Biokaasun tuotanto ja hyödyntäminen lisääntyvät jatkuvasti. Teollisuudessa, maataloudessa ja yhdyskuntien toiminnoissa muodostuu biohajoavia jätteitä, joista voidaan tuottaa uusiutuvaa ja ympäristöystävällistä biokaasua. Jotta biokaasua voidaan hyödyntää liikenteen polttoaineena, sähkön- ja lämmöntuotannossa tai polttokennoissa, tulee biokaasu tarvittaessa puhdistaa ja lisäksi jalostaa. Puhdistuksen avulla vähennetään biokaasun epäpuhtauksia ja jalostuksen tarkoituksena on nostaa biokaasun energiatiheyttä. Biokaasun tuotanto on yksi energiatehokkaimpia keinoja tuottaa liikenteen polttoainetta. Tämän työn päätarkoituksena on esitellä ja vertailla erilaisia biokaasun jalostustekniikoita sekä miten biokaasua voidaan hyödyntää liikenteen polttoaineena. Selvitystyö on tehty Oulun yliopiston prosessitekniikan koulutusohjelmaan kandidaatintyöksi. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Työn alussa esitellään yleisesti biokaasun koostumusta ja ominaisuuksia erilaisista lähteistä sekä perehdytään tuotantoprosessiin. Tämän jälkeen selvitetään, millä keinoilla tuotettua biokaasua voidaan hyödyntää arkipäivässä. Työssä vertaillaan ja kuvataan erilaisia jalostusteknologioita, jonka lisäksi esitellään biokaasun eri käyttökohteita. Jalostustekniikoita vertaamalla selvitetään, mikä menetelmistä on paras metaanirikkaimman biokaasun tuottamiseen, ja mitä hyötyä saadun biometaanin käytöllä on liikenteessä sekä sähkön- ja lämmöntuotannossa. Työ antaa yleiskuvan, miten biokaasun käyttö uusiutuvana ja kestävänä energiamuotona voi korvata uusiutumattomia fossiilisia energialähteitä kuten maakaasua ja öljyä. / Biogas production and utilization increase continuously. Biodegradable waste is generated by industry, in agriculture and in community, which provide a source for the production of renewable and environmentally friendly biogas. Before biogas can be used in the production of electricity and heat, fuel cells or as a transport fuel it should be cleaned and further upgraded if necessary. The purification of biogas reduces impurities and upgrading increases the energy density of biogas. Biogas production is one of the most energy efficient ways of producing transport fuel. The aim of this study is to present and compare different biogas upgrading technologies and the way how biogas can be used as fuel. The study is done at the University of Oulu as a Bachelor’s Thesis in process engineering. The work is a literature review. First, biogas composition and its properties from different sources are described generally following a more detail description of the production process. After this it’s explained how biogas can be used in everyday life. A variety of upgrading technologies are compared and presented in addition to the use of biogas. The objective is to find out which upgrading method is the best to produce methane-rich biogas and what benefits can be achieved by using biomethane in transport, and electricity and heat production. The work gives an overview how biogas can be used as a renewable and sustainable form of energy to replace non-renewable fossil energy sources such as natural gas and oil.

Syväeutektiset liuottimet (deep eutectic solvents, DESs) ovat uudenlaisia haihtumattomia, vihreitä ja monipuolisia nesteitä, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta usein edullisesta ja biohajoavasta komponentista. Niiden avulla pyritään löytämään uusia kestävän kehityksen mukaisia ratkaisuja teollisuuden tarpeisiin ja vähentämään haihtuvien orgaanisten liuottimien käyttöä. Selluloosananomateriaalit ovat luonnonmateriaaleja, joissa yhdistyvät selluloosan ja nanokokoisen aineen erinomaiset ominaisuudet. Niitä voidaan käyttää mm. parantamaan komposiittien ja hybridimateriaalien lujuusominaisuuksia, korvaamaan muovin käyttöä ja muodostamaan erilaisia muita rakenteita. DES:sien käyttäminen nanoselluloosan valmistuksessa on osoittautunut mielenkiintoiseksi vaihtoehdoksi perinteisille kemiallisille ja entsymaattisille esikäsittelyille. Selluloosan esikäsittelyä tarvitaan löystyttämään kuitujen lujaa rakennetta ja rikkomaan fibrillien välisiä vetysidoksia, jolloin energiaintensiivisen mekaanisen käsittelyn tarve vähentyy. DES:seihin perustava esikäsittely on yksinkertainen ja edullinen. Esimerkiksi kuitua voidaan käsitellä 100 °C:ssa koliinikloridi-urea moolisuhteessa 1:2) DES:sissä 2 tuntia, jonka jälkeen DES-liuos erotetaan kuidusta suodattamalla ja esikäsitelty kuitu hajotetaan mekaanisesti edelleen selluloosananofibrilleiksi. Valmistetusta nanoselluloosasta voidaan valmistaa esimerkiksi ohuita ja läpinäkyviä filmejä, jotka omaavat erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. DES:sin kierrätys ja uudelleenkäyttö ovat vielä vähän tutkittuja mutta tärkeitä aiheita, joihin tämä työ keskittyy. Tutkimuksessa selvitettiin koliinikloridi-urea DES:sin kierrätettävyyttä selluloosananofibrillien valmistusprosessissa. Työssä tutkittiin