Abstract Biodegradation is an aerobic or anaerobic degradation reaction where bacteria use organic materials as an energy source. In the aerobic biodegradation reaction, bacteria need oxygen as an electron acceptor, whereas an anaerobic reaction takes place in the absence of oxygen. Compounds degrade totally or partially, and produce simple inorganic species, such as CO2, CH4, NH3, NO3−, and H2O, as well as by-products that may be non-biodegradable and/or toxic. In this thesis, the biodegradability of recycled vegetable oils, surface-active agents, and condensing waters from the process of wood drying were studied using the manometric respirometric BOD OxiTop method. The biodegradation of organic compounds was measured under the standard conditions (OECD 301F), and also in other matrices, such as different waters and soils. These are very different environments with respect to the biodegradation reaction in nature. The main differences in waters and soils are their organic and inorganic nutrient contents, bacteria strains, and temperatures. The BOD OxiTop method is based on automatic pressure detection in a closed reactor vessel. Oxygen is consumed and carbon dioxide is formed in the aerobic reaction. The pressure decrease is detected after the carbon dioxide is adsorbed into a NaOH pellet or solution. The pressure change is dependent on oxygen consumption. The degree of biodegradation is calculated from the BOD value of the sample. The studied recycled vegetable oils were found to be 60–83% biodegradable, and the added surface-active agent did not affect their biodegradation. Biodegradation of tall oil soaps was also examined in sand, topsoil, groundwater, and surface water, as well as under OECD 301F standard conditions. Tall oil soaps were proven to be 50–85% biodegradable. Concrete solvent agent (CSA) was also proven to be 78–83% biodegradable under standard conditions. Another detergent, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), was found to be toxic, whereas Triton X-100 biodegraded by only 6% in solution. Biodegradation of the soil matrix was found to be enhanced with added surface-active agents. This can be explained by better wetting of small pores with surface-active agents, as compared to the behavior of pure water. The biodegradation of the matrix occurred even with toxic surface-active agents. Organic pollutants of wastewaters from the process of wood drying were 25–61% biodegradable during a 28-day period, and were proven to be quite pure when considering the carbon content of the samples. Based on these results, the disposal into drainage of condensing waters from wood drying may be regarded as safe, which from an economical viewpoint is a very important conclusion. / Tiivistelmä Biohajoavuus on luonnollinen aerobinen tai anaerobinen hajoamisprosessi, jossa bakteerit käyttävät orgaanista materiaalia energian lähteenä. Aerobisessa reaktiossa bakteerit tarvitsevat happea elektronien vastaanottajaksi, kun taas anaerobinen reaktio tapahtuu hapettomissa olosuhteissa. Yhdisteet hajoavat joko täysin tai osittain sekä tuottavat yksinkertaisia epäorgaanisia yhdisteitä, kuten CO2, CH4, NH3, NO3− tai H2O. Reaktiossa voi myös muodostua sivutuotteita, jotka voivat olla biohajoamattomia ja/tai toksisia. Tässä työssä on tutkittu kierrätettyjen kasviöljyjen, pinta-aktiivisten aineiden sekä jätevesien sisältämien orgaanisen aineksien biohajoavuuksia käyttäen manometristä respirometristä BOD OxiTop-menetelmää. Biohajoavuutta mitattiin standardiolosuhteiden (OECD 301F) lisäksi muissakin olosuhteissa, kuten erilaisissa maissa ja vesissä. Nämä ovat kaikki hyvin erilaisia ympäristöjä luonnossa tapahtuville biohajoavuusreaktioille. Pääasialliset erot ovat sekä orgaanisten että epäorgaanisten ravinteiden määrässä, bakteerikannoissa ja lämpötilassa. BOD OxiTop-menetelmä perustuu automaattiseen paineen muutoksen havainnointiin suljetussa astiassa. Aerobisessa reaktiossa kuluu happea ja muodostuu hiilidioksidia, joka imeytetään NaOH-pelletteihin tai -liuokseen ja tästä muodostuu alipaine. Paineen muutokset muunnetaan hapenkulutuksen arvoiksi, joista lasketaan biohajoavuusaste. Tutkittujen kierrätettyjen kasviöljyjen biohajoavuusasteet vaihtelivat välillä 60–83 %, eikä lisätty pinta-aktiivinen aine vaikuttanut kyseisten ekoöljyjen biohajoavuuteen. Mäntysaippuoiden biohajoavuus tutkittiin standardiolosuhteiden lisäksi hiekassa, mullassa, pohjavedessä sekä pintavedessä. Niiden biohajoavuusasteet vaihtelivat välillä 50–85 %. Betoninpesuaineen biohajoavuusaste standardiolosuhteissa oli 78–83 %. Kahdesta tutkituista pinta-aktiivisista aineista setrimoniumbromidi (CTAB) oli myrkyllinen liuosolosuhteissa eikä täten biohajonnut ja Triton X-100 biohajosi vain 6 %. Pinta-aktiivisen aineen lisääminen maahan aiheutti matriisina käytetyn maan biohajoamisen. Tämä voitiin selittää siten, että pintajännityksen laskemisen jälkeen neste voi paremmin tunkeutua maan pieniin huokosiin ja näin tuoda hajoamatonta orgaanista ainesta ja uusia bakteereita biohajoavuuskäyttöön. Tämä ilmiö havaittiin myös myrkyllisen pinta-aktiivisen aineen lisäyksen jälkeen. Jätevesien sisältämät orgaaniset ainekset hajosivat 25–61 % 28 päivän aikana ja niiden havaittiin olevan hiilen määrän huomioon ottaen hyvin puhtaita. Tässä tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella tutkitut puunkuivauksen kondenssivedet voidaan laskea viemäriin, mikä on erittäin tärkeä tulos ekologiselta ja taloudelliselta kannalta katsottuna.

