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.

The purpose of this thesis was to create a Flowbat program for the calculation of the activity coefficients of species in different electrolyte solutions. In these solutions, electrolytes have dissociated into ions, which greatly increases the non-ideality of the solution even in small concentrations. Modeling of electrolytic solutions becomes essential when bioprocesses are considered, as they typically have several electrolytes present in the considered system. The highly non-ideal behavior must be accounted for accurately when estimating activity coefficients, and consequently the properties of the system at phase and reaction equilibrium. The theory part of this thesis begins by introducing the main principles behind vapor-liquid equilibrium calculations, which are the so-called “phi-phi” and “gamma-phi” approaches, for both electrolyte and non-electrolyte solutions. Next, different alternatives to estimate the fugacity coefficients and activity coefficients in the electrolyte solutions are presented. The fugacity coefficients and activity coefficients are calculated with different equations of state and activity coefficient models, respectively. The selection between the models is not straightforward, but the generally applied approach is to use the activity coefficient models. Because of this, different activity coefficient models, such as eNRTL and LIQUAC, will be mostly examined in this thesis. Some equations of state have also been extended for electrolyte solutions, but they are rarely used due to their inaccuracy in highly non-ideal systems. Inclusion of ionic species also necessitates the use of different thermodynamic standard states for them. Therefore, the general concepts of the generally applied standard state conventions and how they are chosen will be presented as well. The presence of ions in the solution means that the behavior of the solution is dependent on both long- and short-range interactions between species. The short-range interactions can be modeled with typical non-electrolyte activity coefficient models, whereas the modelling of the long-range interactions needs different models. The electrostatic forces induced by the ions are long-range interactions. These phenomena can be modeled through the use of Poisson Boltzmann theory and Born model, and their effect on activity coefficients are accounted mainly with the Debye-Hückel and the mean spherical approximation theories. As most activity coefficient models rely on the Debye-Hückel theory for representing long-range Coulombic interactions, it will be given special attention in the theory part of this thesis. In the applied section of this thesis, symmetric eNRTL activity coefficient model was chosen for a more in-depth analysis, and it was programmed into Flowbat simulation software with the Fortran programming language. The validity of the created Flowbat program was evaluated by comparing its results against the results of the basically identical eNRTL-SR model of Aspen Plus. The tests were performed with the following mixtures: water + 1-propanol + NaCl, water + 1-propanol + NaCl + CaCl₂, water + formic acid, water + ammonia + hydrogen sulfide. Deviations between the activity coefficients of the created Flowbat program and Aspen Plus proved to be negligible. The small deviations are most likely caused by the fundamental differences between the simulation software. Thus, the main goal of the thesis work was reached succesfully. The steps taken during the creation of the Flowbat program and the Aspen Plus simulation have been documented in detail, which can serve as a guideline for the future implementation of the electrolyte models in different process design and