hotellin energiankulutusprofiili, referenssihotellin perusteella. Tätä kulutusprofiilia käytettiin kunkin skenaarion kannattavuuden määrittämiseen. Skenaarioissa huomioidut kokot olivat 84 kW, 181 kW, 198 kW ja 295 kW. Jos tavoitteena on lyhyt takaisinmaksuaika, pienin 84 kW:n sarja olisi paras vaihtoehto, jonka takaisinmaksuaika oli 22 vuotta. Tämä koko on kuitenkin hieman alimitoitettu ja kattoi vähiten hotellin energiankulutuksen. Kaikki muut skenaariot ovat ylimitoitettu, skenaariot 2 ja 3 hieman ja 4 runsaasti. Tämä tarkoittaa, että kesän aikana sähköä tuotettaisiin enemmän kun millä olisi käyttöä. Jos on sähkön ylituotantoa, siitä voi myydä verkkoon. Paneelien ylimitoitus nykyisillä rahoitusmallissa ei kuitenkaan kannattaa, koska sähköstä saatu hinta on liian alhainen. Suurien asennusten investointikulut ovat myös liian korkeat ja takaisinmaksuaika on jopa yli 30 vuotta (skenaariot 2 ja 4). Skenaario 3 on ehkä kannattavin (takaisinmaksuaika 23 vuotta), mutta tässä tapauksessa käytetään myös perinteiset paneelit, joka ei ehkä ole esteettisistä syistä hyväksyttävä. Kaikki skenaariot osoittavat, että kalliimpien aurinkotiilien käyttö on mahdollista Triangel-lomakeskuksessa. Neljän skenaarion analyysin perusteella hotellin omistaja voi tehdä päätöstä minkä suuruisen investoinnin hän on valmis tekemään.

In this work the applicability and profitability of using solar photovoltaic systems in the extreme north was investigated. This was done by considering the positive and negative effects of long, cold and snowy winters can have on operation of photovoltaic systems. The focus was on difficulties that snow can cause to production when on top of the solar modules, but also on how much extra production can be had during the spring with higher ground reflectance caused by the snow. Economic evaluation was also done to see if the photovoltaic systems can be profitable in the circumpolar region. Two case studies located in Enontekiö, Finland were modeled using Sketchup, and the solar PV systems’ yearly productions for these models were simulated using Skelion. Further, Homer Energy was used to simulate the daily consumption and production profiles of these case studies. Homer was also used further to simulate the increased production due to higher ground reflectance. Finsolar economic evaluation tool was used to calculate payback times of the simulated systems. Lastly, literature review was done on operation of PV systems and on the impact of snow. Focus was in particular on clearing the snow from the solar arrays. The work established that PV systems were found to be economically feasible in the extreme north, although with longer payback times than in southern locations. The harsh weather conditions of the arctic region call for more careful planning of the system. There is still a need for innovations and better practices to increase the electricity production of photovoltaics. The results of this work are applicable to other northern, remote and sparsely populated locations. It is expected that the outcome could provide a motivation for building pilot PV systems in the extreme north, in order to progress research in the subject. / Tässä diplomityössä selvitettiin aurinkosähkön kannattavuutta ja toimivuutta pohjoisissa kunnissa. Tarkastelun alla olivat pitkän, kylmän ja lumisen talven vaikutukset aurinkosähkön tuotantoon. Erityisesti lumen aiheuttamiin vaikutuksiin, niin negatiivisiin kuin positiivisiin, kiinnitettiin huomiota. Lumesta on luonnollisesti haittaa silloin kun sitä on paksuna kerroksena aurinkopaneelin päällä, mutta siitä voi olla myös hyötyä kevättalven aurinkoisina päivinä maan kautta esiintyvän lisäheijastuman muodossa. Lisäksi tehdyn taloudellisen tarkastelun tavoitteena oli selvittää voivatko aurinkosähköjärjestelmät olla ylipäätään taloudellisesti kannattavia arktisella alueella. Kaksi esimerkkikohdetta Enontekiön kunnan alueelta Hetan kylästä mallinnettiin ensin käyttäen Sketchup-ohjelmistoa. Skelionia, joka on Sketchupin liitännäinen, käytettiin aurinkosähköjärjestelmien mitoittamiseen mallinnettujen rakennusten katoille sekä vuosittaisien sähkötuotantojen simuloimiseen. Lisäksi käytettiin Homer Energy -ohjelmistoa sekä tunnittaisten sähköntuotanto- ja sähkönkulutusprofiilien luomiseen, että maan kautta heijastuvan säteilyn lisäävän vaikutuksen arvioimiseen vuoden lumisena aikana. Simuloitujen aurinkosähköjärjestelmien kannattavuutta tarkasteltiin käyttäen Finsolarin aurinkosähkön kannattavuuslaskuria. Työn teoria osuutta varten tarkasteltiin sääolosuhteiden ja erityisesti lumen vaikutusta tuotantoon, sekä keinoja aurinkopaneelien pitämiseen lumettomina tuotannon maksimoimiseksi. Tulosten pohjalta voidaan todeta, että aurinkosähköjärjestelmät voivat olla taloudellisesti kannattavia ja toimivia ratkaisuja myös arktisella alueella Järjestelmien takaisinmaksuajat ovat tosin pidempiä kuin aurinkoisemmilla ja eteläisemmillä alueilla. Vaativat sääolosuhteet tulisi myös ottaa huomioon niin järjestelmän suunnittelussa ja rakentamisessa kuin käytön aikanakin. Aurinkosähköjärjestelmien sähkön tuotantomäärien parantamiseksi, näissä arktisen alueen vaativissa olosuhteissa, on edelleen kysyntää uusille innovaatioille ja paremmille käytännöille. Työn tuloksia voidaan soveltaa myös muilla syrjäisillä, pohjoisilla ja harvaan asutuilla alueilla. Tulosten odotetaan myös toimivan motivaationa pilottihankkeiden käynnistämiseksi arktisilla alueilla, joka mahdollistaisi aiheen tutkimisen jatkamisen.

