Abstract Best available technology (BAT) should be used for peat extraction runoff purification. One currently used BAT technique is treatment wetland construction on pristine peatland, but under Finnish national strategies, new peat extraction areas should only be established on previously drained peatland and it can be challenging to find natural, intact peatland for treatment wetlands near these areas. This thesis evaluated the function and purification efficiency of treatment wetlands constructed on drained peatland and examined factors that could indicate their purification efficiency. The year-round removal efficiency of treatment wetlands established in drained or pristine peatland areas in a cold climate was also studied. A first study examined the water flow processes in treatment wetlands constructed on drained peatland. In more than 50% of the 20 wetlands studied, the active flow depth was under 20 cm and water distribution was unequal. A second study determined the purification efficiency of treatment wetlands constructed on drained peatland and examined factors indicating removal efficiency. The removal efficiency of suspended solids and inorganic nitrogen was good, but in some wetlands leaching of phosphorus and iron was observed, e.g. due to changes in peat properties, first after drainage and then after rewetting, altering e.g., oxygen conditions in the peat layer. The surface peat content of elements such as phosphorus, iron, aluminum, magnesium, manganese, and calcium can be used as a proxy to assess leaching of phosphorus. A third study examined the year-round purification efficiency of treatment wetlands based on peat extraction load monitoring program values. Seasonal variation in the purification efficiency of constructed wetlands was observed for total nitrogen, ammonium-nitrogen, and chemical oxygen demand (CODMn). Based on these results, it is possible to evaluate the suitability of different drained peatland areas for water purification purposes. Treatment wetlands were shown to generally purify runoff water during winter mainly as well as in other seasons, except for nitrogen and CODMn, but there may be variations between wetlands. / Tiivistelmä Turvetuotannon valumavesien käsittelyssä tulee käyttää parasta saatavilla olevaa käyttökelpoista tekniikkaa, esimerkiksi luonnontilaisille suoalueille rakennettuja pintavalutuskenttiä. Valtakunnallisilla alueidenkäyttöstrategioilla turvetuotantoa ohjataan yhä enemmän jo aiemmin ojitetuille suoalueille. Näiden läheisyydestä ei välttämättä löydy sopivaa ojittamatonta suoaluetta pintavalutuskentän perustamista varten. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten ojitetuille suoalueille rakennetut pintavalutuskentät (kosteikot) toimivat ja puhdistavat valumavesiä sekä mitkä tekijät voivat kuvata niiden toimivuutta. Työssä selvitettiin myös ojittamattomille ja ojitetuille suoalueille rakennettujen pintavalutuskenttien ympärivuotista toimivuutta. Työn ensimmäisessä osassa tutkittiin veden virtausta ojitetulle suoalueille rakennetuilla pintavalutuskentillä. Yli puolella tutkituista pintavalutuskentistä oli havaittavissa, että veden virtauskerros turpeessa oli matala (alle 20 cm) ja vesi jakautui pintavalutuskentälle epätasaisesti. Työn toisessa osassa selvitettiin ojitetuille suoalueille rakennettujen pintavalutuskenttien puhdistustehokkuutta ja sitä indikoivia tekijöitä. Ojitetut pintavalutuskentät puhdistivat hyvin kiintoainetta ja epäorgaanista typpeä, mutta joillakin kohteilla oli havaittavissa fosforin ja raudan huuhtoutumista, mikä johtunee osaltaan kuivatuksen aiheuttamista muutoksista turpeessa ja happiolosuhteiden muutoksista uudelleen vesittämisen jälkeen. Erityisesti fosforin huuhtoumista voitiin alustavasti arvioida pintaturpeen fosfori-, rauta-, alumiini-, magnesium-, mangaani- ja kalsiumpitoisuuksien perusteella. Työn kolmannessa osassa määritettiin olemassa olevan vedenlaatuaineiston avulla pintavalutuskenttien ympärivuotista puhdistustehokkuutta. Selvää vuodenaikaisvaihtelua ei havaittu kokonaistyppeä, ammoniumtyppeä ja kemiallisen hapenkulutuksen (CODMn)-arvoa lukuun ottamatta. Työn tuloksia voidaan käyttää, kun arvioidaan etukäteen ojitettujen suoalueiden soveltuvuutta vedenpuhdistukseen. Kosteikot vaikuttivat pääasiassa typpeä ja CODMn-arvoa lukuun ottamatta olevan yhtä tehokkaita valumavesien puhdistajia myös talvella kuin muina vuodenaikoina, tosin kohteiden välillä oli vaihtelua.

