Tuloksia kierrätys- ja luonnonmateriaalien käytöstä metallipitoisten vesien puhdistuksessa - yhteenvetoa HuJa-projektista ja HybArktprojektin lyhyt esittely Heini Postila, Elisangela Heiderscheidt, Tiina Leiviskä, TEOLLISUUDEN SIVUVIRRAT VESIENSUOJELURAKENTEESSA-tapahtuma 7.2.2019
Sisältö HuJa-projektin lyhyt kuvaus Tehtyjä pilottitestauksia metallipitoisten vesien puhdistamiseksi Suodatinpilottiratkaisu Sekoitus- ja laskeutuspilottiratkaisu HybArkt-projektin lyhyt esittely
Metallipitoisten hulevesien ja käsiteltyjen jätevesien puhdistustehokkuuden parantaminen luonnonmateriaaleilla (HuJa)-projektin lyhyt kuvaus Hankkeen tavoitteet: 1. Tavoitteena on lisätä raskasmetallien puhdistumista mm. raskasmetallipitoisista hule- ja jätevesistä (esim. rejektivedet) sekä teollisuuden jätevesistä luonnonmineraaleja (kuten savituotteet) ja kehitettäviä modifioituja biomateriaaleja (mm. sahanpuru) käyttämällä. 2. Tavoitteena on selvittää, paljonko pajujen kasvatuksella voidaan vähentää käsiteltyjen jätevesien ravinnepitoisuutta (ja raskasmetallipitoisuutta). Samalla selvitetään kuinka paljon parannetaan pajuston kasvua biomassaraaka-aineeksi pohjoisissa olosuhteissa, ja mitkä lajit ovat sopivimpia, kun käsiteltyjä jätevesiä käytetään lannoitteena. 3. Selvittää missä vaiheessa raskasmetallipitoisuuksia olisi mahdollista ja taloudellisinta vähentää, ettei niitä päätyisi niin paljon lietteeseen (liete esim. lannoituskäyttöön sopivaa). Hankkeen toteutusaika- ja budjetti: 1.10.2015 30.9.2018, 335 000 Toteuttajat: Oulun yliopisto: Vesi- ja ympäristötekniikan, Kemiallisen prosessitekniikan ja Ympäristö- ja kemiantekniikan tutkimusryhmät Hankkeen rahoittajat ja yhteistyökumppanit: EAKR Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskuksen kautta Outokumpu Chrome Oy, Oulun Jätehuolto Oy, Pudasjärven vesiosuuskunta, Taivalkosken Vesihuolto, Oulun Vesi, Pölkky Oy, Kuusamon Energia- ja Vesiosuuskunta, Naturpolis Oy, Kuusamon kaupunki, Vesilaitosyhdistyksen kehittämisrahasto, Maa- ja vesitekniikan tuki ry., Ranuan Vesihuolto Oy, Napapiirin Energia ja Vesi Oy, Vesikolmio Oy, Aquaminerals Finland Oy ja Oulun yliopisto Hankkeen loppuraportti: https://www.oulu.fi/water/node/33145 3
Suodatinpilottiratkaisun testaus Testaukset kesä-lokakuussa 2017 Vesi testeihin otettiin ojasta, jonne tuli suotovesiä vanhalta rikastusjäte-alueelta Keskiarvopitoisuuksia: Kok. Zn 542 µg/l, Kok. Ni 8,1 µg/l (Zn ja Ni pääasiassa liukoisessa muodossa), ph 7,5 Vesinäytteet tulevan veden säiliöstä ja lähtevästä vedestä Tulevan veden määrän mittausta astiakokein eri painekorkeuksilla Testatut materiaalit (valittu omien laboratoriotestausten, toimittajilta tulleiden ehdotusten perusteella): 4 1. ALOXrc kierrätetty mineraalituote (2-4 mm, 18,60 kg ja 0,018 m 3 ) Testattu 13.6-11.10.2017 (120 vrk), testit lopetettu tukkeutumiseen. 2. OKTO JT-hiekka (2-4 mm, 29,74 kg ja 0,019 m 3 ) Testattu 13.6-16.8.2017 (64 vrk), testit lopetettu tukkeutumiseen. 3. PalPower M10 (5-15 mm, 20,79 kg ja 0,018 m 3 ), Testattu16.8.2017-23.10.2017 (11.10.2017, 49 vrk) ja testaus lopetettu jäätymiseen. 4. OKTO JT-murske (4-16 mm, 31,27 kg ja 0,019 m 3 ) Testattu16.8.2017-23.10.2017 (11.10.2017, 49 vrk) ja testaus lopetettu jäätymiseen.