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan infrahankkeen rakennuttamista. Aihe on hyvin laaja, joten sitä on rajattu tarkemmin. Työssä käydään läpi infrahankkeen eteneminen alusta loppuun saakka. Tämän lisäksi käydään läpi vaihtoehtoinen tapa toteuttaa infrahanke, eli allianssimalli, jota käytetään Suomessakin yhä useammassa infrahankkeessa. Työssä määritellään mitä tarkoittaa infrarakentaminen ja sen tunnuspiirteitä sekä ongelmakohtia. Lisäksi tarkastellaan hankkeissa mukana olevia osapuolia ja niiden tehtäviä hankkeen aikana. Työssä esimerkkihankkeena on käytetty valtatie 4:n parantamista välillä Oulu-Kemi. Esimerkkihankkeesta käydään läpi sen toimijat ja hankkeen taustaa sekä sen tavoitteet. Tämä työ on toteutettu kirjallisuusselvityksenä. Infrahankkeet alkavat tarveselvityksellä, kun huomataan tarve rakentaa uutta tai korjata vanhaa infraa. Tarveselvityksen aikana tehdään päätös hankkeen jatkamisesta. Tarveselvityksen jälkeen ohjelmointivaiheessa tarkennetaan tehtyjä päätöksiä ja laaditaan hankkeelle tavoitteet ja aikataulut. Suunnitteluvaiheessa hankkeelle tehdään toteutussuunnitelmat, joiden perusteella hanke toteutetaan rakentamisvaiheessa. Rakentamisvaiheen jälkeen suoritetaan käyttöönotto, jonka jälkeen alkaa hoito- ja käyttövaihe. Infrahankkeissa toimii mukana useita eri osapuolia, joilla kaikilla on omat tehtävänsä. Näitä ovat omistaja, tilaaja, käyttäjä, rakennuttaja, suunnittelijat, urakoitsijat, rakennusmateriaalien toimittajat ja viranomaiset. Osapuolien välinen yhteistyö on tärkeää hankkeen onnistumisen kannalta. Osapuolten määrään hankkeessa vaikuttaa hankkeen laajuus, vaativuus ja hankevaihe. / This bachelor’s thesis studies the construction contracting of an infrastructure project. The subject is very wide, so it is more closely defined. The thesis examines an infrastructure project from the beginning to the end. In addition, the thesis includes an alternative way to implement an infrastructure project, an alliance model, which is used increasingly in Finland. The thesis also defines what means an infrastructure construction, its typical features and problem areas. The thesis examines the parties involved in the projects and their tasks during the projects. In this thesis an example project has been the improvement of the highway 4 between Oulu and Kemi. Thesis takes a closer look at the parties of this project and also background as well as the aims of the project. This thesis was done as a literature review. Infrastructure projects begins with a need analysis, when a need to build new infrastructure or fix old infrastructure is noticed. On this point, the decision of continuing the project is made. After the need analysis, the programming phase specifies the decisions which were made earlier. On this phase also, the aims and schedules are made for the project. During the planning stage are made the implementation plans. Based on these, the construction is made on construction phase. After the construction phase, the commissioning takes place. Finally, the project’s management and usage phase begin. There are several parties involved in infrastructure projects, each of which have their own tasks. These includes the owner, subscriber, user, developer, planners, contractors, building material suppliers and authorities. Co-operation between the parties is important for the success of the project. The number of the parties involved in the project is influenced by the extent, complexity and project phase of the project.