Abstract Fertilizer industry often generates phosphorous rich wastewaters containing heavy metals. While phosphorous is a valuable compound for the industry, heavy metals hinder the recovery of phosphorous due to their detrimental effects on human health and the environment. Consequently, heavy metals must be removed from the wastewaters. In this study the use of micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) was evaluated for the removal of cadmium, copper, zinc and nickel from phosphorous rich wastewaters. This study has been conducted following a systematic methodology from single metal synthetic wastewaters to more complex synthetic and real wastewaters. The experimental work was conducted in a laboratory scale stirred cell using 3, 5 and 10 kDa regenerated cellulose membranes and in a cross flow semi-pilot scale equipment using a 10 kDa spiral wound polyethersulphone membrane. Statistical design of experiments was used as the research methodology to evaluate the effect of factors on the MEUF process performance as well as for finding optimal conditions. The factors studied were heavy metal, phosphorous and surfactant feed concentrations, pH, membrane nominal molecular weight limits, transmembrane pressure and cross flow velocity. The membrane performance was characterized by the heavy metal retention/rejection coefficients and the permeate flux. The experimental results showed that the removal of heavy metals from single synthetic wastewaters by MEUF is more efficient for more diluted systems. In complex systems containing phosphorous, simultaneous removal of heavy metals was successfully achieved obtaining rejection coefficients up to 80%. Phosphorous was not retained by the membrane showing the potential applicability of MEUF to purify phosphorous rich wastewaters. The study of metal complex formation and heavy metal competition has been shown to be very important in order to predict the MEUF results. Concentration polarization phenomenon was insignificant in the synthetic wastewaters but it was more severe when applying MEUF to real wastewaters. In addition, with real wastewaters SDS leakage was insignificant. This study has provided new and valuable knowledge regarding the applicability of MEUF to industrial wastewater treatment. / Tiivistelmä Lannoiteteollisuus tuottaa usein jätevesiä, jotka sisältävät huomattavia määriä fosforia, sekä pieniä määriä raskasmetalleja. Vaikka fosfori on tärkeä raaka-aine lannoiteteollisuudelle, jätevesissä olevat raskasmetallit kuitenkin estävät sen hyötykäyttöä fosforin lähteenä. Raskasmetallit ovat haitallisia sekä luonnolle että ihmisten terveydelle, joten niiden erottaminen jätevesistä on tärkeää. Tässä työssä tutkittiin miselliavusteisen ultrasuodatuksen (MEUF) käyttöä kadmiumin, kuparin, sinkin ja nikkelin poistamiseen fosforipitoisista jätevesistä. Väitöskirjatyössä tutkittiin systemaattisesti synteettisiä jätevesiä, jotka sisälsivät joko yhtä tai useita raskasmetalleja, sekä lannoitetehtaalta kerättyjä jätevesiä. Kokeet tehtiin laboratoriomittakaavan sekoituskennolla, jossa käytettiin 3, 5 ja 10 kDa:n regeneroituja selluloosakalvoja, sekä semi-pilot -mittakaavan spiraalielementillä, jonka materiaalina oli 10 kDa:n polyeetterisulfonikalvo. Väitöskirjatyössä hyödynnettiin tilastollista koesuunnittelua, jonka avulla arvioitiin muuttujien vaikutuksia MEUF-prosessin käyttäytymiseen. Koesuunnittelua hyödynnettiin myös optimiolosuhteiden määrittelemisessä. Koesuunnitelmien muuttujina olivat raskasmetallien, fosforin ja pinta-aktiivisen aineen