Increasing Sludge Valorization by Combining Thermochemical Treatment with Anaerobic Digestion : Focus on hydrothermal carbonization and pyrolysis

Jätevesilietteet edustavat korkean volyymin kierrätysravinteiden (typpi ja fosfori), hiilen ja uusiutuvan energian lähdettä. Jätevesilietteitä käsitellään tyypillisesti anaerobisella mädätyksellä, jotta sen stabiilius kasvaa ja patogeenien määrä laskee, täten kasvattaen lietteen hyödynnettävyyttä maanparannusaineena, viherrakentamisessa ja ravinteiden talteenotossa, ja jotta siitä voidaan tuottaa uusiutuvaa energiaa biokaasun muodossa. Käytännössä mädätys yksinään on riittämätön hyödyntämään jätevesilietteiden koko energiasisältöä ja muokkaamaan lietettä parhaaseen mahdolliseen käyttökelpoisuuteen ravinteiden ja hiilen talteenottoa varten. Tästä syystä, termokemiallisia käsittelyjä pitäisi ottaa käyttöön täydentämään jätevesilietteiden käsittelyä. Tämän työn tavoitteena oli arvioida märkäpyrolyysin (HTC) ja kuivapyrolyysin mahdollisuuksia mädätetyn yhdyskuntajätevesilietteen sekä teollisen paperi- ja sellutehtaan sekalietteen jalostamisessa ravinteiden talteenottoa, hiilen varastointia sekä biokaasun tuottoa varten. HTC-käsittelyillä tuotettiin hydrohiiltä ja suodosta, joiden ominaisuudet riippuivat lietesyötteestä sekä HTC:n prosessiolosuhteista. Mädätetyn yhdyskuntajätevesilietteen vedetöintiominaisuudet parantuivat huomattavasti, sillä hydrohiilen kiintoaineen määrä kasvoi jopa 60 prosenttiin kokonaismassasta alkuperäisen, käsittelemättömän ja mekaanisesti vedetöidyn mädätteen kiintoainepitoisuuden ollessa 25%. Käsittelyjen vaikutus teollisen paperi- ja sellutehtaan sekalietteen vedetöintiominaisuuksiin oli pieni, mutta sekalietteen energiasisältö kasvoi alkuperäisestä lämpöarvosta 14.9 MJ/kg hydrohiilen 20.5 MJ/kg. Mädätteen hydrohiilen fosforipitoisuudet kasvoivat 3.2–3.7 prosentista kuiva-ainetta jopa 5.7 prosenttiin kuiva-ainetta, puoltaen ravinteiden talteenottosovellutuksia, kun taas sekalietteen hydrohiilen todettiin olevan soveltuvampi hiilen varastointiin, johtuen mädäte-hydrohiileen verraten matalan ravinnepitoisuuden sekä jopa 33 prosentin kasvaneen hiilipitoisuuden vuoksi. Kaikki tuotetut HTC- suodokset sisälsivät 12–15 kertaisen määrän biohajoavaa orgaanista ainetta sekä 3–5 kertaa korkeamman metaanin tuottopotentiaalin verrattuna käsittelemättömiin lietesuodoksiin. HTC-suodosten ohella, anaerobinen mädätys soveltui myös mädätteen kuivapyrolyysissä tuotetun pyrolyysinesteen hävittämiseen ja käsittelyyn, sillä havaittiin, että pyrolyysinesteen vaikutus jätevesilietteen mädätysprosessiin oli neutraali eikä inhibitiota tapahtunut. Biokaasulaitoksen ja HTC:n integrointiarviointi osoitti, että biokaasun tuotantomäärä kasvoi 1% ja typpituotteen 33%, vaikkei biokaasulaitoksen energiankulutus lisääntynyt merkittävästi. Työn tulokset osoittivat, että jätevesilietteiden jalostus HTC:llä mahdollistaa kokonaisvaltaisemman ravinteiden, hiilen ja energian talteenoton kuin anaerobinen mädätys yksinään. Työn löydökset rohkaisevat termokemiallisten käsittelyjen käyttöönottoa biokaasulaitosten ja teollisten jätevesikäsittelyjen yhteyteen lisäämään jätevesilietteen hyödyntämisastetta.Wastewater sludges represent a high-volume resource for recycled nitrogen, phosphorous, carbon and renewable energy. They are typically managed through anaerobic digestion (AD) for increasing the sludge stability and decreasing pathogens, thus improving sludge applicability as soil amendment, in landscaping, and in nutrient recovery, and for producing renewable energy in the form of biogas. In practice, mere AD is insufficient in exploiting the full energy potential of wastewater sludges and in converting sludge in the most feasible form for nutrient and carbon recovery. Therefore, thermochemical treatments to complement the present wastewater sludge management could be introduced. The objective of this thesis was to assess the potential of hydrothermal carbonization (HTC) and pyrolysis in the refining of municipal sewage sludge digestate and of pulp and paper mill mixed sludge for increasing nutrient recovery, carbon sequestration potential, and energy recovery in combination with AD. The HTC treatment produced hydrochar and HTC filtrate, the characteristics of which depended on the feedstock material and of the HTC conditions used. The dewaterability of municipal sewage sludge digestate was significantly improved as the hydrochar total solid (TS) contents increased to up to 60% from the solids content of mechanically dewatered digestate (25%). While the effect of HTC on the dewaterability of industrial pulp and paper mill mixed sludge was minor, its energy content improved from 14.9 up to 20.5 MJ/kg in the hydrochars. The phosphorous concentrations of digestate hydrochars increased from 3.2–3.7% TS up to 5.7 % TS, supporting nutrient recovery applications, while mixed sludge hydrochars were found to be more applicable in carbon sequestration due to low nutrient contents relative to digestate hydrochars and up to a 33% increase in carbon content from untreated mixed sludge. All the produced HTC filtrates had up to 12–15-fold higher biodegradable organics content and 3–5-fold higher methane production potential in AD than untreated sludge filtrates. In addition to the HTC filtrates, AD was found to be a viable disposal and treatment method also for pyrolysis liquid originating from the pyrolysis of municipal digestate, having a neutral effect on biogas production and no inhibition. The integration assessment of HTC to a centralized biogas plant showed to improve biogas (by 1%) and nitrogen product (by 33%) production, while the biogas plant energy consumption was not remarkably increased. In conclusion, HTC represents potential refining technology for wastewater sludges for enabling more complete recovery of nutrients, carbon, and energy from wastewater sludges than sole AD. The findings of this work encourage the implementation of thermochemical treatments to the existing biogas plants and to industrial wastewater treatment plants for increasing resource efficiency