Suodatinpilottiratkaisun rakenne 5
6 Testeihin tulleen veden pitoisuus, piloteilla poistettu kuormitus (PK) ja kuormitusreduktio (KR)
Yhteenveto suodatinpilottiratkaisu Pääasiallinen metallienpoistomekanismi tod. näk. materiaalien pinnalle tapahtuva sorptio ALOXrc kierrätetty mineraalituote Puhdistustehokkuudeltaan pääasiassa paras testatuista Huuhtoutui Al, jonka pitoisuudet ensimmäistä lukuun ottamatta talousveden laatusuositusten (<200 µg/l) alapuolella Toimi pitempään tukkeutumatta kuin vastaavan raekoon toinen testattu materiaali Tuloksien perusteella ei voi suoraan sanoa ison mittakaavan ratkaisun toimivuudesta, vaan se täytyisi testata, mutta tulokset antavat viitteitä siitä mitä kannattaisi testata isossa mittakaavassa ja kuinka kauan se mahdollisesti voisi toimia 7
Sekoitus- ja laskeutuspilottiratkaisu 3 sorbenttia testattiin: Testattavat materiaalit olivat PalPower M10 (PPM10) (<125 µm), modifioitu turve (HCl-P) (90-250 µm ennen modifiointia) ja OKTO JT-filleri (<5600 µm) Testien kesto, tavoiteltu annostus ja sekoituksen kesto: PalPower M10 (3 ajoa yhteensä 7 päivää, 0,15 g/l, 15 min), modifioitu turve (1 päivä, 0,5 g/l, 15 min) ja OKTO-JT filleri (7 päivää jatkuvatoimisesti, 0,15 g/l, 15 min) Otettu näytteitä sisääntulevasta ja ulosvirtaavasta vedestä Lämpötilaa, ph ja sähkönjohtavuutta mitattu sisääntulevasta ja ulosmenevästä vedestä jatkuvatoimisesti. Vesinäytteistä on analysoitu useita metalleja, kuten Ni, Zn, Pb, As, jne. Kaikenkaikkiaan testit menivät hyvin ja pilottisysteemi toimi riittävästi. Tulevan veden laatu vaihteli merkittävästi testien aikana ja tämä tulee ottaa huomioon tulosten arvioinnissa. 8 18.2.2019
Sekoitus- ja laskeutuspilotti testausten tuloksia 9
Yhteenveto sekoitus- ja laskeutuspilottiratkaisu PPM10 toimi hyvin joillakin metalleilla (mm. Zn, Cr, Pb), mutta As ja Ni huuhtoutumista havaittiin. Testit tehtiin kolmessa eri periodissa (kesto 24 ja 48 h välillä), mikä johtui ennalta-arvaamattomista häiriöistä ja tämä voi vaikuttaa tuloksiin. PPM10 materiaalin lisäys nosti veden ph:n (keskiarvo 8,0). HCl-P poisti tyydyttävästi Cr, Pb, Zn ja Ni. Turpeella ei ollut vaikutusta veden ph:n. OKTO-JT filleri poisti hyvin Cr, Cu, Pb ja Zn ja hieman As ja Ni. Fillerin lisäys nosti veden ph:n (keskiarvo 8,3). Lietteissä suuria määriä Zn ja Cr pilotin jälkeen. Myös Pb selkeästi suurempi. Koska tulevan veden laatu vaihteli paljon testien aikana ja pidätettävien ionien pitoisuuksilla on suora vaikutus puhdistusprosessiin, materiaalien toimivuutta ei voi verrata suoraan. Metallin poistossa