TEOLLISTEN JÄTEVESIEN KÄSITTELY JA ARVOAINEIDEN TALTEENOTTO 1 Tutkijatohtori, FT Sari Tuomikoski, Professori Ulla Lassi Oulun yliopisto, Kestävän kemian.

Esitys aiheesta: "TEOLLISTEN JÄTEVESIEN KÄSITTELY JA ARVOAINEIDEN TALTEENOTTO 1 Tutkijatohtori, FT Sari Tuomikoski, Professori Ulla Lassi Oulun yliopisto, Kestävän kemian."— Esityksen transkriptio:

1 TEOLLISTEN JÄTEVESIEN KÄSITTELY JA ARVOAINEIDEN TALTEENOTTO 1 Tutkijatohtori, FT Sari Tuomikoski, Professori Ulla Lassi Oulun yliopisto, Kestävän kemian tutkimusyksikkö 10. Ympäristömittauspäivät, Vuokatti 11.4.2016

2 Kestävän kemian tutkimusyksikkö: 44 tutkijaa, joista 33 soveltavan kemian tutkijaa Oulussa ja Kokkolassa Vesien käsittelyn parissa työskentelevät tutkijat: Yliopistotutkija Jaakko Rämö Tutkijatohtori Sari Tuomikoski (adsorbentit) Tutkijatohtori Anne Heponiemi (CWAO) Tutkijatohtori Teija Kangas (mallinnus) Tutkijatohtori Ville Kuokkanen (EC) Tutkijatohtori Tao Hu (karakterisoinnit) FM Hanna Runtti (väitöskirja esitarkastuksessa) DI Laura Rahikka FM Pekka Myllymäki FM Emma-Tuulia Tolonen LuK Riikka Juhola DI Kyösti Rajaniemi Arne Van den Brande (1.2.-31.5.2016) Fleur Salmon (4.4.-30.6.2016) Keskeiset aihealueen projektit: Moniwater/Tekes 2009-2011 Valokata/Tekes 2008-2010 AOPI/Suomen Akatemia, 2012-2016 Teollisuuden jätevesien käsittely, 2009- SULKA/EU, 2012-2014 GeoSorbents/Tekes, 2015-2016 Tilaustutkimukset yrityksille SOVELTAVAN KEMIAN TUTKIMUSRYHMÄ

3 TAUSTAA 3 Arvoaineiden talteenotto Orgaanisen jätteen kaatopaikkasijoitusta rajoitettu vuoden 2016 alusta (Valtioneuvoston asetus kaatopaikoista 331/2013) Jätehierarkia 10. Ympäristömittauspäivät, Vuokatti 11.4.2016

4 TEOLLISUUDEN JÄTEMATERIAALIT VEDENPUHDISTUKSESSA 4 Masuunikuona Metakaoliini Sorbentit (geopolymeeri) Kaoliniïtti Kalsinointi 600ºC:ssa Hiilijäännös Biomassa Terästeollisuus Sorbentit 10. Ympäristömittauspäivät, Vuokatti 11.4.2016

5 ADSORPTIO 5 Tapahtuma, jossa kiinteän aineen pintaan kiinnittyy atomeja, molekyylejä tai ioneja liuoksesta, jonka kanssa se on kosketuksissa Epäpuhtaudet kiinnittyvät pinnalle ja ne poistetaan siitä regeneroinnilla Adsorbentti saadaan uudelleen käyttöön ja arvoaineet talteen

6 6 Amorfisia alumiinisilikaatteja

7 7 Nikkeli (Ni), arseeni (As) ja antimoni (Sb) ovat myrkyllisiä (suuri kerta-annos) ja karsinogeenisia (jatkuvampi pieni annos) Juomaveden raja-arvot (µg/L): Ni: 70, As: 10 ja Sb: 20 Tutkittiin kaivoksen purkuveden yhtäaikaista Ni-, As- ja Sb-poistoa, jossa masuunikuonageopolymeeri osoittautui tehokkaaksi (poistoteho yli 90 %) GEOPOLYMEERIEN KÄYTTÖ JÄTEVEDEN KÄSITTELYSSÄ Tekstiiliteollisuuden jätevesien puhdistus geopolymeerillä 10. Ympäristömittauspäivät, Vuokatti 11.4.2016