Murhaveisuja ja muunlaista murhetta : Tunteet ja tunneyhteisöt suullis-kirjallisissa aineistoissa

Peer reviewe

International Evaluation of the Finnish Geospatial Research Institute, FGI

This is the report of an international panel for the 2022 Evaluation of the Finnish Geospatial Research Institute (FGI). The Ministry of Agriculture and Forestry commissioned a team of proven scientists and science managers to review the FGI's activities and competencies and make recommendations for the coming years. The evaluation panel focused their work on 1) the quality of research and expert work of FGI, 2) FGI's societal impacts and relevance to society (public sector, private companies, citizens), 3) FGI's activity and leadership in research collaboration and networks and 4) foresight and innovativeness of FGI's activities. The evaluation panel prepared a description of FGI's strengths, weaknesses, threats and opportunities. In addition, the panel made suggestions and recommendations for further development of FGI's research and expert work

The effects of digestate pyrolysis liquid on the thermophilic anaerobic digestion of sewage sludge — Perspective for a centralized biogas plant using thermal hydrolysis pretreatment

The use of pyrolysis process to valorize digestate from anaerobic digestion (AD) of municipal sewage sludge for biochar production was piloted in a central biogas plant. The pyrolysis also generates pyrolysis liquid with high organics and nutrient contents that currently has no value and requires treatment, which could potentially be done in AD. As the pyrolysis liquid may contain inhibitory compounds, we investigated the effects of adding the pyrolysis liquid on AD of sewage sludge and thermal hydrolysis pretreated sewage sludge (THSS) simulating the full-scale centralized biogas plant conditions. In batch assays, the pyrolysis liquid as such did not produce any methane, and the 1% and 5% (v/w) shares suppressed the methane production from THSS by 14–19%, while a smaller decrease in methane production was observed with sewage sludge. However, in the semi-continuous reactor experiments, pyrolysis liquid at a 1% (v/w) share was added in sewage sludge or THSS feed without affecting the methane yields or digestate characteristics. The laboratory results indicated that pyrolysis liquid can be treated in AD, while extrapolating the results to the centralized biogas plant indicated minor increase in the overall methane production and an increased potential for ammonium recovery. © 2022 The Author(s

Sukupolvien suhteet - Ikääntyminen ja vuorovaikutuksen muutos suurten ikäluokkien ja aikuisten lasten elämänkulussa.