vaikuttava mekanismi eroaa tuotteiden välillä. Turpeella pääasiallisena mekanismina on todennäköisesti adsorptio, kun taas PPM10:lla ja kuonalla saostuminen metallihydroksideina (ph:n nousun seurauksena) voidaan arvioida olevan mahdollinen poistomenetelmä. Kiintoaineen pieni määrä lähtevässä vedessä korostaa laskeutusyksikön hyvää toimintaa, HCl-P käsittelyn jälkeen kiintoainepitoisuudet nousivat Sekoitus- ja laskeutussysteemin voidaan katsoa olevan toteuttamiskelpoinen menetelmä testatuille tuotteille. 10
Passiiviset hybridipuhdistusratkaisut arktisten valumavesien typen ja raskasmetallien puhdistamiseen (HybArkt)-projektin lyhyt esittely Hankkeessa: Tuotetaan uutta tietoa hybridiratkaisujen suunnittelusta ja mitoituksesta kylmiin olo-suhteisiin. Tutkitaan ja optimoidaan pohjoisiin olosuhteisiin sopeutuneiden luonnonkasvien, sienten ja bakteerien kykyä pidättää vedestä typpeä ja raskasmetalleja. Tavoite: Saada erilaisten elinkeinotoimintojen vesistökuormitusta pienennettyä kustannustehokkaasti passiivisilla menetelmillä Hankkeen toteutusaika- ja budjetti: 1.1.2018 31.12.2020, 470 000 Toteuttajat: Oulun yliopisto (Vesi-, energia- ja ympäristötekniikan ja Ekologian ja genetiikan tutkimusyksiköt) ja Suomen ympäristökeskus (Oulun toimipaikka) Hankkeen rahoittajat ja yhteistyökumppanit: EAKR Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskuksen kautta Pyhäsalmi Mine Oy, Carbons Finland Oy, Vapo Clean Waters Oy/Vapo Oy, Kallon vesija viemäriosuuskunta, Levin Vesihuolto Oy, Tunturi-Lapin Vesi Oy, Lakeuden Keskuspuhdistamo Oy, Pohjois-Suomen Suunnittelupalvelu Oy, Agnico-Eagle Finland Oy, Mushroom Agent, Turveruukki Oy, Owatec Group Oy, Boliden Kevitsa Mining Oy, Pyhäjärven kaupunki, Kittilän kunta, Outokumpu Chrome Oy, Vesilaitosyhdistysten kehittämisrahasto, Oulun yliopisto ja Suomen ympäristökeskus Hankkeen nettisivut: https://www.oulu.fi/water/node/51195 11
Hanke toteutetaan työpaketteina: 1. Selvitetään olemassa olevan tietämyksen ja aikaisemmista hankkeista saadun kokemuksen avulla minkälaiset käsittely-yksiköt (puhdistusmoduulit) soveltuvat parhaiten erilaisille vesille ja mikä on optimaalinen järjestys näille yksiköille kussakin käyttökohteessa. 2. Mitoitus, suunnittelu sekä mitoitus- ja suunnittelutyökalun luominen 3. Pilottikohteiden rakentaminen ja seuranta (Pyhäsalmi Mine Oy (tehty syksy 2018), Kallon jätevedenpuhdistamo (tehdään 2019) ja Levi hulevesien purkupiste (tehdään 2019)) 4. Vuorovaikutteinen suunnittelu ja viestintä 12
13 Pyhäsalmi testauspilottirakenne
14 Kiitoksia! Kysymyksiä?