pitoisuudet, pH, suodatuskalvojen katkaisukoot, paine sekä ristikkäisvirtauksen nopeus. Kalvon käyttäytymistä arvioitiin raskasmetallien erotustehokkuuden ja permeaattivuon avulla. Koetulokset osoittivat raskasmetallien erotuksen olevan tehokkainta synteettisistä, yhtä metallia sisältävistä jätevesistä, joiden raskasmetallipitoisuus oli pieni. Fosforia sisältävistä monimetalliliuoksista saavutettiin 80 %:inen raskametallien poistotehokkuus. Kalvoerotuksessa fosforipitoisuus ei muuttunut merkittävästi, mikä osoittaa MEUF:n olevan potentiaalinen menetelmä raskasmetallien poistamiseen fosforipitoisista jätevesistä. Metallikompleksien muodostumisen ja raskasmetallien välisen kilpailun ymmärtäminen osoittautuivat erittäin tärkeiksi MEUF-tuloksien ennustamisessa. Konsentraatiopolarisaatioilmiö ei ollut merkittävä käsiteltäessä synteettisiä jätevesiä, mutta teollisten jätevesien käsittelyssä ilmiöllä oli huomattava vaikutus permeaattivuohon. Kuitenkin teollisen jätevesien käsittelyssä SDS:n vuotaminen kalvon läpi oli merkityksetöntä. Tämä tutkimus on antanut uutta ja merkittävää tietoa MEUF:n soveltuvuudesta teollisten jätevesien käsittelyn.

Abstract There are many methods for the restorating a eutrophicated lake. This study has concentrated on chemical treatment of the sediment and the restoration measurements. This study is divided into three parts: studies of the chemical restoration of study lakes, the optimization of the sediment chemical restoration method, and the evaluation of the method effectiveness of the lake restoration. According to the results, it is possible to adsorb phosphorus to the sediment and keep it adsorbed, but chemical treatment will not improve the long term phosphorus adsorption capacity of the sediments. Therefore, the internal phosphorus load from sediments is only temporarily decreased. Contrary to the claims of earlier studies, the chemical treatment should be executed with small doses successively over many years. In this case, the phosphorus from the hypolimnion and the interstitial water is engaged and stored in the sediment. The phosphorus will remain stored unless the acidity of the sediment changes so that the phosphorus-aluminum bond is broke. The most important factors in the sediment chemical restoration are the pH-reaction of the chemical and sediment-water mixture. Also, available phosphorus that can be engaged is important. In addition, the natural variety of the pH-value of the lake must be considered. A laboratory test was made that compared the suitability of five different chemicals for the restoration of lakes. The tested chemicals were chemicals that are commonly used in the production of drinking water and in waste water treatment. The most suitable chemical for lake restoration was Kemira’s CFH0818 which had the best ability to engage phosphorus and the best pH-reaction. The successfulness of the lake restoration can be determined from the phosphate in the interstitial water of the sediment as a primary source of internal phosphorus load. This diffusion calculation can be made in every restoration object before and after the restoration measures. Also, oxygen conditions, pH-value and the process environment of the breakdown of the organic material are determined as tools for the restoration measures. The use of the evaluation methods is mostly limited by the dynamic nature of the process environment over different seasons of the year. So for reliable restoration measurement one must know why, when and where the measurements are made. / Tiivistelmä Rehevän järven