Pohjoisen vesistöissä happamuus tuottaa usein ongelmia vesien ekologiselle tilalle ja virkistyskäytölle. Kausittaista happamuutta esiintyy yleensä alueilla, joilla sijaitsee turvepitoisia happamia sulfaattimaita. Tässä työssä pyritään löytämään uusien paikkatietoihin perustuvien menetelmien avulla happamuuden lähteitä ja keinoja happamuuspiikkien ennakoimiseksi. Pohjois-pohjanmaalla Oulun lähistöllä sijaitseva Sanginjoki on yksi kausittaisesta happamuudesta kärsivistä vesistöistä. Sanginjoen happamuuden lähteitä ja arvoja on tutkittu Suomen ympäristökeskuksen Kaupunki ja vesi — Sanginjoen virkistyskäyttöarvon parantaminen ja ekologinen kunnostus -hankkeessa, jonka koko valuma-alueen kattavaan ja jatkuvatoimiseen pH-mittausaineistoon tämä työ pohjautuu. Työssä verrataan Sanginjoen valuma-alueelta saatuja veden minimi pH-arvoja kunkin pH-mittauspisteen muodostaman alivaluma-alueen paikkatietoihin/valuma-aluetekijöihin. Sanginjoen alueen valuma-aluetekijätiedot saatiin CSN:n PaITuli ja GTK:n Hakku -paikkatietojen latauspalveluista. Paikkatietojen käsittely ja mittapisteiden alivaluma-alueiden muodostaminen työssä tehtiin ArcGIS:n karttapohja ArcMap:lla. Työn tuloksissa löytyi yhteys happamien sulfaattimaiden, suoalueiden ja eräiden maaperäluokkien happamuutta vahvistavasta vaikutuksesta. Lisäksi eräät maaperäluokat ja laajemmat vesistöalueet työn tulosten perusteella vähentävät happamuutta virtavesissä. Tulosten pohjalta luotiin happamuutta kuvaava usean muuttujan regressiomalli, jonka avulla voidaan ennustaa lähes puolet (42,3 %) veden minimi pH-arvon suuruudesta. Tulokset antavat tukea jo aiemmin tunnetuille toimenpiteille happaman kuormituksen synnyn ehkäisemiseksi. Tietoja tulisi hyödyntää maankäytön suunnittelussa erityisesti Suomen rannikkoseutujen sulfaattimaavyöhykkeellä. / Acidification of water courses is a serious problem to the ecological status and the recreational use of lakes and rivers. Seasonal acidity is a common phenomenon in the northern areas which consists of peatlands and sulphate soils. This thesis includes new geographical information system (GIS) based methods to identify the sources of acidity and ways to predict the acidification peaks of streams. River Sanginjoki at Northern Ostrobothnia, Finland is one of the river systems where periodic acidity occurs frequently. The sources and rates of acidity in the River Sanginjoki have been studied in previous projects. This thesis is utilize previous databases and is based on the whole river basin. The relations between the minimum pH-values of each measurement and the properties of their sub-catchments were studied in this thesis. The data of the catchment properties were downloaded from Finnish GIS databases PaITuli and Hakku. The processing of the catchment data and the formation of the sub-catchment areas were performed using the ArcGIS software package. The results showed acidity increasing effects with presence of the sulphate and four other soil types, and peatlands in the catchment area. Also evidence of decreasing acidity with certain soils types and water areas were found. A multiple regression model, which can be used to predict a sample’s minimum pH-value. The regression model can determine almost half (42.3%) of the variation of the minimum pH-value. The results of this thesis support the known methods of preventing the formation of acid loads. Further on they can be suitable for planning the land use, especially in the coastal areas of Finland sulphate soils are common.

Turvetuotannon vesien pumppauksessa ja puhdistuksessa on perinteisesti käytetty energianlähteinä verkkosähköä, dieselaggregaattia ja dieselmoottoria. Viime aikoina on herännyt kiinnostus uusiutuvan ja paikallisen energian hyödyntämiseen pumppauksessa. Uusiutuvan energian käyttämisessä tavoitteena on mm. säästää pumppauksen energiakustannuksissa. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin turvetuotannon pumppauksen ja energiaratkaisujen yhteensovittamisen periaatteita ja mahdollisuuksia. Työssä kartoitettiin nykyisiä pumppaus- ja vedenjohtamisratkaisuja turvetuotannossa sekä visioitiin mahdollisia tulevaisuuden ratkaisuja. Kartoitukseen kuului vierailuja 20 pumppaamolla eli koekohteella kesällä 2015. Kohteet valittiin yritysten edustajien kanssa siten, että ne joko kuvaavat tyypillisiä pumppausratkaisuja tai esittelevät jo käytössä olevia erikoisuuksia. Koekohteita oli melko vähän, joten niistä ei voi päätellä luotettavasti pumppausratkaisujen yleisyyttä. Kohteet sijaitsevat ympäri Suomea; eteläisin Riihimäellä ja pohjoisin Oulun Ylikiimingissä. Jokaisesta koekohteesta täytettiin kysymyslomake. Lomakkeessa selvitettiin perustiedot kohteen pumppaamosta, pumpusta ja vedenjohtamisratkaisuista. Lisäksi selvitettiin kokemuksia ja kehitysideoita pumppaukseen liittyen. Koekohteista puolet on painepumppaamoja. Pengerpumppaamoja on neljä, kelluvia keskipakopumppuja kaksi, pengerryspumppuja kaksi, yksi itseimevä pumppu sekä yksi mekaaninen tuulipumppu. Yhdeksän kohteen energialähde on sähköverkko, kuuden dieselaggregaatti, neljän dieselmoottori ja yhden tuuli. Kohteista 12:lla on ympärivuotinen ja kahdeksalla tuotannon aikainen pumppaus. Kaikki ympärivuotisen pumppauksen kohteet ovat joko paine- tai pengerpumppaamoja. Sähkö- ja dieselpumppaamojen teho vaihtelee kolmesta kW:sta kahteen 22,5 kW:n pumppuun samalla kohteella. Pumppujen tilavuusvirrat vaihtelevat noin 2000–30 000 l/min välillä. Viidellä kohteella on kaksi samanlaista pumppua ja 13:lla yksi pumppu. Lisäksi tuulipumppu ja sen varapumppu ovat kaksi erillistä kohdetta. Uusiutuvaa energiaa hyödyntää kolme kohdetta. Näistä kahdella on dieselaggregaattipumppaamo, joissa akkujen lataus ja automatiikka toimii osittain tuuli- ja aurinkoenergialla. Näissä kohteissa pieni aurinkokenno ja tuulimylly on sijoitettu konttiin. Yhdellä kohteella on mekaaninen tuulipumppu, jota tarvittaessa tukee kelluva dieselpumppu. Tuulen voimalla voidaan pumpata vettä joko mekaanisesti tai tuottamalla sähköä tuuliturbiinilla. Perinteisillä mekaanisilla ratkaisuilla pumppujen tilavuusvirrat jäävät pieniksi, alle 1000 l/min. Mekaanisesta tuulipumpusta on saatavilla kaupallisia sovellutuksia ulkomailta. Mekaanisilla tuulimyllyillä toimivat pumput soveltuvat jatkuvaksi ”peruspumppaukseksi”, mutta suuremmilla virtaamilla ne saattavat tarvita rinnalleen tehokkaamman pumpun. Mekaanisen tuulipumpun käyttäminen esimerkiksi dieselpumpun lisäksi vähentää polttoainekustannuksia. Sähköllä toimivia pumppuja voidaan käyttää auringon, tuulen tai molempien voimalla hybridijärjestelmissä. Tuulettomien ja pilvisten päivien varalta järjestelmiin voi kuulua myös aggregaatti. Uusiutuvan energian sovelluksilla riittävän suuren tilavuusvirran saavuttaminen voi olla vaikeaa. Varapumput ja suuri varastotilavuus tuotantoalueella helpottavat tehokkaan kuivatuksen saavuttamista. Tuulivoiman hyödyntämisessä haaste on tuulimyllyn — joko mekaanisen tai sähköisen — rakentaminen suolle. Paikallisen sähköntuotannon haaste on sähkön varastointi tuulettomia ja vähemmän aurinkoisia aikoja varten. Akkutekniikka kehittyy ja akkujen hinta laskee, ja tulevaisuudessa aurinko- ja tuulisähkön hyödyntämisen sovellettavuus ja kannattavuus turvetuotannon vesien pumppaamisessa paranee. / The traditional energy sources for pumping and treating peat mining drainage waters are electrical network, diesel generators and diesel motors. Lately the interest towards renewable and local energy as a power source for pumping has emerged. The hope is that utilization of renewable energy will bring savings in pumping costs. This thesis studies the principles and possibilities of combined pumping and energy solutions in peat mining drainage. The thesis surveys current pumping and water conducting solutions and envisions possible future solutions. The survey of current solutions included visits to 20 pumping stations (test subjects) in the Summer 2015. The subjects were chosen in collaboration with employees of the peat mining companies. Each subject is either a representation of typical pumping solution or a specialty already in use. The amount of test subjects is low, so the frequency of each solution cannot be deducted from the material. The test subjects are located across Finland; the southernmost in Riihimäki and the northernmost in Oulu. A questionnaire was filled for every test subject. Questions included basic information on the pumping station, the pump and the water conducting solution. In addition experiences and ideas for development of pumping solutions were asked. Half of the test subjects (10) are pressure pumping stations. Four subjects are shaft pumping stations, two floating impeller pumps, two embankment pumps, one lobe rotor pump and one mechanical wind pump. The energy source for nine test subjects is electrical network, for two a diesel generator, for three a diesel motor and for one wind. Twelve test subjects use round-year pumping and eight subjects work only during production time. All round-year working subjects are either pressure or shaft pumping stations. The power of electrical pumps varies between a 3kW pump and two 22,5 kW on the same site. The volume flow of pumps varies between roughly 2000 and 30 000 l/min. Five test subjects have two similar pumps and 13 only one pump. In addition the mechanical wind pump and its backup pump are two separate subjects. Three test subjects utilize renewable energy. Two of them have generators as power sources with a small wind turbine and a solar panel to load batteries and power automation. One test subject is a mechanical wind pump with a backup pump powered by a diesel motor. The power of wind can be used for pumping either mechanically or by producing electricity with a wind turbine. With traditional mechanical pumps the volume flows are less than 1000 l/min. Commercial mechanical wind pumps are available outside of Finland. Mechanical wind pumps are applicable for basic pumping in normal conditions, but may need a backup pump during higher flow rates. Using a mechanical wind pump with a diesel pump reduces fuel costs. Electric pumps can be powered by wind or solar energy or both by using hybrid systems. The systems can include a backup generator for days without wind of solar radiation. Reaching high volume flows with renewable energy solutions is a challenge. Backup pumps and high storage capacity on the production area facilitate effective drainage. Building a wind turbine and its mast on a production area can be challenging due to soft soil. The challenge of local electricity production is storing the electricity for cloudy and windless days. Battery technology evolves quickly and the cost of batteries decreases. In the future the availability and profitability of using wind and solar energy to power pumps in peat mining improves.