Abstract Oily wastewaters are heterogeneous, containing various types of oils, surfactants from detergents, metals etc. Oily wastewaters are produced from a wide range of industries such as metalworking, petroleum refineries, the petrochemical industry, transportation as well as the textile and food industries. Oily wastewaters, especially those containing stable oil-in-water emulsions, require advanced treatment as conventional treatment methods have their limitations to meet ever-stricter environmental regulations. Ultrafiltration is a widely accepted and commonly used treatment method for oily wastewaters. The first aim of this thesis was to increase knowledge concerning the performance of an industrial-scaled ultrafiltration-based process treating concentrated real oily wastewaters. The demand for a more effective pre-treatment method for ultrafiltration to enhance performance and decrease fouling of membrane was observed. The second aim of the thesis was to investigate the suitability and efficiency of different methods for treating concentrated model oil-in-water emulsions and real oily wastewaters. The treatment methods studied were electrocoagulation (electrolytic dissolution of anodic metal), conventional coagulation-flocculation followed by either sedimentation or dissolved air flotation, and dissolved air flotation utilising cationic air bubbles. Electrocoagulation was discovered to be a promising treatment method for various types of oil-in-water emulsions. Dissolved air flotation with cationic modified air bubbles was proven to be an efficient method with even higher treatment results with smaller chemical doses when compared to conventional coagulation-flocculation followed by dissolved air flotation. The biodegradation of various components is an important measure of their impact on the environment in case of spillage. The third aim of the thesis was to explore the biodegradability of different types of oils and surfactants in solution conditions and soils. It was discovered that the biodegradation of light fuel oil continued during a three-month time period, reaching a biodegradation degree of over 60% in mineral-rich soil. For surfactants, their distinct effect on the biodegradation of organic material in soil was observed, and it masked the biodegradation of the surfactants themselves. / Tiivistelmä Öljyiset jätevedet ovat heterogeenisiä, sisältäen mm. erityyppisiä öljyjä, metalleja ja pesuaineiden pinta-aktiivisia aineita. Öljyisiä jätevesiä muodostuu laajalti eri teollisuuksista, kuten metallintyöstöstä, öljyn jalostuksesta, petrokemian teollisuudesta, ruoka- ja tekstiiliteollisuudesta sekä liikenteestä. Öljyiset jätevedet, varsinkin stabiileja öljyemulsioita sisältävät, vaativat tehokkaan käsittelymenetelmän, jotta ympäristölainsäädännön ja luvituksen ehdot täyttyvät. Ultrasuodatus on yleisesti käytössä oleva öljyisten jätevesien käsittelymenetelmä. Tämän väitöstyön ensimmäinen tavoite oli lisätä tietoutta teollisen mittakaavan konsentroituneiden öljyisten jätevesien ultrasuodatusprosessien tehokkuudesta. Prosessien strategisista kohdista kerättyjen öljyisten jätevesien karakterisointitulosten perusteella havaittiin, että ennen ultrasuodatusta tarvitaan tehokas esikäsittelyvaihe prosessin tehostamiseksi ja ultrasuodattimen tukkeutumisen vähentämiseksi. Täten toinen väitöstyön tavoite oli selvittää eri menetelmien soveltuvuutta ja tehokkuutta konsentroituneiden malliaineina käytettyjen öljyemulsioiden ja öljyisten jätevesien käsittelyssä. Tutkitut käsittelymenetelmät olivat elektrokoagulaatio (sähkökemiallinen flokkaavien metalli-ionien liuottaminen anodilta), koagulaatio-flokkulaatio ja laskeutus/korkeapaineflotaatio sekä korkeapaineflotaatiomenetelmä, joka hyödyntää kationisia ilmakuplia. Elektrokoagulaation todettiin olevan erittäin tehokas käsittelymenetelmä, jolla saavutettiin korkeat puhdistustulokset erityyppisille öljyemulsioille. Korkeapaineflotaatiolla, joka hyödyntää kationisia ilmakuplia, saavutettiin hyvät puhdistustulokset jopa pienemmillä kemikaalimäärillä verrattuna perinteiseen koagulaatio-flokkulaatioon ja korkepaineflotaation. Erilaisten komponenttien biohajoavuus on tärkeä suure arvioitaessa niiden ympäristövaikutuksia. Väitöstyön kolmas tavoite oli selvittää erilaisten öljyjen ja pinta-aktiivisten aineiden biohajoavuutta erilaisissa liuosolosuhteissa ja maa-aineksissa. Tärkeimmät biohajoavuustutkimustulokset olivat, että kevyt polttoöljy saavutti kolmen kuukauden mittauksen aikana yli 60 % biohajoavuusasteen mineraalirikkaassa maa-aineksessa. Pinta-aktiivisten aineiden havaittiin lisäävän huomattavasti maan orgaanisen aineksen biohajoamista, ja tämä vaikeutti itse pinta-aktiivisten aineiden biohajoamisen arviointia.