Teollisia mineraalisia sivuvirtoja hyödyntävät vesien puhdistusratkaisut. Janne Pesonen Kestävän kemian tutkimusyksikkö Oulun yliopisto

Transkriptio

1 Teollisia mineraalisia sivuvirtoja hyödyntävät vesien puhdistusratkaisut Janne Pesonen Kestävän kemian tutkimusyksikkö

2 Kestävän kemian tutkimusyksikkö Ulla Lassi Professori Yksikön johtaja Paavo Perämäki Professori Jouni Pursiainen Professori Yksikkö on n. 40 hengen asiantuntijaorganisaatio Yksikössä 3 professoria, n. 15 senioritutkijaa, n. 20 jatko-opiskelijaa Yksikössä on edustettuina analyyttisen kemian, orgaanisen kemian, soveltavan kemian ja fysikaalisen kemian tieteenalat Soveltavan kemian osalta tutkimusta tehdään n kampuksella ja Kokkolassa (Kokkolan yliopistokeskus, soveltavan kemian yksikkö) Tutkimuksen ohella yksikön henkilöstö antaa opetusta kemian tutkinto-ohjelmaan (kemisti ja kemian aineenopettajakoulutus) Yksikkö ja kemian tutkinto-ohjelma siirtyivät hallinnollisesti teknilliseen tiedekuntaan alkaen

3 Kestävän kemian tutkimusyksikkö Keskeisimmät tutkimusalueet: -Uudet vedenpuhdistuskemikaalit ja -ratkaisut -Katalyyttiset materiaalit biomassan muokkauksessa ja veden käsittelyssä -Energiaa varastoivat uudet materiaalit (aurinkokennot, litiumioniakut) -Epäorgaaninen hivenaineanalytiikka

4 Välimaa, YVAselostus Lisää tarvittaessa alatunnisteteksti

5 Kemiallinen saostus kaivosvesien käsittelyssä Kalkki- ja ettringiittisaostus kaivosvesien sulfaatin poistossa MineQL tasapainolaskennat/spesiaatiokuvaajat TOLONEN, E-T., HU, T., RÄMÖ, J. & LASSI, U. (2016) The removal of sulphate from mine water by precipitation as ettringite and the utilisation of the precipitate as a sorbent for arsenate removal, Journal of Environmental Management 181, TOLONEN, E-T., RÄMÖ, J. & LASSI, U. (2015) The effect of magnesium on partial sulphate removal from mine water as gypsum, Journal of Environmental Management 159, TOLONEN, E., SARPOLA, A., HU, T., RÄMÖ, J. & LASSI, U. (2014) Acid mine drainage treatment using by-products from quicklime manufacturing as neutralization chemicals, Chemosphere 117,

6 Kalkinpolton sivutuotteiden hyödyntäminen sulfaatinpoistossa Sivutuotteet poistivat sulfaattia yhtä paljon (noin 60 %) kuin kaupalliset kalkkituotteet Kaivosveden lähtöpitoisuus oli 7500 mg/l ja saostuskokeissa saavutettu loppupitoisuus välillä mg/l riippuen käytetystä sivutuotteesta Sivutuotteiden välillä havaittiin eroja niiden kulutuksessa sekä muodostuvan saostuman määrässä ja laadussa Sivutuotteiden hyödyntäminen voisi alentaa kemikaalikustannuksia sekä jätteen loppukäsittelykustannuksia Lisää tarvittaessa alatunnisteteksti

7 Kemiallinen saostus ravinteiden talteenotossa Ammonium ja fosfaatti voidaan saostaa struviittina (NH 4 MgPO 4 6H 2 O) - Moolisuhteet Mg:P:N 1:1:1 - Hidasliukoinen lannoite - Tyypillisiä saostuskemikaaleja ovat kaupalliset Mg-suolat (MgCl 2, MgSO 4, MgO and Mg(OH) 2 ) - Edullisempia reagensseja tulisi kokeilla - Dolomiitti, lentotuhka - Sähkökemiallinen saostus - Tohtorikoulutettava Pekka Myllymäki MYLLYMÄKI, P., PESONEN, J., TYNJÄLÄ, P., HU, T. & LASSI, U. (2018) ) Use of paper mill sludge as chemical coagulant in the simultaneous removal of NH4-N and phosphate Resources, Conversation and Recycling (submitted) MYLLYMÄKI, P., PESONEN, J., TYNJÄLÄ, P., HU, T. & LASSI, U. (2018) ) Use of Mg-rich fly ash as chemical coagulant in the simultaneous removal of NH4-N and phosphate, käsikirjoitus 7

8 Dolomiittisaostus Saostettiin lietelannasta struviittia kalsinoidulla dolomiitilla - Saostuma sisälsi struviitia ja kalsiumkarbonaattia - Dolomiitti toimii struviittisaostuksessa 1 = (NH 4 MgPO 4 6H 2 O); 2 = CaCO Lisää tarvittaessa alatunnisteteksti

9 Geopolymeerisorbentit veden käsittelyssä Geopolymeerit ovat emäsaktivoituja alumiinisilikaatteja - Raaka-aineina alumiinia ja piitä sisältävät mineraaliset aineet esim. lentotuhka, masuunikuona, lasivilla - Aktivaattorina NaOH, KOH tai Na 2 SiO 3