Työssä tarkastellaan junan nopeuden vaikutusta raskaan rautatieliikenteen aiheuttamaan tärinään. Junan nopeuden rajoittaminen on tällä hetkellä tärkein keino ehkäistä tärinähaittoja Suomessa, ja tärinästä johtuvia nopeusrajoituksia on rataverkolla 18. Nopeusrajoitusta asetettaessa junan nopeus on yleensä laskettu ensin nopeuteen 60 km/h, ja jos tämä ei ole toiminut, on rajoitusta laskettu nopeuteen 40 km/h. Nopeuden vaikutusta tärinään ei ole kuitenkaan usein tarkemmin tutkittu. Työn tavoitteena oli selvittää, miten junan nopeuden laskeminen vaikuttaa rautatieliikenteen aiheuttaman tärinän suuruuteen ja taajuussisältöön. Oletuksena oli, että junan nopeuden laskiessa myös tärinä pienenee. Työtä varten suoritettiin liikennetärinämittauksia Limingan kunnassa Pohjanmaan radan varressa. Kohteeksi valittiin alue, jossa asukkaat olivat valittaneet tärinästä. Radan ja asuinrakennuksen väliin asennettiin neljän mittarin mittalinja, joka mittasi tärinää maaperässä Lisäksi kaksi mittaria asennettiin mittalinjan päähän asuinrakennukseen. Mittalinja oli pidempi kuin liikennetärinämittauksissa yleensä, ja ulottui noin 600 m päähän radasta. Mittarit mittasivat kaikkia kolmea tärinän suuntakomponenttia kolmen viikon ajan. Tänä aikana raskaat tavarajunat ohjeistettiin ajamaan kohteen ohi eri nopeuksilla, jotka vaihtelivat välillä 40–70 km/h. Tarkasteltaviksi valittiin mahdollisimman samanpainoisia junia. Mittaustuloksia tarkasteltiin värähtelyn heilahdusnopeuden huippuarvon sekä värähtelyn hallitsevan taajuuden kautta. Mittausten perusteella todettiin, että junan nopeuden alentaminen vaikuttaa tärinän suuruuteen laskevasti. Kuitenkin nopeuksilla 58–60 km/h tärinä yllättäen kasvoi muodostaen paikallisen tärinähuipun. Etäisyyden kasvaessa liian suureksi yhteyttä ei voitu enää havaita, sillä tärinä oli hyvin vähäistä. Rakennuksesta mitatut tärinän arvot olivat hyvin alhaisia. Junan nopeudella oli myös selkeä yhteys tärinän hallitsevaan taajuuteen. Junan nopeuden kasvaessa tärinän hallitseva taajuus muuttui korkeammaksi. Yhteys oli nähtävissä myös kauempana radasta, ja näkyi myös rakennuksesta mitatussa tärinässä. Tärinän taajuus pysyi samana etäisyyden kasvaessa. Junan nopeuden rajoittaminen vähentää tärinähaittaa työn perusteella useimmissa tapauksissa. Nopeusrajoitusta asetettaessa on kuitenkin otettava huomioon, että ns. kriittisen nopeuden kohdalla ilmenevän tärinähuipun esiintyminen on muissakin kohteissa mahdollista. Kriittinen nopeus on todennäköisesti kohteelle ominainen, eikä tässä työssä löydetty nopeus ole yleistettävissä kaikille kohteille. Pienelläkin muutoksella junan nopeudessa voi kuitenkin olla yllättävän suuri merkitys tärinän suuruuteen. / The thesis concentrates on train-induced vibration caused by heavy freight trains. Limiting the train speed is the most important mitigation measure of train-induced vibration in Finland at the moment. There are 18 sites with speed limits due to vibration on the Finnish railway network. Speed limits are usually set by first limiting the speed to 60 km/h. If the 60 km/h speed limit seems to have no effect on the vibration the speed is limited to 40 km/h. However, the effects of restricting train speed are rarely studied further. The aim of this research was to find out how restricting train speed affects vibration magnitude and frequency. The hypothesis was that restricting train speed would mitigate vibration. Traffic vibration levels were measured at a test site in Liminka for this research. The site was chosen due to complaints about vibration from the residents. A survey line with four vibration monitors was installed on the ground between the track and a dwelling. In addition, two monitors measured vibration in the house. The survey line was 600 m long. The monitors recorded vibration in all three dimensions for three weeks. During the measurements the passing trains were instructed to drive at different speed in the speed range of 40–70 km/h. The trains in the same weight range were chosen to be studied. The results were evaluated by examining particle vibration velocity and dominant frequency. According to the measurements, restricting the train speed mitigates vibration. However, when the train speed was 58–60 km/h the vibration level grew suddenly higher forming a vibration peak. As the distance from the track grew, the effect of train speed could not be observed due to low vibrations levels. The vibration level in the dwelling house was also low. The train speed had a clear relation to the dominant frequency of the vibration. Increasing the train speed made the frequency higher. This relation could be observed also at longer distances from the track and it be observed in the house as well. The frequency did not depend on the distance. Limiting the train speed mitigates vibration in most cases according to the study. However, when setting the speed limit the possibility of vibration peak occurring at a critical speed should be taken into account. The critical speed is likely to depend on the site. Thus the critical speed found in this study cannot be generalized. Nevertheless, even small changes of the train speed could have significant effects on the vibration.

In this thesis, alkali activation of fayalite slag was investigated. The slag utilized is a waste by product from nickel production, the activation of which resulted in the formation of a geopolymer binder of acceptable properties. The need for a reduction in overall waste output as well as the cementitious properties exhibited by this slag motivated this study. The literature section of this research provides an insight on the previous work in the area of geopolymerization, the source materials used, the activators employed as well as the properties exhibited by various geopolymer products. The experimental section reports the particle size distribution and particle size optimization as well as geopolymer synthesis. The size reduction was carried out by milling for a required time while the particle size optimization and mix design was done with “Elkem Material Mixture Analyser (EMMA). The milling reduced the particle size of fayalite slag to 10.08 µm after 3 hours which is sufficient fineness for most geopolymer precursors. Different mix compositions were activated with potassium silicate and sodium hydroxide at varying mass ratio with the one activated with 50:50 mass ratio of NaOH /K₂SiO₃ had the highest mechanical strength. The workability and setting time were good for the mixtures with liquid to solid ratio from 0.1–0.2. Compressive strength test were carried out on various mix compositions and the result shows the maximum compressive strength of 16.5 MPa was achieved at room temperature after 28 days. The water absorption was very low (5%). It was also noticed that the strength after water absorption was higher than the unconfined compressive strength due to subjection of slag geopolymer to elevated temperature before water absorption. The alkali activation of fayalite slag has shown promising properties which could further be improved for better mechanical performance.