8 Tavoitteet:  Kehittää hiilipohjaisia vedenkäsittelykemikaaleja lignoselluloosapohjaisista materiaaleista (mm. turve, sahanpuru, ligniini) hyödyntämällä termokemiallisia käsittelymenetelmiä  Kehittää kustannustehokkaita adsorbenttimateriaaleja teollisuuden jätevesien puhdistukseen ja arvoaineiden talteenottoon (raskasmatellit, orgaaninen materiaali, sulfaatti, ravinteet)  Kehittää muita korkean lisäarvon sovelluksia (katalyytin tukiaine, anodimateriaaleiksi pattereihin, pelkistyshiili metallurgiseen teollisuuteen) BIOPOHJAINEN VEDENKÄSITTELYMATERIAALI

9 AKTIIVIHIILEN VALMISTUS Carbonization Sorbent material e.g. sawdust, sidestreams Reuse Regeneration! Hyviä tuloksia saatu: -Raskasmetallien poistoon (synteettinen vesi, teollisuuden jätevesi) -Sulfaatin poisto (synteettinen vesi, kaivoksien jätevedet) -Bisfenoli A:n poisto (synteettinen vesi) Activation Activated carbon

10 TEOLLISUUDEN JÄTEMATERIAALI ADSORBENTTINA 10

11 TEOLLISUUDEN JÄTEMATERIAALI ADSORBENTTINA 11 Kaasutuksessa muodostuneen hiilijäännöksen hyödyntämispotentiaali

12 ADSORPTIOKOKEET, CASE HIILIJÄÄNNÖS Adsorptiokapasiteettia voidaan parantaa kemiallisella (ZnCl 2 ) ja fysikaalisella (CO 2 ) aktivoinnilla tai kemiallisella modifinoinnilla (FeCl 3 ) Tutkittiin metallien (Fe,Cu,Ni), fosfaatin, nitraatin ja sulfaatin poistoa Laboratoriokokeet: panoskokeilla tutkittiin seuraavien vaikutusta: - Lähtö pH - Liuoksen alkukonsentraatio  isotermianalyysi - adsorptioaika  kineettinen malli 12 IsotermianalyysiKineettinen malliVirheanalyysi Langmuir Freundlich Dubinin-Raduschevich (D-R) Temk Pseudo-first-order Pseudo-second-order Elovich RMSE

13 13 ParameterUnitPACR 1 CACR 2 MCR 3 AC 1 4 AC 2 5 Kinetic model Carbon content%52.161.861.077.691.9- BET m 2 g -1 59028552.4603786- Ni removal q m mg g -1 -62.9-3.1-Pseudo-second-order Cu removal q m mg g -1 -23.3-4.4 -Pseudo-second-order Fe removal q m mg g -1 -21.4-12.1-Pseudo-second-order PO 4 2- removal q m mg g -1 30.220.5-4.438.70Pseudo-second-order NO 3 - removal q m mg g -1 11.27.97-10.014.6Pseudo-second-order SO 4 2− removal q m mg g -1 --19.5-15.0Pseudo-second-order 1 PACR: Physically activated carbon residue, 2 CACR: Chemically activated carbon residue, 3 MCR: Chemically modified carbon residue, 4 AC 1: Activated carbon (Merck), 5 AC 2: Activated carbon (Norit).

14 14 YHTEENVETO Teollisuuden sivutuotteita ja jätemateriaaleja voidaan käyttää raaka- aineena valmistettaessa uusia vedenpuhdistusmateriaaleja poistamaan ja talteenottamaan kationeja (metallit) ja anioneja (ammoniumtyppi, fosfaatti, nitraatti, sulfaatti) Geopolymeerit Biomassapohjaiset adsorbentit Teollisuuden hiilipitoiset jätteet Esimerkiksi hiilijäännös energiantuotannosta, silikaattipohjainen sivutuote kaivosteollisuudesta ja biopolymeerit (sahanpuru, turve, olki) toimivat käsittelyn jälkeen adsorbentteina Käsittely voidaan tehdä fysikaalisesti tai kemiallisesti, jotta adsorbenttien selektiivisyys paranee Regeneroinnilla saadaan adsorboidut yhdisteet talteen ja adsorbentti uudelleen käyttöön

15 15 Kiitos mielenkiinnostanne! Yhteystiedot: Professori Ulla Lassi, Oulun yliopisto/ Kokkolan yliopistokeskus Chydenius ulla.lassi@oulu.fi Sari Tuomikoski sari.tuomikoski@oulu.fi