analysis studies with electrolyte solutions. / Tämän työn tarkoituksena oli luoda Flowbat ohjelma jolla pystytään laskemaan elektrolyyttiliuoksissa olevien komponenttien aktiivisuuskertoimet. Näissä liuoksissa elektrolyytit ovat dissosioituneet ioneiksi, jotka pienissäkin pitoisuuksissa kasvattavat liuoksen epäideaalista käyttäytymistä suuresti. Elektrolyyttiliuosten käyttäytymisen mallintaminen on keskeisessä osassa etenkin erilaisten bioprosessien tarkastelussa, koska näissä prosesseissa on tyypillisesti useita elektrolyyttejä seoksessa. Tämä erittäin epäideaalinen käyttäytyminen täytyy huomioida tarkasti aktiivisuuskertoimia laskettaessa, joka myös vastaavasti vaikuttaa systeemin ominaisuuksiin faasi- ja reaktiotasapainossa. Tämän työn teoriaosa alkaa elektrolyytti- ja ei-elektrolyyttiliuosten kaasu–neste-tasapainolaskentaan käytettävien menetelmien esittelyllä. Näitä menetelmiä kutsutaan ”fii-fii” ja ”gamma-fii” lähestymistavoiksi. Seuraavaksi esitellään eri vaihtoehdot elektrolyyttiliuosten fugasiteettikertoimien ja aktiivisuuskertoimien arviointia varten. Fugasiteettikertoimet voidaan laskea erilaisilla tilanyhtälöillä, kun taas aktiivisuuskertoimet voidaan laskea aktiivisuuskerroin mallien avulla. Valinta näiden mallien välillä ei ole suoraviivaista, mutta yleisimmissä tapauksissa sovelletaan aktiivisuuskerroin malleja. Tästä syystä erinäisiä aktiivisuuskerroin malleja, kuten eNRTL ja LIQUAC, tullaan käsittelemään enimmäkseen tässä työssä. Ionien huomioiminen liuoksessa edellyttää myös eri standarditilojen käyttöä riippuen tarkasteltavasta kohteesta. On siis tarpeellista myös esitellä laajimmin käytetyt standarditilat yleisesti sekä valintaperusteita niiden valinnalle eri seoksilla. Johtuen ionien vaikutuksista, liuoksen käyttäytyminen on riippuvainen eri osaslajien välisistä sekä pitkän kantaman että lyhyen kantaman vuorovaikutuksista. Lyhyen kantaman vuorovaikutuksia voidaan mallintaa perinteisillä ei-elektrolyyteille muodostetuilla aktiivisuuskerroinmalleilla, kun taas pitkän kantaman vuorovaikutuksia täytyy mallintaa eri tyyppisillä malleilla. Ionien aiheuttamat elektrostaattiset voimat ovat pitkän kantaman vuorovaikutuksia. Näitä ilmiöitä pystytään mallintamaan Poisson-Boltzmannin teorian ja Bornin mallin avulla, sekä niiden vaikutus aktiivisuuskertoimiin voidaan huomioida Debye-Hückel ja MSA (mean spherical approximation) teorioiden avulla. Koska suurin osa aktiivisuuskerroinmalleista hyödyntää Debye-Hückel teoriaa pitkän kantaman Coulombisten vuorovaikutusten mallintamiseen, sitä käsitelleään erityisen tarkasti tämän työn teoriaosassa. Työn soveltavassa osuudessa symmetrinen eNRTL aktiivisuuskerroinmalli valittiin perusteellista tarkastelua varten ja tämä malli ohjelmoitiin Flowbat-simulointiohjelmistoon käyttäen Fortran-ohjelmointikieltä. Tämän luodun Flowbat- ohjelman tulosten paikkansapitävyyttä arvioitiin vertaamalla ohjelmalla laskettuja tuloksia Aspen Plus -simulointiohjelmiston käytännössä identtisen ENRTL-SR-mallin laskentatuloksiin. Nämä testit suoritettiin seuraavilla seoksilla: vesi + 1-propanoli + NaCl, vesi + 1-propanoli + NaCl + CaCl₂, vesi + muurahaishappo, vesi + ammoniakki + rikkivety. Erot tässä työssä muodostetun Flowbat-ohjelman ja Aspen Plus -ohjelman laskemissa aktiivisuuskertoimissa osoittautuivat suhteellisen vähäisiksi. Nämä pienet erot johtuvat todennäköisesti käytettyjen ohjelmistojen perustavanlaatuisista eroavaisuuksista. Täten tämän työn varsinainen päämäärä saavutettiin onnistuneesti. Muodostetun Flowbat-ohjelman ja Aspen Plus simulointien luomisen välivaiheet on dokumentoitu työssä yksityiskohtaisesti, joten muodostettua Flowbat-ohjelmaa voidaan tulevaisuudessa käyttää elektrolyyttimallien soveltamiseen erilaisiin prosessisuunnittelu- ja -analyysitarkasteluihin.