Tämän työn tarkoituksena on tutkia Kyrönjoen yläosan tulvapengerrysalueiden käytön optimointia kesä- ja syystulvatilanteissa siten, että tulvavahinkokustannukset jäisivät tulvavaara-alueella mahdollisimman pieniksi. Kesä- ja syystulvien aikana maanviljelyskäytössä olevilla tulvapengerrysalueilla voi syntyä satovahinkokustannuksia, mikäli alueille joudutaan johtamaan Kyrönjoesta vettä. Tutkimuksen tavoitteena on myös selvittää, voitaisiinko veden johtamista tulvapengerrysalueille viivästyttää nykyisestä käytännöstä ja mahdollisesti löytää uusi suositus vedenpinnankorkeudelle, jonka ylittyessä veden johtaminen tulvapengerrysalueille kannattaa aloittaa kesä- ja syystulvien aikana. Nykyään tulvapengerrysalueiden tulvaluukut tulee avata, kun vedenkorkeus ylittää Kyrönjoen Nikkolan sillan mitta-asteikolla arvon N43 +40,00 m. Tutkimus alkaa Kyrönjoen pohjan kaikuluotauksella sekä joen virtausmallin ja tulvavaarakarttojen luomisella eri tulvatilanteille. Vesistöalueen kolmelle tärkeimmälle tulvapengerrysalueelle (Rintala, Tieksi ja Halkosaari) tehdään kustannusfunktiot, jotka kertovat satovahinkokustannusten muutoksesta vedenkorkeuden suhteen. Lisäksi tehdään rakennus- ja irtaimistovahinkojen muutoksesta vedenkorkeuden suhteen kertova kustannusfunktio tulvapengerrysalueiden ulkopuolisille asutusalueille. Lopullisissa kustannusfunktioissa asutusalueen vahinkokustannukset ja vedenkorkeus Nikkolan sillan kohdalla sidotaan joen tulvavirtaamaan ja pengerrysalueiden vedenkorkeus ja satovahinkokustannukset yhdistetään alueiden tulvaluukkujen keskimääräisiin virtaamiin tietyllä juoksutusajalla. Näiden kustannusfunktioiden avulla saadaan aikaan epälineaarinen optimointiongelma, jolle asetetaan myös ongelmaa kuvaavat rajoiteyhtälöt. Optimointiongelma ratkaistaan erisuuruisilla joen tulvavirtaamilla ja ratkaisuksi saadaan suositukset joen tulvavirtaaman jakamisesta pengerrysalueiden tulvaluukkujen ja Kyrönjoen kesken. Laskelmissa tutkitaan myös pengerrysalueiden sadonkorjuuasteen vaikutusta laskentatuloksiin. Kustannusfunktiot luotiin epätarkkuuksien minimoimiseksi Matlab-ohjelmassa kuutiollisten splinien interpolaation suorittavalla spline-algoritmilla. Epälineaarisen optimointiongelman ratkaisemiseen käytettiin Matlabin fmincon-algoritmia, joka perustuu SQP-menetelmään (Sequential quadratic programming) eli toistetun kvadraattisen optimoinnin menetelmään. Työn tuloksena saatiin aikaan tutkimusmenetelmä, jolla voidaan tutkia optimaalista tapaa johtaa vettä Kyrönjoesta tulvapengerrysalueille erilaisissa kesä- ja syystulvatilanteissa. Tutkimusmenetelmää käytettäessä voidaan huomioida pengerrysalueiden sadonkorjuuaste, joka saattaa vähentää pengerrysalueilla syntyviä kustannuksia. Menetelmän heikkoutena on se, että tutkimusta suoritettaessa pengerrysalueiden tulvaluukkujen käyttöaika on arvioitava etukäteen. Tämän työn esimerkkilaskelmassa tulvaluukkujen käyttöajaksi arvioitiin kaksi vuorokautta. Toisin sanoen tulvaluukkujen erisuuruisilla keskimääräisillä virtaamilla syntyvät satovahinkokustannukset perustuivat kahden vuorokauden mittaisiin tulvajuoksutuksiin. Tutkimusmenetelmän avulla voidaan myös tarkastella yleisesti erilaisissa tulvatilanteissa syntyviä kustannuksia. / Purpose of this thesis is to examine the optimization of the use of river Kyrönjoki flood plain areas during summer and autumn floods to minimize the flood damage costs on the flood area. During summer and autumn floods the conveyance of the water from river Kyrönjoki to the flood plain areas surrounded by banks may cause some crop damage costs, because the flood plains are in agricultural use. Another objective of this study is to find out, if it is profitable to delay the conveyance of water to the flood plain areas compared to the current practice, and possibly to find a new maximum limit for water height in river Kyrönjoki after which the water should be conveyed to the flood plain areas. Nowadays the flood gates of the flood plain areas must be opened, when the water height of river Kyrönjoki at the measurement point of bridge Nikkola exceeds value N43 +40,00 m. The study begins with the echo-sounding of the Kyrönjoki river bed and with the creation of flow model and flood maps for different flood situations. Cost functions between crop damage costs and water height are made for the three most important flood plain areas, Rintala, Tieksi and Halkosaari. Also cost function between the buildings and movables damage costs and the river water height at the bridge Nikkola is made. In the final cost functions the damage costs of the residential areas and the water height at the bridge Nikkola is bound with the river flood discharge in the same place. Also the water heights and the crop damage costs in the flood plain areas are bound to the average discharges of the flood gates during the certain opening time of the gates. A problem of nonlinear programming is constructed with the help of the cost functions and the constraints describing the problem. The created nonlinear programming problem is solved by setting different values for the river flood discharge. Recommendations for the division of the river flood discharge between the flood gates and the river are achieved as a solution for each of the flood situations. Also the impact of the harvest degree to the calculation results is examined. The cost functions were created in Matlab using the spline-algorithm, with cubic interpolation, to minimize the error. Solutions to the nonlinear programming problems were calculated in Matlab using the fmincon-algorithm, which is based on sequential quadratic programming. As a result of this thesis a research method was achieved. The method can be used to study the optimal practice to convey water from the river Kyrönjoki to the flood plain areas during different kind of summer and autumn flood scenarios. A weakness of the method is that the opening time of the flood gates must be assessed beforehand. In the example calculation of this thesis, the opening time of the flood gates was determined to be two days. This means that the crop damage costs caused by different average discharges of the flood gates were based on a two days lasting conveyance of water to the flood plains. The damage costs of different flood situations can also be generally studied with the created research method.