Yhteisrakentaminen on huomioitu kansallisellakin tasolla merkittäväksi kehitysaskeleeksi infraverkoston rakentamisessa. Eri verkostotoimijat, kuten liikenne-, vesihuolto-, energia- ja viestintätoimijat voivat hyötyä yhteisrakentamisen eduista rakentamisprosessin eri vaiheissa ja lisäksi kehittää toimintaa alueellisesti muiden verkostotoimijoiden kanssa. Tämän työn tavoitteena oli perehtyä Limingan kunnan alueella tapahtuvaan verkostorakentamiseen ja sen nykytilaan. Työssä kuvattiin yleisesti kunnan teknisen liikelaitoksen ja Limingan Vesihuolto Oy:n toimintamalleja verkostorakentamisen yhteydessä sekä tarkasteltiin kahta case-kohdetta, jotka ovat asemakaava-alueiden uudisrakentamiskohteita. Verkostorakentamisen nykytila Limingassa, case-kohteet mukaan lukien, selvitettiin haastattelemalla Limingan kunnan sekä Limingan Vesihuolto Oy:n henkilökuntaa. Lisäksi työn tarkoituksena oli löytää tärkeimmät kehittämisen kohteet yhteisrakentamisen näkökulmista ja luoda kehitysehdotuksia kerättyjen tietojen perusteella. Työssä perehdyttiin yhteisrakentamiseen kirjallisuustarkasteluna, jonka jälkeen tietoja yhteisrakentamisen eri muodoista, haasteista ja hyvistä puolista kerättiin Pohjois-Suomen vesihuoltotoimijoilta kyselyn avulla. Yhteisrakentamisen yhteydessä yhdeksi tärkeimmistä tekijöistä osoittautui tiedottaminen. Verkostorakentamisen sidosryhmien väliseen aktiivisuuteen sekä erilaisten tiedottamisen työkalujen käyttöön vaadittaisiin lisätoimia Limingan kunnan alueella. Tällä hetkellä tiedottamisen väyliä on useita, jonka takia verkostorakentajien kesken tulisi luoda kaikille tiedossa oleva reitti sekä kasvotusten että digitaalisena. Tiedottamisen lisäksi Limingan kunnassa tulisi kiinnittää huomiota erilaisten käytäntöjen käyttöönottoon verkostojen suunnittelussa sekä kilpailutuksessa. Muun muassa yhdessä kilpailuttaminen, tiiviimpi suunnittelu eri toimijoiden kesken ja yhteisten toimintamallien luonti lisäisi kustannustehokkaampaa sekä verkostorakentamista kehittävää toimintaa. Työssä keskityttiin myös kaavoituksen tärkeään rooliin verkostorakentamisessa sekä vesihuollon järjestämisessä. Limingassa uudisrakentamisen kohdistuessa pääasiassa asemakaavoitettuihin kohteisiin, tulee kaavoituksessa huomioida tulvat, tulvariskialueet sekä hulevesien hallinnan prioriteettijärjestys. Yhteisrakentamisen kannalta kaavoitus toimii yhtenä tiedottamisen lähteenä sekä tärkeänä taloudellisena ja toiminnallisena pohjana verkostoille. Näin kaavoituksen tulisi toimia lähtökohtaisesti verkostotoimijoiden suurimpana yhteen saattajana eri hankkeissa. Eri kuntien ja yritysten verkostojen tilojen ollessa vaihtelevissa vaiheissa rakentamisen ja saneerauksen suhteen, tulee yhteisrakentamisen hyötyjen ja haittojen kartoitus kohdistaa niihin tilanteisiin, joita kyseessä olevalla alueella on meneillään. Työn tarkoitus oli kartoittaa kehittämisen kohteita Limingan kunnassa, mutta tuloksia voidaan soveltaa myös samankokoisiin kuntiin ympäri Suomea, vaikkakin käytännöissä voi esiintyä suuria eroavaisuuksia paikkakunnittain. / Joint construction has been taken into account at national level as a major development step in the construction of infrastructure networks. Different network operators, such as transport, water supply, energy and communication operators can benefit from the advantages of joint construction in various stages of the construction process and also develop regionally the operation between other network operators. The purpose of this thesis was to get acquainted with the network construction and the current state in the area of Liminka municipality. The work describes the operating models of the municipal enterprise and Limingan Vesihuolto Oy water company with network construction and looks at two case scenarios that are new construction sites in the town planning areas. The current state of network construction, including the case scenarios, was surveyed by interviewing the local authorities from the municipality of Liminka and Limingan Vesihuolto Oy water company. In addition, the aim of this thesis was to find the most important development targets from the point of view of joint construction and to create development proposals based on the collected data. Initially, joint construction was studied through various sources of literature, after which information on the different forms, challenges and good sides of joint construction were collected through a surveys addressed to Northern Finland’s water supply operators. In the context of joint construction one of the most important factors turned out to be informing. Interaction between network construction stakeholders and the use of various communication tools would require additional efforts in the area of Liminka. At present, there are several communication channels for network constructors and because of that, it would be essential to create a known route for both face-to-face and digital information sharing. In addition to problems with announcements, paying attention to the different practices in network design and competitive tendering is necessary in Liminka. For example, competitive tendering with several operators, a closer design among different operators and the creation of common operating models would increase cost-effective and developmental activities. The thesis results also focused on the important role of town planning in network building and in the organization of water supply systems. In Liminka, where new construction is mainly focused on the areas of town planning, planning should take into account floods, flood risk areas and the prioritization of storm water management. From the aspect of joint construction, town planning is one of the most significant source of information to network operators and an important economic and operational basis for the networks. Under these circumstances, town planning should act as the main coordinator to bring network operators together in various projects. While the networks of various municipalities and companies are in different phases in construction and renovation, the benefits and disadvantages of the joint construction should be focused on the situations that are currently underway in the area concerned. The main purpose of this thesis was to clarify the development targets in the Liminka municipality, but the results can also be applied to the municipalities in Finland which are approximately the same size despite the fact that practices may vary regionally.