This thesis was done as an assignment and supervision of Outotec (Finland) Oy. The experimental part was carried out in the facilities of Oulu Mining School, University of Oulu. In this work two mixing mechanism setups, A and B, are compared in a pilot scale flotation cell, TankCell® 1. The aim of the thesis is to compare the gas dispersion ability of the two mixing mechanisms. The secondary goal is to define optimal operation ranges for these mixing mechanisms. The comparison is based mainly on gas dispersion parameters: gas hold-up, superficial gas velocity, bubble size and bubble surface area flux. Furthermore, power consumption and sanding of the mixing mechanisms is measured. The experiments are conducted both in two-phase system (water and air) and in three-phase system (solid, water and air). A wide range of hydrodynamic conditions were studied to cover the conditions used in actual mineral processing plants. The conditions were varied using rotor tip speeds from 4 to 7 m/s, and overall superficial gas velocities from 0.5 to 2.5 cm/s. The results of this study indicate that significant differences exist between the gas dispersion properties of the two mixing mechanisms. Mixing mechanism setup A performed substantially better at operating conditions with high air flow rates. Mixing mechanism setup B struggled to maintain good air dispersion at high air flow rates, but gave promising results at low air flow rates. The results of this study can be used as a background for future research. Furthermore, suggestions for future pilot scale testing procedures are reported. / Tämä diplomityö on tehty Outotec (Finland) Oy:n toimeksiannosta ja valvonnassa. Työn kokeellinen osa on toteutettu Oulun yliopiston kaivannaisalan tiedekunnan tiloissa. Diplomityössä vertaillaan kahta sekoitusmekanismia, A ja B, pilottivaahdotuskenno TankCell®-1:ssä. Diplomityön tarkoituksena on vertailla näiden sekoitusmekanismien kykyä dispergoida ilmaa. Toissijaisena tavoitteena on määritellä sekoitusmekanismien optimaaliset toimintaolosuhteet. Sekoitusmekanismien vertailu perustuu kaasun dispersioparametreihin: kaasun tilavuusprosenttiin, ilmavuohon, kuplakokoon sekä kuplien pinta-alavuohon. Lisäksi mitataan sekoitusmekanismien tehonottoa ja hiekoittumista. Testit on suoritettu sekä kaksifaasisysteemissä (vesi ja ilma) että kolmifaasisysteemissä (kiintoaine, vesi ja ilma). Testeissä sekoitusmekanismeja tutkittiin laajasti eri toimintaolosuhteissa, joita rikastamoilla tyypillisesti käytetään. Toimintaolosuhteita muutettiin käyttämällä roottorin kehänopeuksia 4–7 m/s sekä teoreettista ilmavuota 0,5–2,5 cm/s. Diplomityön tulokset osoittavat, että sekoitusmekanismien välillä on suuria eroja niiden kyvyssä dispergoida ilmaa. Sekoitusmekanismi A:n tulokset olivat selkeästi mekanismi B:tä parempia käytettäessä suuria ilmamääriä. Sekoitusmekanismi B ei pystynyt käsittelemään yhtä suuria ilmamääriä, mutta antoi lupaavia tuloksia pienemmillä ilmamäärillä. Saatuja tuloksia voidaan käyttää jatkotutkimuksen pohjana. Pilottikokoisten vaahdotuskokeiden tekijät voivat hyötyä tässä työssä tehdyistä huomioista.