Tutkimusportti esittelee Sukupolvien ketju -tutkimushankkeen kolmannen kierroksen tuloksia. Tutkimuksen kohderyhminä ovat vuosina 1945–50-syntyneet suomalaiset suuret ikäluokat ja heidän aikuiset lapsensa. Tutkimusraportin aineistoina käytetään Tilastokeskuksen Sukupolvien ketju -hankkeelle vuosina 2007 ja 2012 sekä 2018 keräämiä kyselyaineistoja. Raportissa tarkastellaan muun muassa seuraavia kysymyksiä: Millaisessa elämäntilanteessa suuret ikäluokat ja heidän aikuiset lapsensa ovat? Millaisia muutoksia suurten ikäluokkien ja aikuisten lasten elämäntilanteissa on tapah- tunut kyselykierrosten välillä? Keiden kanssa suuret ikäluokat ja aikuiset lapset pitävät yhteyttä? Keille suuret ikäluokat ja aikuiset lapset antavat apua ja keiltä he sitä saavat? Onko yhteydenpidossa ja auttamisessa tapahtunut muutoksia kyselykierrosten välillä?Kolmannen kyselykierroksen aikana suuret ikäluokat olivat keskimäärin 71-vuotiaita ja heidän aikuiset lapsensa 42-vuotiaita. Kyselykierrosten välillä suuret ikäluokat ovat siirtyneet lähes täysin työelämästä eläkkeelle, mutta he eivät ole kokeneet, että suuria muutoksia olisi tapahtunut terveydentilassa tai toimeentulossa. Aikuiset lapset ovat puolestaan valtaosin saaneet opintonsa päätökseen ja siirtyneet työelämään, joten heidän koulutustasonsa ja koettu toimeentulontasonsa ovat kohentuneet kyselyiden välillä. Sosiaalisissa suhteissa on tapahtunut joitakin tärkeitä muutoksia. Kolmannen kyselykierroksen aikaan aiempaa harvemmalla suurten ikäluokkien vastaajalla on enää omia vanhempia elossa, mutta entistä useampi on saanut lapsenlapsia ja jopa lapsenlapsenlapsia. Vastaavasti aikuisten lasten kohdalla suurimmat muutokset sosiaalisissa suhteissa kyselykierrosten välillä koskevat omien lasten saamista ja isovanhempien poismenoa.Suuret ikäluokat ovat eniten yhteydessä omiin lapsiinsa ja vanhempiinsa, joskin harvoilla on enää omia vanhempia elossa. Aikuiset lapset pitävät puolestaan eniten yhteyttä ystäviinsä ja vanhempiinsa. Molemmissa sukupolvissa naiset pitävät miehiä tiiviimmin yhteyttä sukulaisiinsa ystäviinsä. Lisäksi molempien sukupolvien vastaajat pitävät aktiivisemmin yhteyttä äidin puoleisiin kuin isän puoleisiin sukulaisiin. Käytännön apu on yleisin annetun ja saadun avun muoto. Suurin osa suurista ikäluokista antaa käytännön apua lapsilleen ja vielä suurempi osa saa sitä lapsiltaan. Molemmissa sukupolvissa miehet antavat läheisilleen käytännön apua naisia yleisemmin. Aikuisten lasten sukupolvessa miehet myös saavat yleisemmin käytännön apua ystäviltään ja puolisonsa vanhemmilta. Suurten ikäluokkien sukupolven naiset saavat miehiä yleisemmin käytännön apua lapsiltaan ja aikuisista lapsista tyttäret saavat poikia yleisemmin käytännön apua vanhemmiltaan.Taloudellisen tuen antaminen on melko vähäistä. Suuret ikäluokat antavat taloudellista tukea pääasiassa omille lapsilleen, eivätkä itse juurikaan saa taloudellista tukea. Aikuiset lapset antavat taloudellista tukea lähinnä sisarustensa lapsille ja saavat sitä omilta sekä puolisonsa vanhemmilta. Suurten ikäluokkien miehet antavat naisia yleisemmin taloudellista tukea lapsilleen ja aikuisista lapsista tyttäret