kunnostamiseksi on useita menetelmiä: joista tässä tutkimuksessa on keskitytty sedimentin kemikaalikäsittelyyn sekä sen tuloksellisuuden mittaamiseen. Tutkimus jakautuu kolmeen osaan: kemikaalikunnostusten järvikohtaiseen tarkasteluun, sedimentin kemikaalikunnostuksen mitoituksen optimointiin sekä järvikunnostuksen tuloksellisuuden arvioimiseen. Tutkimustulosten mukaan sedimentin kemikaloinnilla voidaan sitoa järvessä kiertävää fosforia sedimenttiin, mutta pysyvää sedimentin fosforinsidontakykyä kertaluontoisella kemikaloinnilla ei saavuteta. Järven sisäinen kuormitus siis hetkellisesti hidastuu, mutta ei lopu sedimentin kemikalointiin. Kemikalointi tulee tehdä pienin kerta-annoksin useana vuonna peräkkäin ja sedimentin pH:n tulisi säilyä välillä 6–8 läpi vuoden. Tällöin kemikaali varastoi sitomansa fosforin sedimenttiin. Kemikaalikunnostuksen tärkeimmät mitoitustekijät ovat kemikaalin pH-vaste vesimassaan ja sedimenttiin sekä sidottavissa oleva fosforimäärä kunnostettavassa järvessä. Tutkimuksen mukaan PAX-18-kemikaali ja vastaavat liuosmaiset alumiini- ja rautakemikaalit eivät ole ensisijaisia järvikunnostuskemikaaleja. Ne on kehitetty juoma- ja jäteveden puhdistamiseen, eli sitomaan nopeasti fosforia ja orgaanista ainetta. Sitä vastoin laboratoriokokeen tulosten perusteella rakeiset adsorptio-kemikaalit, kuten Kemiran CFH0818 sitovat sedimentin fosforia itseensä ilman merkittäviä happamoitumisvaikutuksia. Järvikunnostuksen tuloksellisuutta voidaan arvioida mittaamalla sedimentissä vapaana oleva fosfaattimäärä ja sedimentin hapetustila, happamuus sekä määrittämällä sedimentin fosforinsidontakyky. Mittaukset on tehtävä ennen ja jälkeen kunnostustoimia. Näiden mittausten perusteella voidaan kunnostustoimien tuloksellisuutta arvioida varsin luotettavasti. Tulosten käyttöä rajoittavat lähinnä muuttuvat prosessiolosuhteet eri vuodenaikoina ja toistaiseksi riittävän vertailuaineiston puute. Järvikunnostuksen tuloksellisuuden arvioimiseksi on tiedettävä kohdekohtaisesti miksi, milloin ja mistä mitataan, jotta arvio on luotettava.

Abstract The combustion of fuels in motor vehicles is one of the most significant causes of air emissions. The use of oxidation catalysts in exhaust gas emission treatment can reduce hydrocarbons (HCs) and carbon monoxide (CO) emissions by more than 90%. Fuels and engine lubricants contain impurities like sulphur (S) and phosphorus (P), which can have a significant effect on the activity and durability of oxidation catalysts. This thesis aims at increasing the current knowledge of the deactivation phenomena caused by sulphur and phosphorus in diesel and natural/bio gas oxidation catalysts. Accelerated laboratory scale sulphur, phosphorus and thermal treatments in gas-phase conditions were carried out for alumina (Al2O3) based platinum (Pt) and platinum-palladium (PtPd) metallic monolith diesel and natural gas oxidation catalysts. In addition, a vehicle-aged natural gas oxidation catalyst and an engine-bench-aged diesel oxidation catalyst were studied and used as a reference for the laboratory-scale-aged catalysts. BET-BJH, FESEM, TEM, XPS and DRIFT were used as characterization techniques to determine changes on the catalysts. The effect of accelerated deactivation treatments on the catalyst activity was determined using laboratory scale measurements in CO, HC and nitric oxide (NO) oxidation. Sulphur and phosphorus were found to cause morphological and chemical changes on the studied catalysts. Sulphur was found to be adsorbed vertically throughout the entire catalyst support from the catalyst surface to the metallic monolith, while phosphorus accumulated on the surface region of the precious metal containing catalysts. Both, sulphur and phosphorus, slightly increased the average size of the precious metal particles size and are adsorbed onto the alumina by chemical bonds. In addition, a partial transformation from PdO to Pd and a change in the shape of the precious metal particles due to phosphorus were detected. Due to the detected structural and chemical changes on the catalysts, sulphur and phosphorus treatments reduced the catalytic activity of the studied diesel and natural-gas-oxidation catalysts. Correspondence between real and simulated ageing was found and thus the used accelerated laboratory scale aging method can be stated to be a good tool to simulate sulphur and phosphorus exposure. / Tiivistelmä Moottoriajoneuvot ovat merkittäviä ilmapäästöjen aiheuttajia. Hapetuskatalyyttejä käyttämällä hiilimonoksidi- ja hiilivetypäästöistä pystytään poistamaan yli 90 %. Polttoaineet ja voiteluaineet sisältävät epäpuhtauksia kuten rikkiä ja fosforia, jotka voivat merkittävästi heikentää hapetuskatalyyttien aktiivisuutta ja kestävyyttä. Väitöskirjan tavoitteena on tuottaa uutta tietoa rikin ja fosforin aiheuttamasta diesel- ja maakaasukatalyyttien deaktivoitumisesta. Metalliseen monoliittiin tuettuja alumiinioksidipohjaisia platina- ja palladiumkatalyytteja ikäytetiin tekemällä niille rikki-, fosfori- ja lämpökäsittelyjä. Maantieikäytettyä maakaasuhapetuskatalyyttiä ja moottoripenkki-ikäytettyä dieselhapetuskatalyyttiä käytettiin laboratorioikäytettyjen katalyyttien referensseinä. Ikäytyskäsittelyjen aiheuttamat muutokset analysoitiin BET-BJH-, FESEM-, TEM-, XPS- ja DRIFT-menetelmillä. Käsittelyjen vaikutus katalyyttien hiilimonoksidin, hiilivetyjen ja typenoksidien hapetusaktiivisuuteen tutkittiin laboratoriomittakaavan aktiivisuuslaitteella. Rikki ja fosfori aiheuttivat rakenteellisia ja kemiallisia muutoksia tutkittuihin katalyytteihin. Rikki adsorboitui koko tukiaineeseen (tukiaineen pinnalta pohjalle), kun taas fosfori adsorboitui vain pinnan alueelle. Sekä rikki että fosfori kasvattivat jalometallipartikkeleiden kokoa sekä muodostivat alumiinioksidin kanssa yhdisteitä. Lisäksi fosforikäsittelyjen havaittiin osittain pelkistävän PdO:n Pd:ksi ja muuttavan jalometallipartikkelien muotoa. Havaitut rikin ja fosforin aiheuttamat rakenteelliset sekä kemialliset muutokset laskivat diesel- ja maakaasukatalyyttien hapetusaktiivisuutta. Laboratorioikäytyksillä havaittiin olevan hyvä korrelaatio todellisissa olosuhteissa tehtyjen ikäytysten kanssa ja tästä syystä työssä käytetyn laboratoriomittakaavan ikäytysmenetelmän voidaan todeta olevan hyvä työkalu simuloimaan rikin ja fosforin aiheuttamaa deaktivoitumista.

Abstract Exhaust gas emissions, e.g. nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HCs) and carbon monoxide (CO), are harmful to human health and the environment. Catalysis is an efficient method to decrease these emissions. Unfortunately, the fuels and lubricant oils may contain chemical impurities that are also present in exhaust gases. Thus, catalytic materials with high activity and chemical resistance towards impurities are needed in the abatement of exhaust gas emission. In this thesis, the aim was to gain new knowledge about the effects of chemical impurities on the behaviour and activity of the catalysts. To find out these effects, the impurities existing in the exhaust gas particulate matter after combustion of biofuels and fossil fuels were analysed. The studied