Diplomityön tarkoituksena oli määrittää veden stabiilien isotooppien avulla Rokuan harjun pinta- ja pohjavesien vuorovaikutussuhteita. Vedenpintojen lasku on ollut ongelmana useissa Rokuan harjun pohjavesistä riippuvaisissa järvissä. Tutkimuksessa käytettävät vesinäytteet kerättiin Euroopan unionin rahoittaman GENESIS-projektin yhteydessä. Näytteitä otettiin Rokuan alueen järvistä, lammista, pohjavesistä, joista ja ojista sekä sadannasta vuosina 2010–2012. Yhteensä näytepisteitä oli 42 ja näytteitä kerättiin talvella, keväällä, kesällä ja syksyllä. Näytteiden isotooppikoostumukset (δ-arvot) analysoitiin Picarro L2120-i-analysaattorilla, jonka toiminta perustuu lasersäteen absorptioon väliaineessa. Veden stabiilit isotoopit, ¹⁸O ja ²H, ovat luonnollisia merkkiaineita, joita voidaan käyttää hydrologisissa tutkimuksissa ja joiden käyttö perustuu niiden fraktioitumiseen hydrologisessa kierrossa. Isotooppiarvoja käytettiin määrittämään Rokuan alueelle LMWL-suora eli paikallinen meteoristen vesien suora sadanta-aineiston perusteella (δ²H = 7,60 δ¹⁸O + 6,70). Pintavesien ja pohjavesien δ-arvojen avulla määritettiin haihduntasuora (δ²H = 4,93 δ18O − 30,20) ja pohjavesien avulla pohjavesisuora (δ²H = 7,59 δ¹⁸O + 4,79). Suorat kertovat veden stabiilien isotooppien keskinäisen riippuvuussuhteen. Sadannan keskimääräinen isotooppikoostumus Rokuan alueella oli: δ¹⁸O = −13,82 ‰ ja δ²H = −98,3 ‰ ja Rokuan harjun pohjaveden keskimääräinen isotooppikoostumus oli: δ¹⁸O = −13,22 ‰ ja δ²H = −95,5 ‰. Pinta- ja pohjavesien δ-arvojen havaittiin eroavan toisistaan riittävästi, jotta veden stabiileja isotooppeja voidaan käyttää määrittämään pinta- ja pohjavesien suhteita Rokuan harjun järvissä. Isotooppiarvojen perusteella konseptualisoitiin järvien vesitaseita ja havaittiin haihdunnan fraktioivan vaikutuksen vaihtelevan järvissä. Ahveroisen järven pohjavesikomponentit määritettiin aikavälille 28.5.–7.8.2009 (GWin = 290 mm ja GWout = 316 mm). Isotooppiarvojen vuodenaikaisvaihtelua tarkasteltiin erikseen järvissä, pohjavesissä sekä joissa ja ojissa. Selvintä vuodenaikaisvaihtelu oli järvissä. Lisäksi työssä vertailtiin piidioksidin ja veden stabiilien isotooppien käyttöä merkkiaineena. Rokuan alueella voitiin piidioksidin avulla tarkentaa pohjaveden virtausaikaa ja virtaussysteemejä isotooppituloksiin nähden. Isotooppimenetelmä sopi sitä vastoin paremmin järvien vesitaseiden määrittämiseen. Järvien isotooppikoostumusten perusteella voitiin erottaa järvet (Jaakonjärvi, Kolmonen, Loukkojärvi, Saarijärvi ja Soppinen), joissa haihdunta on fraktioinut veden stabiileja isotooppeja enemmän kuin muissa tarkastelluissa järvissä. Tämä viittaa siihen, että veden viipymäajat näissä järvissä ovat pitkiä. Viipymäajalla on merkitystä siihen, miten hyvin järvet kestävät ravinnekuormitusta. Rokuan alueelle määritettyjä LMWL-suoraa, pohjavesisuoraa ja haihduntasuoraa voidaan käyttää jatkossa myös muissa hydrologisissa merkkiainetutkimuksissa, joissa käytetään veden stabiileja isotooppeja Rokuan ympäristössä. Suorien sovellettavuus heikkenee kauempana Rokuasta, sillä isotooppien suhteellinen jakauma vaihtelee alueittain. / The aim of this Master Thesis was to determine the surface water and groundwater interactions of Rokua esker area using stable isotopes of water. Water decline has been a problem in many groundwater dependent lakes in Rokua. The water samples used in this study were collected as a part of the GENESIS project funded by European Union. Lakes, ponds, groundwater, streams and precipitation were sampled during the years 2010–2012. The sampling program consisted of 42 measurement points which were sampled in winter, spring, summer and autumn. Stable isotopes of water (δ values) were analyzed from the water samples using Picarro L2120-i analyzer which utilizes the absorption of laser beam in medium. The stable isotopes of water, ¹⁸O and ²H, are natural tracers that can be used in hydrological studies and their application is based on their fractionation in the hydrological cycle. Isotopic values of precipitation were used to determine the local meteoric water line (LMWL) of Rokua esker area (δ²H = 7.60 δ¹⁸O + 6.70). Based on the δ values of surface and groundwaters the evaporation line was determined (δ²H = 4.93 δ¹⁸O − 30.20). The δ values of groundwaters were used to formulate the groundwater line (δ²H = 7.59 δ¹⁸O + 4.79). The lines tell the interdependence between the stable isotopes of water. The mean annual isotopic composition of precipitation in the Rokua area and the mean isotopic composition of the groundwater of Rokua esker were: δ¹⁸O = −13.82 ‰, δ²H = −98.3 ‰ and δ¹⁸O = −13.22 ‰, δ²H = −95.5 ‰, respectively. The δ values of surface waters and groundwaters were found to differ sufficiently so that the isotope method can be used to determine surface water and groundwater ratios in the lakes of Rokua esker. On the basis of the isotopic values the water balances of lakes were conceptualized and it was found that the fractionation effect of evaporation varied with the lakes. The groundwater components of Lake Ahveroinen were determined in the time period of 28.5.–7.8.2009 (GWin = 290 mm ja GWout = 316 mm). The seasonal variation of the isotopic values was studied separately in the lakes, the groundwater and the streams. The most apparent seasonal variation was observed in the lakes. In addition, the use of silica and the stable isotopes of water as tracers were compared. In case of Rokua esker aquifer, water flow times and flow systems were possible to study more specifically by using silica. On the other hand, the stable isotopes of water can be used better to determine the water balances of lakes. The isotopic compositions of lakes can be used to separate the lakes (Jaakonjärvi, Kolmonen, Loukkojärvi, Saarijärvi and Soppinen) where evaporation has fractionated the stable isotopes of water more than in the other examined lakes indicating long residence time. The long residence time of water can affect how well lakes can stand for nutrient loadings. LMWL, evaporation and groundwater lines of Rokua area can be used in the future in other hydrological isotopic tracer studies in the surroundings of Rokua. The applicability of the lines is reduced when they are used farther away from Rokua, as the relative distribution of the stable isotopes of water varies by regions.

