Leikkuunesteiden kierrätyksen ja jätehuoltopalveluiden kehittäminen kone- ja metalliteollisuudessa LEIKKO

Leikkuunesteiden kierrätyksen ja jätehuoltopalveluiden kehittäminen kone- ja metalliteollisuudessa LEIKKO Tutkimusraportti 1.3.2009 1.12.2010 Tammikuu 2011, Kuopio Toimittanut: Arja Ruokojärvi Kirjoittajat: Arja Ruokojärvi, Minna Pyykkö, Tero Reijonen, Arttu Karhunen, Ilari Lignell, Minna Nousiainen, Toni Pasanen ja Henri Puustinen

2 Sisällysluettelo ALKUSANAT... 4 1. JOHDANTO... 6 1.1 TAUSTAA... 6 1.2 TAVOITTEET... 7 1.3 TOIMENPITEET... 7 2. LEIKKUUNESTEIDEN KÄYTÖN, KIERRÄTYKSEN JA JÄTEHUOLLON NYKYTILANNE POHJOIS- SAVOSSA... 8 2.1 SELVITYKSEN TAVOITTEET JA TOIMENPITEET... 8 2.2 YHTEENVETO SELVITYKSEN TULOKSISTA... 9 3.0 LEIKKUUNESTEJÄTELIUOSTEN SAOSTUSKOKEET LABORATORIOMITTAKAAVASSA...11 3.1 YKSITTÄISSAOSTUKSET... 11 3.1.1 Johdanto... 11 3.1.2 Tavoitteet... 12 3.1.3 Koejärjestelyt... 12 3.1.4 Tulokset... 12 3.2 YHDISTELMÄSAOSTUKSET... 14 3.2.1 Johdanto... 15 3.2.2 Tavoitteet... 15 3.2.3 Koejärjestelyt... 15 3.2.4 Tulokset... 16 4.0 LEIKKUUNESTEJÄTELIUOSTEN SUODATUSKOKEET...18 4.1 YLEISTÄ SUODATUSKOKEISTA... 18 4.2 ESIKÄSITTELY... 18 4.3. POLYPROPEENISUODATUS... 20 4.4 AKTIIVIHIILISUODATUS... 21 4.5 VESIANALYYSIT... 22 4.6 TULOKSET... 24 4.7 TULOSTEN ARVIOINTI... 25 5. HEINÄLAMMIN PILOT-KOKEIDEN LOPPURAPORTTI...26 5.1 ESITESTIT LABORATORIOSSA... 26 5.2. PILOT-MITTAKAAVAN SAOSTUS- JA SUODATUSKOKEET... 29 5.2.1 Nesteen käsittely... 29 5.2.2 Koejärjestelyt... 30 5.2.3 Näytteet... 32 5.3 TULOKSET... 33 6. LASTUJEN KÄSITTELY KIRJALLISUUSKATSAUS...37 6.1 JOHDANTO... 37 6.2 LASTUJEN KULJETTAMINEN... 38 6.2.1 Mekaaniset kuljettimet... 38 6.2.2 Alipainetoimiset kuljettimet... 39 6.2.3 Erikoiskuljettimet... 39 6.3 LASTUJEN MURSKAUS... 39 6.3.1 Pystymurskain... 40 6.3.2 Vaakamurskain... 40 6.4 LASTUJEN JA LEIKKUUNESTEIDEN EROTTAMINEN... 40 6.4. 1 Linkoaminen... 40

6.5 LEIKKUUNESTEIDEN PUHDISTAMINEN... 41 6.6 LASTUJEN BRIKETÖINTI... 41 7. LEIKKUUNESTEIDEN KÄYTTÖTURVALLISUUS (KIRJALLISUUSKATSAUS)...43 7.1 YLEISTÄ LEIKKUUNESTEISTÄ... 43 7.2 LEIKKUUNESTEIDEN PILAANTUMINEN... 44 7.3 LEIKKUUNESTEILLE ALTISTUMINEN... 44 7.4 TERVEYSHAITAT... 45 7.4.1 Ihosairaudet... 45 7.4.2 Hengitystiesairaudet... 46 7.4.3 Syöpä... 47 7.5 TERVEYSRISKIEN VÄHENTÄMINEN... 47 7.5.1 Leikkuunesteiden valinta, käyttö ja ylläpito... 48 7.5.2 Turvallinen leikkuunestetyöskentely... 49 7.6 LÄHTEET... 50 8.0 LIITTEET...53 3