zeolite (ZSM-5), cerium-zirconium mixed oxides (CeZr and ZrCe) and silicon-zirconium oxide (SiZr) based catalysts were also treated with impurities to simulate the poisoning of the catalysts by, e.g. potassium, sodium, phosphorus and sulphur, using gas or liquid phase treatments. Several characterization techniques were applied to find out the effects of impurities on catalysts’ properties. The activity of catalysts was tested in laboratory-scale measurements in CO and HC oxidation and NOx reduction using ammonia (NH3) and hydrogen (H2) as reductants. The results revealed that the CeZr based catalysts had a high activity in NOx reduction by NH3 and moderate activity by H2. Sulphur was proven to enhance the activity of CeZr catalysts in NOx reduction. This is due to an increase in chemisorbed oxygen after the sulphur treatment on the catalyst surface. Instead, in HC and CO oxidation reactions, sulphur had a negligible impact on the activity of the SiZr based diesel oxidation catalyst. Thus, both CeZr and SiZr based catalysts can be utilized in exhaust gas purification when sulphur is present. ZSM-5 based catalysts were proven to be resistant to potassium and sodium. Alternatively, the activity of SiZr based catalysts decreased due to phosphorus. Thus, the removal of biomaterial-based impurities from the exhaust gases is needed to retain high catalyst activity in the exhaust gas after-treatment system. / Tiivistelmä Pakokaasupäästöissä olevat typen oksidit (NOx), hiilivedyt (HCs) ja hiilimonoksidi (CO) ovat haitallisia ihmisten terveydelle ja ympäristölle. Katalyysi on tehokas menetelmä vähentää näitä päästökomponentteja. Polttoaineet ja voiteluöljyt sisältävät epäpuhtauksia, jotka siirtyvät myös pakokaasuihin. Tästä johtuen pakokaasupäästöjen hallinnassa tarvitaan katalyyttimateriaaleja, joilla on hyvä vastustuskyky myrkyttymistä vastaan. Tavoitteena oli saada uutta tietoa kemiallisten epäpuhtauksien vaikutuksesta katalyyttien toimintaan. Biopolttoaineiden sisältämät mahdolliset epäpuhtaudet selvitettiin analysoimalla fossiilisen ja biopolttoaineen palamisessa muodostuvia partikkeleita ja vertaamalla niitä polttoaineiden hivenaineanalyysiin. Tutkimuksessa käytetyt zeoliitti (ZSM-5), cerium-zirkonium-sekaoksidi (CeZr) ja pii-zirkonium-oksidipohjaiset (SiZr) katalyytit käsiteltiin epäpuhtauksilla (kalium, natrium, fosfori ja rikki) kaasu- ja nestefaasissa. Tutkimuksessa käytettiin useita karakterisointitekniikoita, joiden avulla selvitettiin epäpuhtauksien vaikutuksia katalyyttien ominaisuuksiin. Katalyyttien toimintaa testattiin laboratoriomittakaavan kokeissa CO:n ja HC-yhdisteiden hapetuksessa sekä NOx:ien pelkistyksessä käyttäen ammoniakkia (NH3) tai vetyä (H2) pelkistimenä. Tulokset osoittavat, että CeZr-pohjaisten katalyyttien aktiivisuus NOx:ien pelkistyksessä oli hyvä käytettäessä pelkistimenä NH3:a ja kohtalainen käytettäessä vetyä. Rikki paransi CeZr-katalyyttien aktiivisuutta NOx:ien pelkistyksessä, mikä johtui kemiallisesti sitoutuneen hapen osuudesta katalyyttien pinnoilla. Vastaavasti hiilivetyjen ja CO:n hapetusreaktioissa rikki ei vaikuttanut SiZr-pohjaisten dieselhapetuskatalyyttien aktiivisuuteen. Sekä CeZr- ja SiZr-pohjaisia katalyytteja voidaan siten käyttää rikkiä sisältävien pakokaasujen puhdistuksessa. SiZr-pohjaisten katalyyttien aktiivisuus laski fosforin vuoksi. ZSM-5-pohjaiset katalyytit olivat vastustuskykyisiä kaliumille ja natriumille. Kestäviä katalyyttejä on siten kehitettävä, mikäli biopolttoaineiden sisältämien epäpuhtauksien poistaminen polttoaineista ei ole mahdollista.