Finnish industries produce large volumes of wastewater containing only ppm amounts of heavy metals. Mining and metal industries produce a lot heavy metal containing wastewater, while forestry and agriculture produce wastewaters containing nitrogenous compounds. Removal of impurities in ppm quantities is either expensive or ineffective with conventional methods. This has led to search for novel technologies. Removal of these low quantity impurities might be more cost-effective via biosorption. Aim of this research was to study domestically produced residual microbe biomasses as biosorbents for industrial wastewater treatment. Focus was on the recovery of toxic metals via non-viable biomasses, but removal of nitrogenous compounds via other biopolymers was also studied. Study aimed to find out the advantages from utilization of biosorption in industrial perspective. Information was collected from previous studies, public documents and interviews from biotechnological industry, which were used as basis for a literature review. There are large amounts of heavy metal and nitrogen containing wastewaters produced in Finland. Biosorption could be utilized in their treatment. Biosorption is based on surface chemical reaction, adsorption. Thus substances such as peptidoglycan, celluloses, chitin, proteins and lipids present in the biomass cell walls were on the main focus of this study. According to previous studies phenomena such as chelation, coordination/complexation, ion-exchange, electronic attraction and possible metal speciation are involved in the adsorption. Sorption isotherms are used to define the distribution of net surface charge of biomasses. To increase the efficiency of biosorption homogenic distribution of sorbent is important. Cost-efficient biosorption process should possess at least following traits. (1) Low-cost feedstock such as residual microbial waste stream. (2) Low-cost pretreatment, which includes drying, crushing and sieving, and optional chemical treatment. (3) Immobilization method, which promotes adsorption. (4) pH and temperature optimized for respective metal species. (5) Flow-rate, which allows maximum biosorption. (6) Adsorbent-adsorbate ratio, which allows maximum biosorption. (7) As many efficient adsorption-desorption cycles as possible to cover costs of pretreatment and immobilization. According to his study the largest effect on the biosorption process comes from the protonation state and structure of microbial cell wall, followed by process conditions. Therefore pretreatment methods have gained a lot of attention in conducted biosorption studies. This study focused on microbial species that are used in Finnish industry. All of the studied species presented good biosorption capacities for Pb and Cd and clearly lower capacities for Ni and Zn. Each species could provide a low-cost biosorbent feedstock for Pb and Cd removal from industrial wastewaters present at least in the Southern Finland, if immobilization and pretreatment can be achieved cost-effectively. S. cerevisiae is the most attractive candidate due to its good adsorption capacities for Pb, Cd, and Ni and large quantity of produced waste biomass. / Teollisuudessa syntyy paljon pieniä määriä epäpuhtauksia sisältäviä jätevesiä, joiden puhdistaminen nykymenetelmiin verrattuna voisi olla kannattavampaa. Kaivos- ja metalliteollisuus synnyttävät paljon raskasmetallipitoista sekä metsäteollisuus ja maatalous typpi- ja fosforipitoista jätevettä. Epäpuhtauksien poistaminen vain pieniä pitoisuuksia sisältävistä vedestä on perinteisin menetelmin joko kallista tai epätarkkaa. Tästä syystä uusia mahdollisuuksia tutkitaan jatkuvasti. Biosorption avulla pienten epäpuhtauspitoisuuksien poiston kustannustehokkuutta voitaisiin mahdollisesti parantaa. Työn tavoite oli tutkia Suomessa tuotettujen sivuvirta- ja jätemikrobibiomassojen käyttömahdollisuuksia kotimaisen teollisuuden jätevesien käsittelyssä biosorption avulla. Tutkimuksessa keskityttiin erityisesti raskasmetallien talteenottoon inaktivoiduilla mikrobisolumassoilla, mutta sivuttiin myös nitraattien poistoa muiden biopolymeerien avulla. Työssä pyrittiin selvittämään, miten teollisuus suhtautuu omien sivuvirtojensa käyttöön biosorptiossa. Työssä käytettiin aineistona aiempia tutkimuksia, julkisia aineistoja sekä kotimaassa toimivien yritysten haastatteluita, joiden pohjalta tehtiin kirjallisuusselvitys. Suomessa tuotetaan suuria määriä raskasmetalli- ja typpipitoista jätevettä, jonka puhdistamisessa biosorptiota voitaisiin hyödyntää. Biosorptio perustuu pintakemialliseen reaktioon, adsorptioon. Tästä syystä biomassojen soluseinämillä esiintyvät yhdisteet, kuten peptidoglykaani, selluloosat, kitiini, proteiinit ja rasvahapot olivat tutkimuksessa suuressa osassa. Selvityksen perusteella adsorptioreaktioon liittyviä ilmiöitä ovat kelaatio, koordinaatio/kompleksaatio, ioninvaihto, sähköinen vuorovaikutus ja mahdollisesti metallilajien muodonmuutos olosuhteista riippuen. Tunnettujen adsorptioisotermien perusteella voidaan puolestaan määritellä biomassojen pintavarauksen jakautuminen. Homogeeninen jakautuminen on tärkeää biosorptiotehokkuuden parantamiseksi. Biosorptioon huomattiin eniten vaikuttavan soluseinämällä sijaitsevien funktionaalisten ryhmien protonaatio ja soluseinämän rakenne, joita