saavat vanhemmiltaan taloudellista tukea poikia yleisemmin.Valtaosa suuriin ikäluokkiin kuuluvista isovanhemmista hoitaa lapsenlapsiaan. Hoiva-apua sisaruksilleen tai ystävilleen antaa vain harva. Aikuiset lapset puolestaan hoitavat sisarustensa ja ystäviensä lapsia. Vastaavasti valtaosa aikuisista lapsista saa lastenhoitoapua omilta ja puolisonsa vanhemmilta sekä suuri osa myös sisaruksiltaan ja ystäviltään. Molemmissa sukupolvissa hoiva-apu on selvästi sukupuolittunutta ja naiset sekä antavat että saavat sitä miehiä yleisemmin. Poikkeuksena on suurten ikäluokkien lapsilleen antama lastenhoitoapu, jossa ei ilmene sukupuolen mukaisia eroja.Suurin osa suurista ikäluokista ja aikuisista lapsista osallistuu hyväntekeväisyyteen tai vapaaehtoistyön tekemiseen. Molemmissa sukupolvissa yleisin hyväntekeväisyyden muoto on vaatteiden ja tavaroiden antaminen keräykseen, mutta yli puolet vastaajista lahjoittaa myös rahaa hyväntekeväisyyteen. Sen sijaan molemmissa sukupolvissa rahan antaminen kerjäläisille on verraten harvinaista.Pitkittäisvastaajien vuorovaikutus- ja auttamissuhteissa on tapahtunut muutoksia kyselykierrosten välillä. Suurten ikäluokkien yhteydenpito omiin vanhempiinsa ja lapsiinsa sekä sisarustensa lapsiin on vähentynyt, mutta yhteydenpito ystäviin on säilynyt ennallaan. Käytännön apua ja taloudellista tukea lapsilleen antavien osuus on pienentynyt. Sitä vastoin lastenhoitoapua lapsilleen antavien osuus on kasvanut. Suurten ikäluokkien lapsiltaan saama käytännön apu on yleistynyt ja entistä useampi saa myös taloudellista tukea lapseltaan, vaikkakin rahallisen avun saaminen on edelleen harvinaista. Lisäksi suurten ikäluokkien sisaruksiltaan saama käytännön apu on yleistynyt kaikkien kyselykierrosten välillä. Tuntemattomien auttamisessa on tapahtunut muutoksia toisen ja kolmannen kyselykierroksen välillä: suuret ikäluokat lahjoittavat vähemmän rahaa hyväntekeväisyyteen, mutta sitä vastoin he osallistuvat yleisemmin keräyksiin ja rahan antaminen kerjäläiselle on hieman yleistynyt.Aikuisten lasten pitkittäisvastaajien yhteydenpito omiin vanhempiinsa, isovan- hempiinsa ja sisaruksiinsa on vähentynyt, mutta yhteydenpito ystäviin on säilynyt ennallaan. Vanhemmille annettu käytännön apu ja taloudellinen tuki ovat yleistyneet, kun taas vanhemmilta saatu käytännön apu ja taloudellinen tuki ovat vähentyneet. Sen sijaan vanhemmilta lastenhoitoapua saavien osuus on kasvanut kyselykierrosten välillä. Lisäksi sisaruksilleen taloudellista tukea ja lastenhoitoapua antaneiden osuudet aikuisten lasten pitkittäisvastaajista on kasvanut. Samoin lastenhoitoavun saaminen omilta sisaruksilta on yleistynyt. Rahan lahjoittaminen hyväntekeväisyyteen on vähentynyt, mutta keräyksiin osallistuminen ja rahan antaminen kerjäläisille sekä vapaaehtoistyön tekeminen ovat yleistyneet aikuisten lasten pitkittäisvastaajilla.Tutkimus osoittaa, että suurten ikäluokkien ja heidän aikuisten lastensa vuorovaikutus- ja auttamisverkostot ovat edelleen varsin vireät. Tulokset kertovat myös siitä, että auttaminen ja yhteydenpito ovat sidoksissa yksilöiden elämäntilanteiseen ja elämänvaiheisiin sekä niissä tapahtuviin muutoksiin.</p