10 Sulfaatin poisto geopolymeereilla Ba-käsitellyillä geopolymeereilla poistettiin sulfaattia kaivosvesistä Sulfaatin poisto% jopa 90 (lähtöpitoisuus 850 mg/l, sorbentin annostus 5 g/l) Sorptiokapasiteetti jopa 119 mg/g Bariumin liukeneminen hyvin pientä Runtti H, Luukkonen T, Niskanen M, Tuomikoski S, Kangas T, Tynjälä P, Tolonen ET, Sarkkinen M, Kemppainen K, Rämö J & Lassi U (2016) Sulphate removal over barium-modified blast-furnace-slag geopolymer, Journal of Hazardous materials 317,

11 Ammoniumin poisto Sorptiokapasiteetti jopa 21 mg/g Ammoniuminpoisto% jopa 80 (lähtöpitoisuus 50 mg/l, sorbentin annostus 10 g/l) Käytetty geopolymeeri voidaan regeneroida (NaCl + NaOH) LUUKKONEN,T., SARKKINEN, M., KEMPPAINEN, K., RÄMÖ, J. & LASSI, U. (2015) Metakaolin geopolymer characterization and application for ammonium removal from model solutions and landfill leachate, Applied Clay Sciences 119,

12 Nikkelin(II), arseenin(iii) ja antimonin(iii) poisto kaivosvesistä Masuunikuonapohjaisella geopolymeerilla poistoprosentit yli 90 (lähtöpitoisuudet: Ni(II) 2.17, As(III) 2.4, Sb(III) 1.77 mg/l, sorbentin annostus 15 g/l) Luukkonen, T., Runtti, H., Niskanen, M., Sarkkinen, M., Kemppainen, K., Rämö, J., Lassi, U. (2016) Simultaneous removal of Ni(II), As(III), and Sb(III) from spiked mine effluent with metakaolin and blast-furnace-slag geopolymers, Journal of Environmental Management 166,

13 Katalyyttinen märkähapetus Katalyyttien valmistus ja käyttö hapetusreaktioissa Reaktiokinetiikan mallinnus FT Anne Heponiemi, väitös 2015 FM Riikka Juhola Kuvat: Anne Heponiemi HEPONIEMI, AZALIM, S., HU, T.& LASSI, U. (2015) Cerium oxide based catalysts for wet air oxidation of bisphenol A, Topics in Catalysis 58(14), HEPONIEMI, AZALIM, S., HU, T.& LASSI, U. (2017) Catalytic wet air oxidation of bisphenol A with platinum catalysts supported on cerium and cerium-titanium oxides, submitted HEPONIEMI, A., RAHIKKA, L., KUOKKANEN, T. & LASSI. U. (2011) Catalytic oxidation of industrial wastewater under mild conditions, Topics in Catalysis, vol. 54, HEPONIEMI, A. (2015) PhD thesis, University of Oulu.

14 Sekventiaalinen uutto Vesiliukoinen: liukoiset ionit ja liukoiseen (orgaaniseen) ainekseen sitoutuneet ionit Vaihtuva: elektrostaattisesti sitoutuneet ja heikoin kovalenttisin sidoksin sitoutuneet metallit Happoliukoinen: karbonaatteihin sitoutuneet metallit Pelkistyvä: mangaani- ja rautaoksideihin sitoutuneet metallit Hapettuva: orgaaniseen aineeseen sitoutuneet metallit/ sulfideihin ja oksideihin sitoutuneet metallit Jäännösjae: erilaisia liukenemattomia mineraaleja Sarjauutto, jossa näytettä käsitellään peräkkäin erilaisilla reagensseilla - Reagenssien voimakkuus kasvaa asteittain - Tarkoituksena jakaa alkuaineet eri jakeisiin, jotta voidaan arvioida biosaatavuutta ja ympäristöriskiä - Käytetty useisiin erilaisiin ympäristönäytteisiin: pohja- ja lentotuhka, paperitehtaan liete, sinkkikaivoksen sivukivi Vaihe Fraktio Uuttoliuos Suoritus F1 Vesiliukoinen 40 ml H 2 O at ph 4 (HNO 3 ) 16 h at 22 ± 5 C, ravistelu F2 Vaihtuva ja 40 ml HOAc 0.11 mol l h at 22 ± 5 C, ravistelu happoliukoinen F3 Pelkistyvä 40 ml NH 2 OH HCl 0.5 mol l -1, ph 1.5 (HNO 3 ) 16 h at 22 ± 5 C, ravistelu F4 Hapettuva 10 ml H 2 O 2 30 % w/v F5 Jäännös 10 ml H 2 O 2 30 % w/v 50 ml NH 4 OAc 1 mol l -1 ph 2 (HNO 3 ) 1 h 22 ± 5 C (satunnainen manuaalinen ravistelu), sitten 1 h 85 ± 2 C. Vähennetään tilavuus alle 3 ml:aan 1 h 85 ± 2 C 16 h 22 ± 5 C 14

15 Kiitokset mielenkiinnostanne! Yhteystiedot: Tutkijatohtori Janne Pesonen /Kestävän kemian tutkimusyksikkö sposti: puh: