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.

Suomessa vesihuoltoverkostojen kunto heikkenee ja saneeraustarve kasvaa. Saneerauksia ei tehdä kuitenkaan niin paljon kuin tarve vaatisi. Nykyiset käytännöt eivät riitä paikkaamaan saneeraustarpeen ja toteutuneiden saneerausten välistä aukkoa. Aikaisemmissa tutkimuksissa yhtenä saneerausmallina on noussut esiin aluesaneeraus. Aluesaneerauksessa urakoitsijalle annetaan urakka-alue, jonka urakoitsija saneeraa sopimuksessa määritellyn vaatimustason mukaiseksi. Työn tavoitteena oli luoda hankintamalli vesihuollon aluesaneeraukseen. Hankintamallia varten valittiin hankintamenettely ja kehitettiin aluesaneerausmallin asiakirjoja. Työssä tutkittiin kirjallisuuden avulla muissa maissa käytössä olevia hankintamallien sovelluksia sekä tutustuttiin vierailun avulla Tanskan kahden vesilaitoksen saneerausmalleihin. Hankintamenettelyksi suositeltiin kilpailullista neuvottelumenettelyä, jossa esivalinnan kautta valitaan tarjoajat neuvotteluihin. Mallissa otettiin lähtökohdaksi, että urakoitsija tekee kaikki työsuoritteet ja osa riskeistä siirtyy urakoitsijalle. Urakoitsijalle haluttiin antaa enemmän vapauksia sovittaa työt omaan aikatauluunsa, joten malli on tehty olettaen sopimusajan olevan pidempi kuin perinteisissä saneerausurakoissa. Laadunvarmistus oli yksi työn teemoja, johon haluttiin kiinnittää erityistä huomiota. Hankinnan kaikissa vaiheissa otettiin huomioon laadun varmistus ja todentaminen. Työ on osa Vesihuollon aluesaneerausmallin kehittäminen -projektia, jonka toteuttajana toimii WSP. Projektissa on mukana kuusi vesilaitosta: HS-Vesi Oy, Jyväskylän Energia Oy, Kouvolan Vesi, Kymen Vesi Oy, Porvoon vesi ja Riihimäen Vesi. Projektissa kehitettyä mallia tarkennetaan esimerkkikohteiden saneerauksen yhteydessä, jolloin asiakirjat viimeistellään. Pilottikohteiden saneerauksen kokemusten tarkastelu ei sisälly tähän työhön. Lisätutkimuksia tarvitaankin pilottikohteiden käyttökokemusten raportointiin ja tarkasteluun. / In Finland water supply networks are deteriorating and the need to renovate them is growing. However renovations are not executed as much as is required. Current practices are not sufficient to fill the gap between the need for renovation and the renovation work that is carried out. In previous studies area based renovation model is one of the renovation models that has come up. In area based renovation the contractor is given an area which is renovated in accordance with standards specified in the contract. The aim of this work was to create a model of the procurement of area based renovation for water network. For the procurement model procurement procedures were selected and procurement documents were developed. Literature studies were carried out to research other countries procurement methods and a visit was made to the Danish waterworks to explore their renovation models. Competitive dialogue was recommended to be the procurement procedure in which the pre-selection is used to select the suppliers for the negotiations. The starting point was that the contractor performs all the work and part of the risks are transferred to the contractor. The contractor was to be given more freedom to fit the work into his schedule so the model assumes the contract period to be longer than in the conventional renovation contracts. Quality assurance was one of the themes of this work which was to be paid special attention. In all stages of procurement the quality assurance and verification were taken into account. The work is part of the development of area based renovation model for water network project carried out by WSP. The project involves six water companies: HS-Vesi Oy, Jyväskylän Energia Oy, Kouvolan Vesi, Kymen Vesi Oy, Porvoon vesi and Riihimäen Vesi. The model developed in the project will be specified when it is used in pilot areas of the water companies. The experiences of the renovation of pilot projects are not included in this work. Further studies are needed to analyze and report the experiences of the model in the pilot areas.

Detailed knowledge from physical properties of sediment such as erosion and settling velocity are crucial for modelling as well as for water protection planning and management. The main purpose of this research was to determine the critical shear stress (τcr) and settling velocity of the organic sediments in different peatland drainage areas and headwaters in Finland. Further, KINEROS2 erosion model was applied to peatland forestry and peat extraction conditions to simulate runoff hydrograph and suspended solid yield from two experimental catchments. To determine mean τcr and settling velocity totally 119 undisturbed sediment samples were taken from the natural streams, ditches and brooks across Finland. The samples covered main peatland uses, peatland forestry and peat extraction sites. Furthermore, to determine the effect of peat soil properties on sediment erosion and settling, peat soil samples were collected from 9 peat extraction areas. These samples were used to prepare sediments in laboratory setting. Cohesive strength meter (CSM) was applied to measure the τcr and settling velocity in laboratory and in-situ conditions. Results were compared against physical properties of sediment or peat soils and further compared against different peatland uses. The critical shear stress over all samples ranged from 0.0057 to 0.428 N m⁻² (mean value 0.116 ± 0.07 N m⁻²). τcr in peatland forestry ditches ranged from 0.0057 to 0.428 N m⁻² (mean value 0.07 ± 0.1 N m⁻²), and in peat extraction sites from 0.006 to 0.421 N m⁻² (mean value 0.12 ± 0.06 N m⁻²). Similarly, τcr of artificially prepared samples from peat extraction area ranged from 0.012 to 0.112 N m⁻² (mean value of 0.059 ± 0.028 N m⁻²). At Koivupuro peatland forestry site, measurements were done in laboratory as well as in-situ. Results gave slightly different values; in-situ τcr ranged from 0.005 to 0.305 N m⁻² with the mean value of 0.03 ± 0.075 N m⁻², and the laboratory results ranged from 0.008 to 0.310 N m⁻² with the mean value of 0.125 ± 0.06 N m⁻². Degree of humification (DOH) and dry bulk density were found to be positively related to critical shear stress. The settling velocity results for Koivupuro catchment ranged from 0.0004 to 0.131 m h⁻¹ (mean value 0.016 ± 0.034 m h⁻¹) and 0.0004 to 0.456 m h⁻¹ (mean value 0.144 ± 0.134 m h⁻¹) for other organic peat samples. Degree of humification (DOH) and settling velocity showed no correlation while dry density of settled sediment was found inversely proportional to settling velocity. This study showed that CSM can be used to determine τcr and settling velocity from organic sediment samples. Results can be applied in modelling purposes, and in dimensioning of water protection methods such as settling basins. Eleven rainfall-runoff events from two different catchments were selected for the study to simulate runoff hydrographs and associated sediment yields in different conditions. When properly calibrated for each event, KINEROS2 model produced sufficient estimations of runoff hydrographs for peatland forestry and peat extraction sites but failed to produce reliable estimations of suspended sediment yields. Moreover, unrealistic parameter values sometimes had to be used in model calibration due to model inability to simulate groundwater or soil water response in ditch flow. Thus the model could not be validated for varying initial conditions and rainfall events.