Abstract The eutrophication of the Baltic Sea continues despite decrease of the external phosphorus load by as much as 80% of the target confirmed by HELCOM. The aim of this thesis is to investigate this paradox, critically evaluate previous explanations for the persistent eutrophication, and to introduce a new diagnosis and paradigm for the causes and processes behind eutrophication of the Baltic Sea. According to the current consensus, anthropogenic nutrient loading is nearly the sole cause of eutrophication and regular cyanobacterial blooms. However, this study shows that the areal phosphorus loading rate, when modeled properly, is surprisingly low, and unlikely to be the primary cause of eutrophication. Instead, the frequency of the salt water pulses has decreased dramatically during the past 40 years. This is the root cause of eutrophication, via the hyper-vicious cycle of the hypoxic and finally anoxic conditions of the deeps causing internal phosphorus loading, denitrification, and nitrogen and carbon fixation. Furthermore, this work confirms that nitrogen fixation increases in low nitrogen conditions, further increasing eutrophication and cyanobacterial blooms. Thus, the most effective way to break the cycle of eutrophication is to improve the oxygen conditions of the deeps, which really is impossible to achieve by decreasing external loading alone. A key result of this work is that natural processes, rather than human activity, plays a decisive role in the eutrophication process – a perspective that typically faces substantial resistance. This thesis discusses how sociological and political views have affected the scientific community and its pursuit to model the mechanisms of eutrophication of the Baltic Sea. In conclusion, this study leads to important novel insights by providing new models for calculating the external and internal phosphorus loads of the Baltic Sea, with results highlighting the importance of natural processes of internal loading from the anoxic deeps. Altogether, this thesis introduces a new a paradigm for eutrophication of the Baltic Sea. / Tiivistelmä Itämeri rehevöityy edelleen, vaikka fosforikuormitusta on vähennetty 80 % tavoitellusta. On siis syytä tutkia miksi Itämeren tila ei ole parantunut. Syntyneen ristiriidan ratkaisemiseksi tarkoituksena on etsiä aiemmista tulkinnoista ristiriitoja, korjata ne ja uudistaa tietopohja uudeksi ja toimivammaksi paradigmaksi. Virhetulkintojen tunnistamiseen sovelletaan Popperin falsifikaatiomenettelyn periaatteita. Konsensuksen mukaan ihmisperäinen kuormitus on lähes yksinomainen syy (sinilevä)rehevyyteen. Kuitenkin Vollenweiderin mallin mukaan tehty, hydrologialla painotettu fosforin pintakuormitus on ollut 1970 - 1980-luvuilla vain lievää rehevyyttä edellyttävällä tasolla. Ulkoinen kuormitus ei siten voi olla suurin rehevyyden aiheuttaja. Sinilevärehevyyttä ylläpitävänä päätekijänä on syvävesiin happea tuovien suolavesipulssien toistuvuuden romahtaminen. Siitä syntyneet syvävesien ja -pohjien hapettomuudet aiheuttavat Gotlanninmeressä sekä sisäistä kuormitusta että lisärehevöittävää typen- ja hiilensidontaa. Yhdessä näitä prosesseja nimitetään nyt supernoidankehäksi. Johtopäätöksiä: • Ihmistieteelliset ja ympäristöpoliittiset näkemykset vaikuttavat luonnontieteellisiin tulkintoihin luultua enemmän. • Suolavesipulssien harventuminen on hapettomuus- ja rehevyyskierteen perussyy. • Syvänteiden hapettomuus on kaikkialle negatiivisesti säteilevä keskeistekijä. • Itämeren supernoidankehä on purettava saattamalla syvänteet hapellisiksi. • Hapellisuutta ei voida saada aikaan ulkoisen kuormituksen vähentämisellä. • Jäljelle jäävät siten teknologiset keinot, joista toteutuskelvollisimmalta näyttää Itämeren hapellisimman ja kylmimmän veden pumppaus 30 metrin syvyydestä syvänteisiin, mikä tehostaa myös pulssivesien virtausta syvänteiden pohjalle. Tämä väitöskirja sisältää viisi vallitsevasta paradigmasta poikkeavaa tulosta: 1. Itämerelle on kehitetty rehevyyden uusi diagnoosi ja paradigma, 2. Luonto dominoi Itämeren tilaa, ei ihminen, 3. Typensidonnalla on lisärehevöittävä mekanismi, 4. Itämerelle on kehitetty uusi fosforin sisäkuormituksen laskentamenetelmä, 5. Virtuaalisen fosforikuormituksen laskenta. Ilman Gotlanninmeren syvänteiden hapellisuutta Itämeri on tuomittu pysymään rehevyyden supernoidankehässä, ’kaksinkertaisessa takalukossa’.