erityisesti käytetyn DES:sin koostumuksen ja ominaisuuksien sekä käsitellyn kuidun ja selluloosananofibrillien ominaisuuksien muutoksia. DES:sin ominaisuuksien muutoksista helpoimmin havaittava oli sen värin muuttuminen värittömästä kellertäväksi. Tämä johtui todennäköisesti ¹H NMR spektroskopialla havaitusta karbakoliinin muodostumisesta esikäsittelyn yhteydessä. Havaintoa vahvisti myös massaspektrometrin ja nestekromatografin tulokset. Viiden esikäsittelysyklin jälkeen karbakoliinin laskettiin muodostavan 2,77 % mooliosuuden DES:sistä. Koostumuksen muutoksesta huolimatta DES:sin fysikaalis-kemialliset ominaisuudet eivät kuitenkaan merkittävästi muuttuneet ja sen lämpökäyttäytyminen pysyi samankaltaisena tutkittujen viiden kierrätyskerran jälkeen. DES:sin kierrätyksellä ei havaittu olevan vaikutuksia kuidun fibrilloitavuuteen, sillä kuitunäytteiden ominaisuuksissa ei tapahtunut merkittäviä muutoksia kierrätyssyklien lisääntyessä eikä kuidun mekaanisessa hajottamisessa ollut eroja. Selluloosananofibrilleistä valmistetut filmit olivat ulkoisesti vastaavia, eikä niiden mekaanisissa ominaisuuksissa ollut tilastollisesti eroja. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta koliinikloridi-urea DES:sin olevan kierrätettävissä ilman erillisiä puhdistusvaiheita useita kertoja selluloosan esikäsittelyssä, eikä kierrätyksellä havaittu olevan vaikutusta kuitujen ominaisuuksiin tai selluloosananofibrillifilmien laatuun tutkituilla kierrätysasteilla. DES:siin perustuva selluloosan esikäsittely on siis lupaava vihreän kemian periaatteiden mukainen menetelmä selluloosananofibrillien valmistamiseksi. / Deep eutectic solvents (DESs) are novel, non-volatile, green and multifunctional compounds composing of two or more inexpensive, natural and biodegradable components. They are used in accordance with sustainable development to find new solutions for industrial needs and to reduce the use of the volatile organic solvents. Cellulose nanomaterials are natural materials combining the excellent properties of both cellulose and nano materials. Among other things, they can be used to improve strength properties of composite and hybrid materials, replace plastics use and form various other structures. Utilization of DESs in fabrication of cellulose nanomaterials has been proved to be an interesting alternative for more traditional chemical and enzymatic pretreatments. The cellulose pretreatments of cellulose are used for loosening the fiber structure and for the degrading of interfibrillar hydrogen bonding network. The weakened structure requires in turn less energy during the mechanical fibrillation of the cellulose fiber. Pretreatment method based on DESs is straightforward and economical. For example, the fibers can be treated two hours in 100 °C choline chloride-urea (molar ratio 1:2) DES, after which the fibers are separated from DES by filtration and further mechanically degraded into individual cellulose nanofibrils. Thin and transparent films possessing excellent tensile properties can be produced from those nanofibrils. Recycling of DESs is yet underresearched but important subject. In this work, the recyclability of choline chloride-urea DES is demonstrated in the production of the cellulose nanofibrils. The effect of the recycling was studied by analyzing the changes in composition and properties of DES and studying the properties of the fibers and cellulose nanofibrils. Of the DES property changes the easiest one to observe was the colour shifting from transparent to yellow. This was most probably resulting from formation of carbacholine during the DES pretreatment and it was seen ¹H NMR samples. The finding was further confirmed with the results from mass spectrometry and liquid chromatography. After five pretreatment cycles carbacholine was calculated to form 2,77 % mole fraction of the whole DES. Despite subtle changes in composition, DES’s physico-chemical properties didn’t significantly change and it’s thermal behaviour remained similar. The DES recycling wasn’t seen to have any effect on the fibrillation of the fiber. The properties of fiber samples remained practically the same as recycling cycles increased and there were no differences in mechanical disintegration. The films fabricated from the cellulose nanofibrils were similar in appearance and their tensile properties didn’t statistically vary. As a result of this research it can be stated that choline chloride-urea DES can be recycled several times without any separate purification steps in the pretreatment of the cellulose. Furthermore the recycling doesn’t have effect on the fiber properties or the quality of the films fabricated from cellulose nanofibrils after studied five recycling cycles. Consequeently, the DES mediated pretreatment of cellulose is a promising method in production of cellulose nanofibrils and is in agreement with the principles of the green chemistry.