seurasivat prosessiolosuhteet. Tästä syystä biosorptioon liittyvät tutkimukset ovat panostaneet selkeästi esikäsittelyyn ja sen vaikutuksiin. Tulosten perusteella kustannustehokkaan biosorptioprosessin tulisi sisältää ainakin seuraavat piirteet: (1) Edullinen adsorbentti, kuten sivuvirta teollisuusprosessista. (2) Edullinen esikäsittely, joka sisältää vähintään kuivauksen, jauhamisen ja seulonnan sekä tarvittaessa kemiallisen esikäsittelyn. (3) Adsorptiotehokkuutta parantava immobilisaatiomenetelmä. (4) Lämpötilan ja pH:n optimointi sidottavan metallilajin perusteella. (5) Prosessitehokkuuden maksimointi jäteveden virtausnopeutta säätämällä. (6) Solumassa-metallisuhteen optimointi prosessitehokkuuden maksimoimiseksi. (7) Mahdollisimman monta tehokasta adsorptio-desorptiosykliä, joilla voidaan kompensoida esikäsittelystä ja immobilisaatiosta aiheutuvia kuluja. Tässä työssä keskityttiin mikrolajeihin, joita käytetään Suomen teollisuudessa. Näistä lajeista kaikki sitoivat paremmalla tehokkuudella lyijyä ja kadmiumia kuin nikkeliä ja sinkkiä. Tulosten perusteella kukin lajeista voisi olla edullinen sitoja biosorptionsovellutuksiin ainakin Etelä-Suomen alueella, mikäli esikäsittely ja solumassan kiinnittäminen alustaansa kyetään toteuttamaan kustannustehokkaasti. S. cerevisiae olisi tutkimuksen mukaan kiinnostavin vaihtoehto biosorptiosovellukselle sen tehokkaiden lyijyn, kadmiumin ja nikkelin adsorptio-ominaisuuksien ja potentiaalisen biomassan suuren määrän vuoksi.

Suomessa erityisesti Pohjanlahden rannikolla entisen Litorinameren alueella esiintyy sulfidisedimenttejä. Sulfidisedimenttejä sisältävien alueiden kuivatus esim. maa- tai metsätalouden tai turvetuotannon tarpeisiin aiheuttaa jokiin ja vesistöihin hapanta kuormitusta. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää happamien valumavesien neutraloimiseen käytettyjä menetelmiä sekä kehittää ja testata ratkaisuja happamilla sulfaattimailla sijaitsevien turvetuotantoalueiden valumavesien käsittelyyn. Selvityksen tuloksena päädyttiin testaamaan kahta neutralointimenetelmää, alivirtaamaputkella varustettua suodinpatoa ja leijutuskolonnia. Menetelmiä testattiin Laukkuvuoman turvetuotantoalueella Ylitorniossa ja Hangasnevan turvetuotantoalueella Siikajoella. Alivirtaamaputkella varustetut suodinpadot rakennettiin Laukkuvuomalle ja niitä testattiin vuosina 2012 ja 2013. Materiaaleina suodinpadoissa oli toisessa kalkkikiveä ja toisessa teräskuonaa. Hangasnevalla testattiin kesällä 2013 kolmen päivän ajan leijutuskolonnia, jossa neutralointimateriaalina käytettiin granuloitua kalsiumhydroksidia. Kummankin menetelmän seuraamisessa käytettiin hyväksi jatkuvatoimista pH-mittausta, pH:n kenttämittausta ja leijutuskolonnissa myös mm. asiditeetin analysointia vesinäytteistä. Alivirtaamaputkella varustetun suodinpadon toimintaperiaatteena on ohjata pienet, yleensä ei kovin happamat valumat alivirtaamaputkea pitkin neutralointimateriaalin ohi. Vesimäärän noustessa esim. runsaiden sateiden seurauksena, jolloin valumavesi saattaa olla selvästi happamampaa, vesien on sitten tarkoitus osaltaan virrata myös neutralointimateriaalin läpi. Suodinpadot toimivat vaihtelevasti. Kalkkikivisuodinpato ei vaikuttanut suuresti käsiteltävän veden pH arvoon. Todennäköisesti sen alivirtaamaputki tukkeentui ja luultavasti kalkkikivimateriaali ei päästänyt tarpeeksi vettä virtaamaan padon läpi, koska siinä oli mukana myös pientä raekokoa (0 >). Teräskuonasuodinpato nosti vesinäytteenottojen sekä kenttämittausten perusteella käsiteltävän veden pH:ta keskimäärin 0,7 yksikköä kesällä 2012 tulevan veden keskimääräisen pH:n ollessa 5,3 ja 1,3 yksikköä kesällä 2013 tulevan veden keskimääräisen pH:n ollessa 3,7. Suodinpadossa teräskuonapartikkelit olivat pintakerroksen lisäksi pinnoittuneet myös syvempää, joten vesi on oikeasti virrannut suodinpadon läpi. Leijutuskolonnissa käsiteltävä vesi pumpattiin neutralointimateriaalin sisältämään kolonniin alakautta niin voimakkaasti, että materiaali saatiin leijumaan. Liikkeen avulla oli tarkoitus ehkäistä neutralointimateriaalin pinnoittumista, jolloin sen neutralointikyky säilyisi paremmin. Leijutuskolonnissa käytetty granuloitu kalsiumhydroksidi nosti voimakkaasti käsiteltävän veden pH:ta, arvon noustessa (jopa yli 12:sta). Se pienensi myös käsitellyn veden asiditeettia tehokkaasti yhteensä 74 % verrattuna tulevan veden asiditeettiin. Materiaali oli kuitenkin jonkin verran pinnoittunut liikkeestä huolimatta. Leijutustilan ja materiaalin liikkeen vaikutusta neutralointimateriaalin pinnoittumiseen tulisi tutkia lisää olosuhteissa, joissa käsiteltävän veden laatuun voidaan vaikuttaa. Tutkimuksen perusteella alivirtaamaputkella varustettua ja neutralointimateriaalina Raahen Rautaruukki Oy:n teräskuonaa sisältävää suodinpatoa voitaisiin käyttää happamilla sulfaattimailla sijaitsevien turvetuotantoalueiden valumavesien neutraloimiseen, mutta kyseistä materiaalia ei ole enää saatavilla. Vastaavia tuotteita kannattanee myös yrittää löytää. Kalkkikivipatokin saattaisi olla toimiva, jos pienin raekoko saataisiin seulottua pois. Leijutuskolonnia testattiin vain pienessä mittakaavassa, joten isossa koossa tuli ratkaista vielä monia käytännön haasteita, kuten riittävä pumppausenergia, rakenteiden järkevä koko, selkeytysallas/ojasto ja huollon järjestäminen.