Protected area designation and management in a world of climate change: A review of recommendations

Climate change is challenging conservation strategies for protected areas. To summarise current guidance, we systematically compiled recommendations from reviews of scientific literature (74 reviews fitting inclusion criteria) about how to adapt conservation strategies in the face of climate change. We focussed on strategies for designation and management of protected areas in terrestrial landscapes, in boreal and temperate regions. Most recommendations belonged to one of five dominating categories: (i) Ensure sufficient connectivity; (ii) Protect climate refugia; (iii) Protect a few large rather than many small areas; (iv) Protect areas predicted to become important for biodiversity in the future; and (v) Complement permanently protected areas with temporary protection. The uncertainties and risks caused by climate change imply that additional conservation efforts are necessary to reach conservation goals. To protect biodiversity in the future, traditional biodiversity conservation strategies should be combined with strategies purposely developed in response to a warming climate

Suomen jokien tyypittelyn kehittäminen ja pohjaeläimiin perustuva ekologinen luokittelu

Suomen joet kuuluvat pääosin pohjoiseen havumetsävyöhykkeeseen. EU:n vesipolitiikan puitedirektiivin mukaisessa tyypittelyssä joet voidaan valuma-alueen kokonsa lisäksi varsin mielekkäästi jakaa luontaiselta geologialtaan turve- ja kangasmaiden jokiin, savimaiden jokien rajoittuessa lounais- ja etelärannikon alueelle. Tyypittelytekijöistä korkeussuhteilla on varsin vähän merkitystä Suomessa, koska korkeita vuoristoja on vähän. Tyypittelyssä lisähaasteita aiheuttavat mm. tyypin rajaamiseen liittyvät ongelmat ja järvialtaiden esiintyminen. Samoin peltomaiden tulkinta tietokannoista aiemman luontaisen tyypin mukaan voi olla vaikeaa. Pohjaeläimiä on myös Suomessa viime vuosikymmeninä käytetty jokien ekologisen tilan kuvaajana, vaikka yhtenäistä koko maata kattavaa aineistoa ei ole saatavilla. Tässä tutkimuksessa, pääosin Länsi-Suomen jokien aineistoihin perustuen, joet jakautuivat ns. vertailuoloissa hyvin alueensa tyyppeihin koskipohjaeläimistönsä perusteella. Vastaavasti ekologista luokittelua ajatellen pohjaeläimet kuvasivat hyvin ihmisen erilaisia paineita (mm. hajakuormitus, rakenteelliset muutokset) jokityypeissä. Varsin monipuolisessa vaihtoehtotarkastelussa, vesipuitedirektiivin liitteen V suosittamista luokittelumuuttujista vertailuolojen lajisto ja sen runsaussuhteet näyttivät toimivan luotettavimmin ja tehokkaimmin, kun paineiden vaikutuksia haluttiin tunnistaa ja luokitella jokivesissä. Tämä työ on osa vesipuitedirektiivin ekologista luokittelua kehittäviä hankkeita. Tähän jokien pohjaeläimistöä käsittäneeseen hankkeeseen ovat osallistuneet erityisesti Länsi-Suomen ympäristökeskus ja Jyväskylän Yliopisto ja sen rahoituksesta ovat vastanneet ympäristöministeriö ja maa- ja metsätalousministeriö. Eräässä toisessa hankkeessa jokivesistöjen ekologisesta luokittelusta kalojen osalta on vastannut Riista- ja Kalatalouden tutkimuslaitos