Diplomityön tarkoituksena on syventyä nuorten työntekijöiden työhyvinvointiin ja siihen vaikuttamiseen. Työ jakautuu kahteen eri osa-alueeseen teoreettiseen ja kokeelliseen. Teoreettisessa osiossa syvennyttiin sairauspoissaolojen kehittymiseen ja keinoihin, joilla voidaan vaikuttaa sairauspoissaolojen määrään. Sairauspoissaolojen määrässä huomattiin selkeä poikkeama maailman taloudellisen tilanteen muutoksissa erityisesti matalasuhdanteiden aikoina. Työnantajille on tarkasti määritelty työntekijöiden oikeudet ja velvoitteet, jotka ovat hyvin lakisääteisiä. Näitä ovat muun muassa työturvallisuus- ja työaikalaki. Työnantajien ja työntekijöiden toimintaa ja velvollisuuksia on myös ohjaamassa työaikalaki, työehtosopimukset ja paikallinen sopiminen. Teoreettisessa osiossa työhyvinvointi ja työssä viihtyminen nousivat erityisen tärkeiksi kriteereiksi. Työntekijät kokevat innostavan ja suvaitsevan työympäristön yhdeksi työssä jaksamisen kriteeriksi. Psyykkinen ja henkinen kuormittavuus on noussut 2000- luvulla todella merkittäväksi työpaikkojen sairauspoissaolojen syyksi. Tähän voidaan vaikuttaa hyvällä ja ennakoivalla työkykyjohtamisella ja näin saada työntekijät jaksamaan paremmin työelämässä ja vähentämään sairauspoissaoloja. Työntekijöiden hyvän työkykyjohtamisen ansiosta voidaan saada nykyisistä työntekijöistä tuottavampia ja työntekijät kokemaan olonsa merkityksellisiksi yrityksessä. Tähän merkityksellisyyden kokemuksen tuntemukseen yritykset pystyvät vaikuttamaan strategisella työkykyjohtamisella, jossa yrityksellä on selvät toimintatavat ja suunta, kuinka heidän yrityksessään esimiehet toimivat. Kokeellisessa osiossa tarkasteltiin Vastuullisen kesäduunikampanjan keräämää aineistoa ja analysoitiin nuorten kokemaa työhyvinvointia. Aineistosta käsiteltiin ensin valittuja yksittäisiä kysymyksiä, joiden perusteella kampanjaan osallistuneet yritykset kohtelevat nuoria kesätyöntekijöitä tasavertaisesti muiden työntekijöiden kanssa. Yritykset hoitavat hyvin nuorten ohjeistuksen ja antavat heille hyvät valmiudet työskennellä heillä. Useampaa muuttujaa tarkastellessa muuttujien välisiä yhteyksiä löydettiin faktorianalyysistä. Faktorien selitysaste jäi kuitenkin vähäiseksi. Regressioanalyysissä tavoitteena oli löytää yhtäläisyyksiä saman tyyppisien muuttujien välille. Korrelaatioita aineistosta löydettiin, mutta korrelaatiot jäivät suhteellisen vähäisiksi. Työn perusteella voidaan todeta, että tutkimukseen osallistuneiden yritysten työhyvinvoinnin johtaminen on hyvinkin edistyksellisellä tasolla. Vastuullinen Kesäduuni-kampanja on kerännyt hyvin merkittävää aineistoa, joka on selittämässä nuorten kokemaa työhyvinvointia. Heidän kokemansa työhyvinvointi on hyvällä tasolla, mikä selvisi yksittäisten kysymysten analysoinnin perusteella. Usean muuttujan tarkastelu toi esille piileviä muuttujia, joiden selvittäminen vaatisi lisää erilaista tutkimusaineistoa. Kampanja on hyvin merkittävä aineiston keräysmenetelmä, jonka avulla selvitetään nuorten kokemaa työhyvinvointia. Yrityksissä oleva työntekijöiden johtamisen kulttuuri on korkealla tasolla ja lisäksi nuoria kesätyöntekijöitä kohdellaan hyvin tasavertaisesti vakituisessa työsuhteessa olevien työntekijöiden kanssa. / The purpose of this thesis is to deepen the workplace wellbeing of young workers and influence them. The work is divided into two different theoretical and experimental areas. The theoretical part deepened the development of sickness absences and the means that could affect the number of sick leave absences. There was a clear deviation from the number of sick leave absences in the changes in the world’s economic situation, especially in the periods of the lamas. Employers are well-defined as workers’ rights and obligations, which are very statutory, such as the Act on Occupational Safety and Work Orders. The work and responsibilities of employers and employees are also being governed by working time law, collective agreements and local agreement. In the theoretical part, well-being at work and job satisfaction became a particularly important criterion. Employees feel an inspirational and tolerant working environment as one of the criteria for coping with work. Psychological and mental loads have risen in the 21st century to a truly significant role as a cause of absenteeism in job vacancies. This good and proactive work ability management can influence and enable employees to get better in working life and reduce sick leave. Employee good work ability management can make existing employees more productive and make employees feel relevant to the company. With this sense of experience of relevance, companies can influence strategic work ability management, where the company has clear ways of doing business and how the superiors work in their business. The experimental section looked at the material collected by responsible Summer Campaign and analyzed the well-being at work experienced by young people. The material was first dealt with selected individual questions that enabled the participating companies to treat young summer workers equally with other employees. Businesses handle the guidelines of young people well and give them good skills to work with them. When looking at more variables, the variables were discovered by factor analysis. However, the explanation of factors was negligible. The aim of regression analysis was to find similarities between the same types of variables. Correlations of the material were found, but the correlations remained relatively low. Based on the work, it can be concluded that the wellbeing of well-being of the participating companies is at an advanced level. The responsible Summer Campaign has collected very important material, which is explaining the well-being at work experienced by young people. The experience of well-being at work is at a good level, which was solved by analyzing individual questions. Multivariate review revealed hidden variables, which would require additional research material to be investigated. The campaign is a very important method of gathering data to help people with well-being at work. The company’s work management culture is at a high level, and young talented workers are treated very equally with permanent employees.