Energiatehokkuuden parantaminen säästää yhteiskunnan varoja ja auttaa pääsemään lähemmäs hiilineutraalisuuden tavoitetta. Tässä työssä tarkastellaan vesijohtoverkoston pumppausohjelman muuttamista yöaikaisesta vesitornin täytöstä tasaisen pumppaamisen malliin ja vesitornille sijoitetaan paineenkorotuspumppu. Tasaisen pumppaamisen mallissa vesilaitos tuottaa vesitarpeen tasaisesti päivän mittaan eikä reagoi veden käyttötarpeen muuttumiseen. Vesitornin tehtäväksi jää vedenkäytön ja tuotetun veden välisen erotuksen tasaaminen. Tasainen verkostopumppaus voi osoittautua tehokkaimmaksi ajotavaksi, kun vesitornin vedentilavuus ei ole suuri verrattuna kulutukseen. Verkostosta tehtyä simulointimallia käytetään verkoston tilan, kuten veden iän, selvittämiseen. Työssä tarkasteltiin Oulunsalon vesijohtoverkostoa. Vesijohtoverkostosta luotiin simulointimalli EPANET- ja FCGnet-ohjelmiin. Simulointiohjelmia käytettiin verkostopumppauksen energiakulutuksen, veden iän, virtaamien, paineiden ja vedenjakajan tarkasteluun. Energialaskelmat tehtiin FCGnet-ohjelman simulointien perusteella. Työn tarkastelu rajattiin vesilaitoksien alavesisäiliöstä verkoston kulutuspisteisiin. Tulosten perusteella tasainen verkostopumppaus vähentää verkostopumppauksen energiankulutusta 6–8 %. Vesilaitoksen tietojen mukaan vesitornin veden ikä oli 6 päivää. Mallinnusohjelma huomioi verkostosta takaisin virtaavaa vettä, jolloin vesitornin veden ikä osoittautui nykyisessä ja tasaisen pumppauksen mallissa 10 päiväksi. Vesitornin veden ikää voidaan alentaa muuttamalla pumppaustyyppiä kahden eri tasaisen virtaaman tasoon tai paine–täyttö-ohjaukseen. Uusilla pumppaustavoilla veden vaihtuvuus vesitornissa kasvoi 42 prosenttiin, kun nykyisillä pumppaustavoilla vesitornin vedestä vaihtui päivän aikana 18 prosenttia. Vesitornin veden vaihtuvuutta alentavat pumppaustyypit alensivat verkostopumppauksen energiankulutusta 8–12 % ja vesitornin veden ikä laski 4,6 päivään. Tasaisen verkostopumppaamisen hyötyihin vaikuttaa verkoston rakenne. Vesitornin veden tilavuuden ollessa suuri verrattuna kulutukseen voi vesitornin veden vaihtuvuus ja veden ikä osoittautua ongelmaksi. Vesitornin ollessa korkea voi vesitornin paineenkorotuspumpun vaikutus kasvaa suuremmiksi. Esimerkkikohteessa, vesitornin veden iän vuoksi on suositeltavampaa käyttää tasaisen pumppauksen tai nykyisen mallin sijasta suurempaa vedenvaihtuvuuden mallia ja asentaa vesitornille paineenkorotuspumppu. Oulunsalon verkostosimuloinnissa saavutettiin 25 % säästöt verkostopumppauksen energiankulutuksessa, kun pumppaustyypin vaihdon lisäksi huomioitiin vesilaitoksen suunnittelemat tulevat uudet runkolinjat ja Salonselkään (toinen vesilaitoksista) sijoitettiin virtaamaa vastaava pumppu. / Improving energy efficiency saves public funds and helps to get closer to the goal of carbon neutrality. The aim of this study was to change the water network pumping scheme, from night-time water tower filling to steady state pumping and observe the effects in energy consumption. In steady flow pumping, waterworks produce and spread water evenly throughout the day, and do not react to the changes in water usage. Water tower eliminates changes in the water consumption in steady state pumping model. The steady state pumping model allows the water purification processes in the waterworks to operate more smoothly. Oulunsalo water supply network was taken as a case study. Simulation from the water supply network was done in Epanet and FCGnet programs. Simulation programs were used for network data analysis. Energy calculations were made on the basis of simulations of FCGnet program, since FCGnet program models more accurately the energy consumption of the pumps. The study was limited between waterworks tanks and consumption points of the network. Based on the results the steady state pumping reduce water network pumping energy consumption by 6 to 8%. According to the data of the waterworks the water age in the water tower would be 6 days. The modeling program took into account the flow back from network to the water tower. The water tower