Global warming is one of the biggest challenges humankind currently faces. This made it necessary to limit carbon emissions from many industries including iron and steelmaking industry. Many sintering plants were shut down due to legal and environmental consideration. Briquetting process emerged as an attractive alternative for the purpose of recycling by-products. When used as feed to blast furnace, briquettes must have adequate chemical composition and mechanical properties so they would not disturb the process inside the furnace. In this work, eleven by-products were received from SSAB plant in Raahe to be used as part of briquettes recipe. The by-products materials were characterized using different techniques such as XRF, XRD, LECO and SEM. Particle size distribution was determined using sieving and laser diffraction techniques. EMMA (Elkem Materials Mixture Analyser) software was used to study the packing of different briquette recipes. Mechanical properties of produced briquettes were measured using several tests such as compression, drop and tumbler tests. The effect of incorporation of BF and BOF sludge to briquette recipe was studied. The results indicated that briquettes with up to 8% introduced sludge to the recipe maintained adequate mechanical properties. However, zinc input to the furnace utilizing this recipe exceeded suitable level for smooth furnace operation. The effect of incorporating lignin to briquette recipe to replace the rapid cement was studied. The results showed that using lignin as a substitute to rapid cement resulted in catastrophic reduction in briquettes strength. / Ilmastonmuutos on tällä hetkellä yksi ihmiskunnan suurimmista haasteista. Ilmastonmuutoksen vuoksi teollisuuden, mukaan lukien rauta- ja terästeollisuuden, on välttämätöntä vähentää CO₂-päästöjä. Viime vuosien aikana sintraamoja on suljettu oikeus- ja ympäristönäkökulmista johtuen. Briketöintiä pidetään kiinnostavana korvaavana vaihtoehtona sivutuotteiden kierrättämiseen. Käytettäessä brikettejä masuunin syötteessä, briketeillä täytyy olla sopiva kemiallinen koostumus ja mekaaniset ominaisuudet, jotta ne eivät häiritse uunin toimintaa. Tässä työssä briketit valmistettiin yhdestätoista erilaisesta SSAB:n Raahen tehtaan sivutuotemateriaalista. Tutkimuksissa käytetyt sivutuotemateriaalit karakterisoitiin käyttämällä XRF-, XRD-, LECO- ja SEM-analyysejä. Partikkelikokojakauma määritettiin seulomalla ja laser-diffraktiolla. EMMA (Elkem Materials Mixture Analyser) ohjelmalla tutkittiin eri brikettireseptien pakkautumiskäyttäytymistä. Valmistettujen brikettien mekaanisia ominaisuuksien tutkimiseen käytettiin puristus-, pudotus- ja rumputestejä. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin BF- ja BOF-liejujen käytön vaikutusta brikettien ominaisuuksiin. Tulosten perusteella brikettien mekaaniset ominaisuudet säilyivät tarkoituksenmukaisina, kun brikettireseptissä käytettiin maksimissan 8 % BF- ja BOF-liejua. Reseptin sisältämä sinkin määrä syötettynä masuuniin kuitenkin ylittää masuunin esteettömän toiminnan vaatiman tason. Tutkimuksen toisessa vaiheessa tutkittiin ligniinin käyttöä brikettireseptissä rapid-sementin korvikkeena. Tulokset osoittivat, että ligniinin käyttö rapid-sementin korvikkeena briketeissä johtaa huomattavaan lujuuden laskuun.