Kandidaatin työssä tutkitaan, voidaanko sivutuotteena syntyvää rikastushiekkaa hyödyntää lisäämällä siihen sidosainetta ja polttamalla siitä tiiliä, joita voitaisiin käyttää esimerkiksi rakennusteollisuudessa. Työn tavoitteena on tutkia missä lämpötiloissa tiilen polttamisen tulee tapahtua, jotta saavutettaisiin riittävä kestävyys ja muut ominaisuudet. Kokeissa näytekappaleita hehkutettiin eri lämpötiloissa, minkä jälkeen näytteiden mikrorakenne tutkittiin mikroskoopin avulla. Työn päätarkoituksena on selvittää, millainen faasirakenne voidaan saavuttaa hehkuttamalla näytteitä eri lämpötiloissa ja jäähdyttämällä ne takaisin huoneenlämpötilaan. Näytekappeleiden tutkiminen tapahtuu valomikroskoopin avulla näytteiden ollessa huoneen lämpötilassa. Tärkeimpänä tuloksena huomattiin, että mitä korkeammassa lämpötilassa näytettä on hehkutettu, sitä paremmin rikastushiekka ja sidosaine olivat sulaneet toisiinsa kiinni, niin kuin odotettiin. Saatuja tietoja voidaan käyttää hyväksi, kun halutaan selvittää mm. näytekappaleiden muita ominaisuuksia, kuten vetolujuutta ja kestävyyttä.

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on kuvata maailman tuotetuimman kemikaalin, rikkihapon, yleisimmän valmistusmenetelmän periaatteet. Tarkasteltavana ovat myös rikkihapon merkitys ja käyttö maailmalla. Työssä kuvataan valmistusprosessin vaiheet yksi kerrallaan: Tärkeimmät vaiheet ovat prosessin raaka-aineen (rikkidioksidikaasun) lähde, kaasun esikäsittely, rikkidioksidin katalyyttinen hapettaminen, rikkihapon muodostus rikkitrioksidista sekä hapon varastointi. Lisäksi käydään läpi rikkihapon laatuluokituksia ja yleisimpiä käyttökohteita. Rikkihappo oli maailman ensimmäinen massatuotettu kemikaali. Rikkihapon tärkeys maailmalla ei ole nykypäivään mennessäkään heikentynyt, sillä sitä tuotetaan yhä enemmän kuin muita kemikaaleja. Rikkihapon tuotanto kasvaa yhä, joten sen valmistus vaatiikin mahdollisimman hyvän valmistusmenetelmän. Kontaktimenetelmällä saadaan valmistettua nykytarpeita vastaavaa, väkevää rikkihappoa tehokkaasti. Menetelmä tunnetaan kontaktiprosessina, koska kuumat kaasut tulevat ”kontaktiin” katalyyttipedin kanssa. Käyttäen katalyyttiä hapetusreaktion konversio on lähes 100 %. Nykyaikaisissa happotehtaissa saadaan tuotettua puhdasta, korkealaatuista rikkihappoa edistyneiden rikkidioksidikaasun esikäsittelymenetelmien ansiosta. Vähäinen epäpuhtauksien määrä lisää hapon syövyttävyyttä, joka on otettava huomioon varastoinnissa. Vaihtelevan jähmettymispisteen vuoksi viileissä ilmastoissa rikkihappo on ennen varastointia laimennettava sopivaan konsentraatioon, jottei happo jähmety. / The goal of this Bachelor’s thesis is to describe the most common manufacturing method for the world’s most produced chemical, sulfuric acid. Likewise, sulfuric acid’s significance and usage in the world are examined. The steps for the production process are described one by one: The most important steps include the origin of feedstock (sulfur dioxide gas), preparation of gas, catalytic oxidation of sulfur dioxide, formation of sulfuric acid from sulfur trioxide and acid storage. Also, sulfuric acid’s quality classifications and the most general uses are reviewed. Sulfuric acid was one of the first mass produced chemicals in the world. The importance of sulfuric acid has not diminished to the present day, as it is manufactured more than any other chemical. The production of sulfuric acid is growing constantly, thus it requires the best possible production method. With the contact method, strong acid that meets the present demand can be produced efficiently. The method is known as “contact method”, since hot gases come “in contact” with a catalyst bed. Due to the usage of catalyst, conversion of the oxidation reaction is nearly 100%. Modern acid plants produce clean, high quality sulfuric acid as a result of advanced preparation methods of sulfur dioxide gas. The small amount of impurities in the acid make it more corrosive, which is considered in acid storage. Due to variable freezing points, sulfuric acid must be watered down to a suitable concentration in cold climates, so the acid won’t freeze.