water age turned out to be 10 days in the current model, and a steady flow pumping model. Water tower water age was lowered by changing the type of pumping on two steady state flow levels or by using pressure–filling control. The water turnover in the water tower was 18 per cent of the tank volume when using current pumping model and it grow to 42 per cent. Two different steady state flow pumping types reduced network pumping energy consumption by 8 to 12% and the water age in the water tower decreased to 4.6 days. Network structure affects the benefits of network pumping. In the case study the water tower volume is large compared to the consumption of the water and water age in the water tower prove to be a minor problem. At high water towers, the effects of the towers booster pump grows larger. A steady state pumping model prove to be the most effective, when the water tower water volume is not large in comparison to consumption. If the water tower tank volume grows in comparison to consumption then the two steady state flow is the best option. In the case study, due to the water age in the water tower, it is preferable to use the Pressure–Filling or two steady state flow model and install a water tower booster pump. Pressure–Filling or two steady state flow model increases the water turnover in water tower. With network-specific optimization in Oulunsalo network, up to 25 % savings in pumping energy consumption could be achieved, based on the model.

Greenhouse gas emissions caused by iron and steel industry are an important part of the world’s total greenhouse gas emissions. This bachelor’s thesis aims to compare different biofuels, which could replace the fossil fuels use in the process. The comparison takes place mainly in production costs and production technologies angles. The data used in this work is collected together from articles about bioenergy and biofuels, that are published in year 2005 or after. When comparing the biofuels, their feedstock, production capacity, production technology, location, base year and production costs are taken into account. Each biofuel is also analysed in more detail in their own chapters. Finally, the data is tabulated for easier comparison. To ease the comparison, the production costs of different biofuels are collected and unified into a single table. It can be stated from the results, that as a general rule, the surveyed biofuels are uneconomical compared to the fossil fuels used in the iron and steel industry. However, as bio reductants are receiving constantly more attention, new production methods as well as new possibilities for their future exploitation in industry can be assumed, while replacing fossil fuels and reducing greenhouse gas emissions. / Rauta- ja terästuotannon aiheuttamat kasvihuonepäästöt ovat merkittävä osa maailman kokonaiskasvihuonepäästöistä. Kandidaatintyön tavoitteena on vertailla eri biopolttoaineita, joilla olisi mahdollista korvata prosessissa käytettäviä fossiilisia polttoaineita. Vertailu tapahtuu pääosin tuotantokustannuksien ja -teknologioiden näkökulmista. Työssä käytetyt tiedot on koottu vuonna 2005 ja sen jälkeen julkaistuista bioenergiaa ja -polttoaineita koskevista artikkeleista. Biopolttoaineita vertaillessa on otettu huomioon niiden valmistuksessa käytettävät raaka-aineet, tuotantokapasiteetti, tuotantoteknologia, sijainti, perusvuosi ja tuotantokustannukset. Jokainen työssä käsitelty biopolttoaine on myös analysoitu tarkemmin omassa luvussaan. Tiedot ovat lopuksi taulukoitu helpompaa vertailua varten. Vaihtoehtojen valmistuskustannuksia on myös pyritty yhtenäistämään taulukossa. Tuloksista voidaan todeta tarkasteltavien biopolttoaineiden olevan pääsääntöisesti taloudellisesti kannattamattomia verrattuna rauta- ja terästeollisuudessa käytössä oleviin fossiilisiin polttoaineisiin. Biopelkistimien saaman kasvavan huomion voidaan kuitenkin olettaa tuovan uusia valmistusmenetelmiä sekä mahdollisuuksia niiden hyödyntämiselle tulevaisuuden teollisuudessa korvaten fossiilisten polttoaineiden käyttöä, samalla kasvihuonepäästöjä pienentäen.