Diplomityö käsittelee Kempeleen tällä hetkellä suljetun, vuonna 2016 uudelleen avattavan rautatieaseman saavutettavuuden kehittämistä vastaamaan eri liikkumismuotojen tarpeita. Työssä on analysoitu rautatieaseman nykytilaa paikan päällä tehtyjen havaintojen avulla. Analyysissa on keskitytty tutkimaan aseman fyysistä saavutettavuutta kävelyn ja polkupyöräilyn, joukkoliikenteen ja henkilöautoliikenteen näkökulmasta. Työssä annetaan myös esityksiä siitä minkälaisia asemapalveluja metsittyneen ja käytöstä poistetun asemaympäristöön tulisi järjestää. Työn tutkimusmenetelmäksi valittiin internetissä toteutettu verkkokysely, joka oli avoinna 9.–20.10.2013. Kyselyssä oli 21 kysymystä, jotka koskivat asemaympäristön ja sen saavutettavuuden kehittämistä sekä nykyisiä liikkumistottumuksia. Kyselyn oli myös tarkoitus toimia osana Kempeleen aseman uudelleen avauksen markkinointia. Kyselyä markkinoitiin paikallislehdissä, ja se keräsi yhteensä 322 vastausta Kempeleestä ja sen ympäryskunnista. Nykytilan analysoimisen ja verkkokyselyn pohjalta on tehty päätelmiä rautatieaseman käyttäjämääristä sekä siitä kuinka asemaympäristöä tulisi kehittää. Diplomityössä on esitetty käytännön toimenpiteitä aseman kehittämiseksi. Työ antaa kuvan siitä, minkälainen käyttäjäpotentiaali Kempeleen juna-asemalla voi olla ja minkälaiset varusteet ja infrastruktuuriset parannustoimenpiteet auttaisivat hyödyntämään Kempeleen kuntakeskuksen tuntumassa olevaa asemaa mahdollisimman tehokkaasti. Johtopäätöksenä todetaan, että Kempeleen asemalla on suuri potentiaali tulevaisuudessa, koska Oulun asema on tällä hetkellä saavutettavuutensa puolesta huonossa tilassa. Oulun asemalle menee heikosti joukkoliikennettä ja siellä on hyvin puutteelliset olosuhteet polkupyörien ja henkilöautojen säilytykselle. Kempeleen asema voi hyvän suunnittelun vuoksi muodostua keskeiseksi liikennöintipaikaksi Kempeleen ja sen seutukuntien asukkaille tulevaisuudessa. / This master’s thesis deals with the accessibility development of the railway station of Kempele that is going to be reopened in 2016 to meet the needs of different modes of transportation. At first this study deals with the analysis of the current state of the railway station. The analysis has focused on examining the role of accessibility by walking and cycling, public transport and car traffic. The work also gives proposals to what type of services should be organized in the railway station environment. In this work the research was carried out using an internet web-based survey which was open to public between October 9–20, 2013. The survey consisted of 21 questions concerning the role of the environment, accessibility and people’s current travel behavior. The survey also markets the status of the reopening of the railway station of Kempele. The survey was marketed via the local press, and it collected total of 322 answers from Kempele and its surrounding municipalities. The study drew conclusions from the railway station customers and how the environment of the railway station should be developed. The goal was to develop practical measures. The study provides a picture of what kind of potential the railway station could have. In addition, the survey collected answers what kind of equipment and infrastructural measures will help to take advantage of the position as effectively as possible. In conclusion, it was found that the railway station of Kempele has a great potential for the future. At present the nearest railway station in Oulu is not well accessible. The railway station of Oulu is to some extent connected to the public transportation including bicycles and cars but the parking conditions are inadequate. At the railway station of Kempele a good design can help the station to develop to a major public transport location in the future.

The purpose of this study was to investigate the role of aldehydes in two industrial sectors; biomass combustion and pulp and paper industry. Aldehydes are formed as unwanted intermediate compounds during biomass combustion, however in pulp and paper industry formaldehyde could be an important end product when treating the waste gas streams. Biomass fuels are the major renewable energy sources used in industries due to their environmental benefits. Emissions from biomass combustion depend on the composition of fuel and combustion conditions. In this work, emissions from the combustion of various solid biomass fuels in industrial scale boilers have been studied by a literature survey. It was observed that formaldehyde and acetaldehyde were the predominant intermediate compounds formed during biomass combustion. European Union directives 1999/30/EC and 2008/50/EC provide limiting values for the emissions from biomass boilers to protect human health. Aldehydes are unregulated pollutants that are toxic in nature and can cause adverse effects to human health and the environment. Black liquor is formed in pulp and paper industry during wood processing. Black liquor contains organic matter which can be used as an important biomass fuel in the recovery boiler. Pulping and bleaching processes of a pulp mill release hazardous compounds like methanol and methyl mercaptan. These compounds are commonly treated by incineration in a boiler. Incineration converts the waste stream to carbon dioxide and water thus increasing the greenhouse gases. Currently research is in progress to develop alternative ways for utilizing methanol containing waste gas streams, by converting them to other valuable compounds. In this regard catalytic oxidation has become a very promising technology. This is an environmentally friendly way to treat these emissions and in addition it has a positive economic impact on the pulp mill. This route is in experimental level and needs further research for its application in industrial scale. Formaldehyde is a very useful compound as it can be further utilized in a number of industries for the production of other compounds.