Flotation is one of the most well-known mineral separation methods. In flotation process hydrophobicity of the solids is manipulated in order to separate the valuable minerals from the gangue. It is highly complex process because many simultaneous sub-processes and interactions occur within the system. It is essential to have a good understanding and representation of the flotation phenomena in order to design control strategies. Modern physical froth stability measures have an intrusive nature and therefore they are not practical to provide a continuous online froth stability measurement. Unlike these measures, machine vision is able to measure the key aspects of the froth owing to its non-intrusive nature. Several physical, statistical and dynamical features of froth surface are possible to measure with the machine vision techniques. The objective of this work was to understand the froth phase behavior better which indicates the flotation performance. Literature review of flotation and measurements used in flotation were performed. Image analysis methods were listed and, regarding to the importance of the froth stability, dynamical features of the froth image analysis were investigated more closely. A primary batch flotation test-work was carried out in University of Oulu. The main batch flotation experiments were executed in University of Cape Town with the wide range of operating conditions. Video captures were analyzed with statistical methods and dependencies between FrothSense™ data and concentration data were discovered. Furthermore, PLS model was formed from FrothSense™ data and process measurements in order to predict water recovery, copper grade and copper recovery. Online measurements obtained from FrothSense™ with wide range of operating conditions can be used for soft sensors. Soft sensors can estimate the stability of the froth with the robust predictions.

Data-driven methods such as artificial neural networks have already been used in the past to solve many different problems such as medical diagnoses or self-driving cars and thus the material shown here can be of use in many different fields of science. a Few studies that are related to data-driven methods in the field of process engineering will be explored in this thesis. The most important finding related to neural network predictive controller was its better performance in the control of a heat exchanger when compared to several other controller types. The benefits of this approach were both energy savings and faster control. Another finding related to Evolutionary Neural Networks (EvoNNs) was the fact that it can be used to filter out the noise that is contained in the measurement data.

Uusien betonoitujen teräsvesijohtoverkostoputkien käyttöönottoa ennen ne pitää huuhdella. Yksi syy miksi huuhtelua tarvitaan, on, koska betonin pinnalta liukenee veteen vapaata kalkkia tai kalsiumhydroksidia, joka nostaa veden pH:ta, alkaliteettia ja kalsiumpitoisuutta. Erityisesti veden pH voi nousta nopeasti niin korkealle, että vesi ei täytä hetkellisesti vedenlaadun kelpoisuusvaatimuksia. Huuhtelun aikana betonin pinnalla olevan kalsiumhydroksidin määrä laskee, joka johtaa liukenemisen vähenemiseen ja veden pH:n laskuun. Käytetyn huuhteluveden laatu vaikuttaa huuhteluun tarvittavaan aikaan ja liukenemiseen. Tässä työssä tutkittiin keinoja vähentää huuhteluveden pH-arvoa ja lyhentää putkien huuhteluaikaa. Kirjallisuustutkimuksessa on esitetty vedenhuollon perusperiaatteet. Aikaisemmin tehty tutkimukset on käyty läpi ja ne ovat myös esitetty työssä. Löydetyt tiedot otettiin huomioon, kun laboratoriokoetta suunniteltiin. Betonityypin ja huuhteluveden laadun vaikutusta veteen liuenneiden alkalisten yhdisteiden määrään ja siitä johtuvan pH:n nousuun tutkittiin laboratorio-olosuhteissa tehdyllä liukenemiskokeella. Betonoitujen putkien liukenemista voidaan vähentää usealla tavalla kuten maalien tai korroosionestoaineiden käytöllä tai osittain sementin korvaaminen aineilla kuten masuunikuonalla. Sementin korvaaminen muilla aineilla on johtanut hyviin tuloksiin ja se on kustannustehokasta. Tämän takia betonityypin (sulfaatinkestävää Portland-sementtiä 60% ja 40% masuunikuonaa) vaikutusta liukenemiseen tutkittiin laboratorio-olosuhteissa. Kokeessa tutkittiin myös huuhteluvedenlaadun vaikutusta betonin aineiden liukenemiseen. Kokeessa käytetyn korkean alkaliteetin vesi oli peräisin Keminmaalta ja matalan alkaliteetin vesi oli peräisin Helsingistä. Kokeessa betonipalat upotettiin veteen 34:ksi päiväksi, jonka aikana vedet vaihdettiin yhdeksän kertaa. Vesistä mitattiin pH ja sähkönjohtavuus paikan päällä ennen vedenvaihtoa. Vesistä otettiin näytteet, joista analysoitiin alkaliteetti, kalsiumpitoisuus, veden kovuus, alumiinipitoisuus, liuennut hiili ja vapaa kloori. Koetulosten perusteella masuunikuonasementit johtavat pienempään alkaliaineiden liukenemiseen ja samalla pienempään pH:n nousuun. Mitä enemmän masuunikuonaa betonissa on, sitä vähemmän pH nousee. Masuunikuonapitoisuus rajoitti myös alkaliteetin ja kalsiumpitoisuuden kasvua. Korkean alkaliteetin omaavan veden pH nousi vähemmän, kuin matalan alkaliteetin. Käytetyn veden laadulla on suurempi vaikutus liukenemiseen kuin sementtityypillä. Siksi, vaikka tietyillä alueilla vedenlaatua ei voida valita, pitää se ottaa huomioon sen liukenemisen vaikutuksen vuoksi. Tulosten perusteella voidaan suositella masuunikuonasementin käyttöä betonoiduissa putkissa Portland-sementin sijasta Pohjoismaisissa vesissä, joissa alkaliteetti on matala. / Before newly installed cement mortar lined steel pipes are put in