Hydrothermal carbonization of pulp and paper industry wastewater treatment sludges - characterization and potential use of hydrochars and filtrates

The pulp and paper industry's mixed sludge represents waste streams with few other means of disposal than incineration. Hydrothermal carbonization (HTC) could be advantageous for the sludge refinement into value-added products, thus complementing the concept of pulp and paper mills as biorefineries. Laboratory HTC was performed on mixed sludge (at 32% and 15% total solids) at temperatures of 210–250 °C for 30 or 120 min, and the characteristics of the HTC products were evaluated for their potential for energy, carbon, and nutrient recovery. The energy content increased from 14.9 MJ/kg in the mixed sludge up to 20.5 MJ/kg in the hydrochars. The produced filtrates had 12–15-fold higher COD and 3–5-fold higher volumetric methane production than untreated sludge filtrates, even though the methane yield against g-COD was lower. The increased value of the hydrochars in terms of energy content and carbon sequestration potential promote HTC deployment in sludge treatment and upgrading.publishedVersionPeer reviewe

Terveys, toimintakyky ja estettömyyden haasteet selkäydinvammaisten joukossa Suomessa: FinSCI-tutkimuksen protokolla

Background and purpose: The purpose of the Finnish Spinal Cord Injury Study (FinSCI) is to identify factors related to the health and functioning of people with spinal cord injury, their challenges with accessibility, and how such factors are interconnected. The International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF) is used as a structured framework in the study. Design: Protocol of mixed methods study. Results: Study participants were recruited from all 3 spinal cord injury outpatient clinics in Finland. The final target group consists of 1,789 subjects with spinal cord injury. The final questionnaire was formed from 5 different patient-reported instruments. The spinal cord injury-specified instruments are the Spinal Cord Injury Secondary Condition Scale, the Spinal Cord Independence Measure, and the Nottwil Environmental Factors Inventory Short Form. In addition, questions from the following generic instruments were chosen after a selection process: the Patient-Reported Outcomes Measurement Information System, PROM'S (R), and the National Study of Health, Well-being and Service, FinSote. Altogether, the final questionnaire covers 64 ICF categories and consists of 151 ICF-linked questions. Conclusion: The formulated questionnaire covers widely different aspects of health, functioning and accessibility. The questionnaire results and subsequent interviews will help in developing care and rehabilitation policies and services for people with spinal cord injury.Peer reviewe

Prevalence of comorbidities and secondary health conditions among the Finnish population with spinal cord injury

Study design A cross-sectional study. Objectives To explore the prevalence of comorbidities, secondary health conditions (SHCs), and multimorbidity in the Finnish population with spinal cord injury (SCI). Setting The data were collected from the Finnish Spinal Cord Injury Study (FinSCI). Participants were identified from three SCI outpatient clinics responsible for the lifelong follow-up of persons with SCI in Finland, (n = 884 participants, response rate; 50%). Methods The FinSCI-questionnaire included a question from the National Study of Health, Well-being, and Service (FinSote) for screening 12 comorbidities. The reference data of the general population for that question were received from the Finnish Institute for Health and Welfare. The Spinal Cord Injury Secondary Condition Scale (SCI-SCS) was used to screen 16 SHCs. The data were analysed with univariate testing and multivariable negative binomial regression modelling. Results The most common comorbidities were high blood pressure/hypertension (38%), back problems (28%), and high cholesterol (22%). The most common SHCs were joint and muscle pain (81%), muscle spasms (74%), chronic pain (71%), and bowel problems (71%). The prevalence of comorbidities was highest among persons aged >= 76 years (mean; 2.0; scale range; 0-12). The prevalence of SHCs was highest in the severity of SCI group C1-4 AIS A, B, and C (mean; 8.9; scale range; 0-16). Conclusions Further research on geriatrics in SCI, non-traumatic SCI, and knowledge of the needs of persons with cervical lesion AIS A, B, or C is required, due to the fact that the prevalence of multimorbidity is high in these groups.Peer reviewe