operation, they have to be flushed. One of the reasons why flushing is required is leaching of free lime also known as calcium hydroxide from the concrete surface to the water. The dissolution of calcium hydroxide results in an increase in the water pH, alkalinity and calcium concentration of the water. The increase in pH in particularity, can be significant and reach levels far above drinking water requirements. During flushing the water is discarded and with time the available calcium hydroxide at the concrete surface will decrease, thus leaching is reduced and the effect on the water pH will decrease. The required flushing time and the leached concentration are depended on quality of the water used during the flushing. In this thesis, the suitability of different methods for reducing leaching from concrete lined pipes was investigated. Basics principles related to water supply networks are presented in the background section. Previous research conducted in the topic was reviewed and it is also presented. Main finding from the literary review was taken under consideration when designing practical experiments. The influence of concrete type and flushing water quality on the leaching of alkaline compounds and consequently on water pH was investigated via leaching experiment under laboratory conditions. In general, a number of solutions can be applied to minimize the leaching from concrete line pipes such as the use of paints and corrosion preventative additives and partial replacement of portions of the cement used in the concrete mixture with materials like blast-furnace slag. Among the suggested solutions, the addition of aggregate materials to the concrete mixture have achieved good results and is a cost-effective alternative. Therefore, the influence of cement type (sulphate resistant, normal Portland cement, 60% and 40% added slag content) on leaching of alkaline compounds was evaluated under laboratory conditions. Furthermore, the effect of flushing water quality was also investigated. High alkalinity water sample from Keminmaa and lower alkalinity water sample from Helsinki areas were used in the experiment. In the experiment, concrete pieces were submerged in water for 34 days during which the waters were changed nine times. Electric conductivity and pH where measured before the test and before each water change. Water samples (raw water and flushing water) were sent to an outsourced laboratory for analysis of alkalinity, calcium, aluminium, hardness, dissolved organic carbon and free chlorine. Results of the experiment shows that, the use of blast-furnace slag cement lead to lower leaching and consequently lower water pH. Increased amount of slag in the cement increased the effect. It follows that, blast-furnace slag limited the rise of alkalinity and calcium concentrations in the water. The increased pH observed in the high alkalinity water sample pH was lower than the one observed in the low alkalinity water sample. Overall, the influence of flushing water quality on leaching was higher than the influence of cement type. Therefore, although in a particular location the water quality cannot be selected, it must be taken under consideration due to the effect it has on leaching. Overall, the use of slag-furnace cement instead of Portland cement in cement mortal lined pipes can be recommended in Northern Europe based on the results of the experiment because the low alkalinity of the water.

Vaelluskalojen alasvaellus on kriittinen osa kalan elinkiertoa ja sen turvaaminen on tärkeää vaelluskalapopulaation elinvoimaisuuden kannalta. Rakennettujen vesistöjen padot muuttavat jokien virtausolosuhteita, hidastavat alasvaellusta ja heikentävät kalojen selviytymistä vaelluksesta. Vaelluskalojen ohjausrakenteilla voidaan edesauttaa kalojen selviytymistä alasvaelluksesta ohjaamalla ne voimalaitosten turbiinien ohitse kalaportaan tai muun ohitusväylän kautta. Työn tavoitteena oli vaelluskalojen alasvaellusrakenteiden toteutusvaihtoehtojen arviointi rakenteiden teknisten ominaisuuksien sekä kustannustarkasteluiden perusteella. Ohjausrakennevaihtoehtoja tarkasteltiin tapaustutkimuksen muodossa Kemijoella sijaitsevalle Valajaskosken voimalaitokselle. Työn aiheeseen syvennyttiin tutustumalla ensin vaelluskalojen elinkiertoon ja kierron kannalta tärkeään alasvaellukseen. Alasvaellusta käsittelevässä osuudessa tarkasteltiin tekijöitä, joilla on vaikutusta vaelluksen ajoittumiseen tai sijoittumiseen uomassa, sillä kyseiset tekijät vaikuttavat myös ohjausrakenteiden valintaan. Ohjausrakenteita tarkasteltiin ensin yleisesti, minkä jälkeen tarkastelua syvennettiin työn kirjallisuuskatsauksessa. Kirjallisuuskatsauksen jälkeen siirryttiin tarkastelemaan työn tapaustutkimuskohdetta. Toimivia vaihtoehtoja kartoitettiin tapaustutkimuskohteessa ensisijaisesti perehtymällä aihepiiristä tuotettuun kirjallisuuteen. Tutkittavia vaihtoehtoja rajattiin teoreettisen osuuden sekä kohdetarkastelun perusteilla muodostettujen valintakriteereiden avulla. Työssä tarkastellut ohjausratkaisut olivat kelluva ohjausaita, säleikkösuuntaaja, viisto välppärakenne, paaluseinä sekä pylväsratkaisu. Näistä paaluseinä ja pylväsratkaisu ideoitiin työn aikana. Vaihtoehtojen toteutustarkastelussa arvioitiin muun muassa rakenteiden toimintaa, vaihtoehtoisia toteutuksia, asemointia voimalaitoksella sekä kustannuksia. Kustannusarviot pohjautuivat saatavilla olevaan kirjallisuuteen, rakenteiden yksikköhintoihin sekä asiantuntija-arvioihin. Ohjausrakenteita pyrittiin tarkastelemaan itsenäisinä kokonaisuuksina vertailevan tarkastelun sijaan. Kirjallisuuden lisäksi työssä hyödynnettiin mallinnus- ja laskentaohjelmistoja. Työssä saatiin koottua perusteita alasvaelluksen ohjausrakenteiden alustavaa valintaa varten. Rakenteiden tarkastelussa tulee kiinnittää huomiota etenkin ohjattavien kalojen käyttäytymismuotoihin, tutkittavan kohteen virtausolosuhteisiin sekä kohdekohtaisiin erityispiirteisiin. Lisäksi on suositeltavaa, että virtausmallinnusta ja kalojen seurantatutkimusta hyödynnetään eri ohjausrakenteiden tarkasteluissa. / Downstream migration is a crucial part of the life cycle for migratory fishes and therefore, securing the migration is essential for the vitality of the migratory fish populations. Dams in regulated rivers affect local flow conditions, slow down the downstream migration speed and reduce the chances of survival for migratory fish. Guidance structures for migratory fish can be used to increase fish survival in downstream migration by directing fish past the dam turbines via fishway or another bypass. The objective of this thesis was to evaluate different guidance structures and implementations for migratory fish by studying the technical features and cost estimations of different structures. As a case study for this thesis different guidance structures were evaluated for Valajaskoski hydropower dam which is located in Kemijoki river. The subject of the thesis was first examined by studying the life cycle of migratory fish and addressing downstream migration which is an important standpoint of the life cycle. Focus in the latter was on factors that affected the starting date and location of downstream migration in the river channel since those factors are essential in selecting guidance structures. Guidance structures were first studied at a general level and then examined in depth in a literature review. After the literature review focus was placed on the case study of this thesis. Potential implementations for the case study site were primarily investigated by studying produced literature about different guidance structures. Studied options were selected by using formulated criteria based on the theoretical part of the thesis and investigation of the case study. Guiding solutions investigated in this thesis were floating guide wall, louver, inclined rack, pile wall and column solution. Pile wall and column solution were designed in pursuance of this thesis. The assessment of different implementations included operation of structures, alternative solutions, location of structures with respect to the hydropower dam and cost estimations. Cost estimations were based on available literature, unit cost of structures and expert evaluations. Different options were assessed independently rather than comparatively. Modeling and calculation software were used in the investigations in addition to literature. As a result of the thesis a basis for the preliminary selection of guiding structures was combined. In the investigation of different guiding structures it is important to focus on the behavioral habits of the guided fish, flow patterns in the study site, and the special characteristics of the site. In addition, it is recommended that flow modelling (for the river) and monitoring study of the fish are used in the investigation of different guiding structures.

Ilmastonmuutos ja nopeasti kehittyvät digitaaliset teknologiat muovaavat elinympäristöämme ja ajavat eteenpäin energia-alan murrosta. Rakennuskannan energiankulutuksella on merkittävä vaikutus, kun pyrimme kohti hiilineutraalia yhteiskuntaa, sillä se muodostaa merkittävän osan Suomen energian loppukäytöstä ja kasvihuonepäästöistä. Rakennuskannan energiankulutuksen optimoinnissa on näin ollen suuri potentiaali. Digitaalisten teknologioiden tuomat innovaatiot tulevat olemaan ratkaisevassa asemassa, kun sopeudumme muutoksiin ja kehitämme resurssirikkaampaa tulevaisuutta. Ennusteet tulevaisuuden muutoksista innostivat tutkimaan, miten kiinteistöt voisivat valmistautua tulevaisuuteen digitaalisten teknologioiden avulla. Tämän diplomityön lopullisena tavoitteena oli selvittää, tuottavatko erilaiset lämmitysprosessin säätötavat lisäarvoa asiakkaalle ja tukevatko ne yhteiskunnallista energiamarkkinan murrosta. Teoriaosiossa haluttiin tutustua monipuolisesti säätötapojen taustalla vaikuttaviin kokonaisuuksiin. Kirjallisuuden perusteella tutustuttiin kiinteistöjen lämmitysprosesseihin ja niiden optimointiin, digitaalisten teknologioiden mahdollistamiin älykkään ohjauksen keinoihin, sekä energiamarkkinaan ja erityisesti kaukolämpöliiketoimintaan. Monipuolisen teoriaosion selvityksen uskottiin auttavan säätötapojen vaikutusten kokonaisvaltaisessa vertailussa ja muodostuvan lisäarvon arvioinnissa. Käytännönosio koostui kolmen erilaisen säätötavan mittaustulosten monipuolisesta vertailusta valituilla parametreilla. Näitä parametreja olivat kaukolämmön mitattu ja normeerattu kulutus, vastaavan energiamaksun suuruus, kiinteistön ominaiskulutus, tunnittainen huipputehontarve, laskennallinen tehontarve mitoitusulkolämpötilassa ja sen suhde kaukolämmön sopimustehoon, vastaavan tehomaksun suuruus, tehontarpeen tasaisuus sekä kiinteistön olosuhteiden taso samalla vertailujaksolla. Vertailluista säätötavoista ensimmäinen perustui kiinteistön alkuperäiseen käyttötapaan, toinen perinteisiin energiatehokkuustoimenpiteisiin ja kolmannessa lisäoptimoitiin digitaalisten teknologioiden avulla kehitetyllä älykkäällä ohjauksella. Tehtyjen vertailujen perusteella pyrittiin vastaamaan kysymyksiin lisäarvosta asiakkaan, yhteiskunnan ja energiayhtiön näkökulmasta. Lisäarvoon liittyviä kysymyksiä olivat muun muassa käyttökustannusten ja energiankäytön pienentyminen, kiinteistön sisäilman laadun säilyminen, kiinteistön arvon kasvaminen, maalämpöön investoinnin potentiaalin parantuminen ja energiajärjestelmän kuormituksen tasaantuminen. Työn tulokset tukivat alkuperäistä hypoteesia eli sitä, että älykkään ohjauksen avulla tuotetaan eniten lisäarvoa. Älykkään ohjauksen arvioitiin pienentävän kohdekiinteistön huipputehon tarvetta, sekä vähentävän energiankulutusta etenkin tilanteissa, joissa säätilassa tapahtuu muutoksia. Älykkäällä säätötavalla saavutettiin vertailujen perusteella eniten lisäarvoa. Kaikkia näitä lisäarvoja ei kuitenkaan saavuteta, ellei perinteisiä energiatehokkuustoimenpiteitä tehdä ensin. Saatavaa lisäarvoa tunnistettiin asiakkaan, yhteiskunnan ja energiayhtiön näkökulmasta. Seurantaa on kuitenkin jatkettava pidemmällä vertailujaksolla, jotta tuloksia voitaisiin pitää paremmin yleistettävänä. Tutkimuksen lopputuloksena todettiin, että yhteiskunnallista muutosta tuetaan parhaiten, kun toiminnassa pystytään yhdistämään useita näkökulmia. Kaikista näkökulmista optimaalisin säätötapa on sellainen, jossa yhdistetään perinteisiä ja nykyaikaisia ohjaustapoja. Optimaalisimman tuloksen saavuttamiseksi tarvitaan kiinteistön prosessien vahvaa tuntemusta, digitaalisia teknologioita, ICT-alan ennakkoluulottomuutta ja energiamarkkinan ymmärrystä. On vastuullista valmistautua muutokseen ottamalla käyttöön digitaalisia teknologioita, sillä niiden avulla kiinteistöä voidaan optimoida myös tulevaisuuden energiajärjestelmän vaatimusten mukaisesti. Näin voidaan varmistaa asiakkaan paras mahdollinen asema energiantuotannon arvoketjussa ja taata edullisin energia myös tulevaisuudessa. / Climate change and rapidly developing digital technologies shape our environment and drive the change of energy industry. The energy consumption of buildings has a remarkable effect when moving towards a carbon neutral society. Buildings form a significant part of Finland’s energy usage and greenhouse gas emissions. Thus, there is great potential in the optimisation of building energy consumption. The innovations of digital technologies will have an integral part, when adjusting to the changes and in developing a better future. The forecasts of the future changes inspired to research, how buildings could be better prepared with digital technologies. The objective of this Master’s Thesis was to find out whether different control methods of heating systems produce added value to customers and support the energy industry transition. The Thesis consisted of a theory section, in which the goal was to get familiar with the complex systems behind different control scenarios. Based on literature building heating systems were researched as well as ways to optimize them. In addition, the intelligent control methods made possible by digital technologies as well as the energy market and the district heating business were studied. This was seen as an important part in being able to compare the effects of the different control scenarios and the added value. The empirical section composed of the diversified comparison of the three control scenarios. The control scenarios were compared based on chosen parameters that included the measured and normalized consumption of district heating, the corresponding energy cost, specific consumption based on building cubic volume, hourly peak power, calculated peak power in design outdoor temperature and the difference to contract peak power, the corresponding peak power cost, the steadiness of the peak power and the quality of the indoor air conditions. The first control scenario was based on the original control methods of the building, the second on traditional energy efficiency methods and the third on intelligent control method developed with digital technologies. Questions indicating whether added value was created, were answered based on the comparisons. The viewpoints were customer, society and energy companies. The questions included topics like the reduction of energy costs, the development of the indoor air quality, the increase in the value of the building, the increase in the potential of investing in geothermal heating solutions and the reduction of the capacity burden of the energy system. The results of this research supported the original hypothesis. The intelligent control method was believed to have most added value creating features. It was believed to reduce the buildings peak power demand and energy consumption, especially when there are remarkable changes in the weather conditions. Based on a single control scenario, the intelligent control method created most added value. Still, it should be noted that all of the added value would not be created without the traditional energy efficiency methods implemented first. For the results to be more generalizable, the comparison data needs to be gathered from a longer period. As a result of the research it was noted, that the societal change is best supported when multiple viewpoints are combined. The best control scenario is one that combines traditional and modern control methods. The most optimal result is reached when the strong knowledge of buildings processes, digital technologies, unconventional ICT-fields methods and the understanding of the energy market is combined. It is responsible to prepare for the change by implementing digital technologies. With them the building can be optimized based on the requirements of the future energy market. This way it can be made sure, that the customer has the best possible position in the energy market in the future as well.