4 Alkusanat Leikkuunesteiden kierrätyksen ja jätehuoltopalveluiden kehittäminen kone- ja metalliteollisuudessa LEIKKO (Development of Optimal Waste Management Practices for Metalworking Fluids) hankkeen tavoitteena oli parantaa kone- ja metalliyritysten leikkuunesteiden käyttö-, kierrätys- ja jätehuoltoprosesseja suhteessa ympäristöön, taloudellisuuteen sekä työturvallisuuteen. Hankkeeseen sisältyi nykytilanteen kartoitus Pohjois-Savon alueella, laaja kirjallisuuskatsaus, kokeellinen osuus sekä parhaitten käytäntöjen levittäminen ja tiedottaminen. Tässä loppuraportissa esitellään osaraporteista koostettuna hankkeen keskeisimmät tulokset nykytilanteen selvityksestä ja kokeellisesta osuudesta (laboratorio- ja pilotmittakaavan saostus- ja suodatuskokeet leikkuunestejäteliuoksilla) sekä kirjallisuuskooste lastujen käsittelystä. Laajempi kirjallisuuskatsaus on työstetty omaksi julkaisukseen Leikkuunesteiden käytön, kierrätyksen ja jätehuollon yleisopas, joka on tämän raportin liitteenä. Lisäksi hankkeen aihepiiristä valmistui/ valmistuu 3 insinöörityötä, joiden tiivistelmät ovat tämän raportin liitteinä: - Karhunen, Arttu: Öljysumun kohdepoisto ja leikkuunesteiden puhdistaminen konepajoilla. 1.4.2010 Savonia-ammattikokorkeakoulu, Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma - Puustinen, Henri: Leikkuunesteiden käytön, kierrätyksen ja jätehuollon yleisopas. 24.5.2010, Ympäristötekniikan koulutusohjelma - Reijonen, Tero: Käytettyjen leikkuunesteiden käsittely- ja puhdistusmenetelmät. Arvioitu valmistumisaika huhtikuu 2011 Savoniaammattikorkeakoulu, Ympäristötekniikan koulutusohjelma. Hanke järjesti kaksi seminaaria (13.10.2010 Kuopiossa ja 24.11.2010 Iisalmessa), joissa esiteltiin uusinta tietoa leikkuunesteiden käyttöön liittyvistä työturvallisuus- ja jätehuoltoasioista sekä käytiin läpi hankkeen keskeisiä tuloksia. Seminaarien materiaalit ovat julkisesti saatavilla hankkeen nettisivuilla http://leikko.savonia.fi sivuilla on myös linkki aiemmin mainittuun yleisoppaaseen. LEIKKO-hanke oli Euroopan Unionin osarahoittama (EAKR Euroopan Aluekehitysrahasto / Tekes) ja mukana yhteistyössä ja rahoituksessa olivat lisäksi Aquator Oy, Ekokem Oy Ab, Houghton Europe N.V. Finland, Hydroline Oy, Kemira Oyj / Kemira Water Finland, Ponsse Oyj ja Toolfac Oy. Hanke toteutettiin n koordinoimana ajalla 1.3.2009 1.12.2010. Hankkeen johtoryhmään kuuluivat : - Pekka Hyvärinen, Ekokem Oy Ab (johtoryhmän pj) - Pasi Heiskanen, Tekes - Eero Antikainen,, varajäsen Kai Kärkkäinen

5 - Erkki Kainulainen, Houghton Europe N.V. Finland - Kimmo Korhonen, Hydroline Oy, varajäsen Harri Pääkkönen - Erkki Huuskonen, Toolfac Oy - sihteerinä Arja Ruokojärvi, Lisäksi hankkeen asiantuntijaryhmään kuuluivat: - Vesa Kettunen, Kemira Oyj / Kemira Water Finland - Jari Maijanen, Aquator Oy - Juha Haverinen, Ponsse Oyj - Anssi Suhonen, - Juhani Niiranen, - Jari-Pekka Karvonen, Ekokem Oy Ab - Petri Paganus, Houghton Europe N.V. Finland Hankkeen toteutuksessa olivat sta mukana Kari Lehtomäki (vastuullinen johtaja), Arja Ruokojärvi (projektikoordinaattori), Minna Pyykkö (projekti-insinööri), Tero Kuhmonen (laboratorioinsinööri), Tero Reijonen (projektityöntekijä), Henri Puustinen (projektityöntekijä), Arttu Karhunen (projektityöntekijä), Toni Pasanen (projektityöntekijä), Ilari Lignell (projektiharjoittelija), Minna Nousiainen (projektiharjoittelija) ja Kirsi Kärkkäinen (projektiharjoittelija). Parhaat kiitokset kaikille rahoitukseen ja toteutukseen osallistuneille henkilöille! Kuopiossa 13.1.2011 Arja Ruokojärvi

6 1. Johdanto 1.1 Taustaa Leikkuu- eli lastuamis- ja hiontanesteitä käytetään kone- ja metalliteollisuudessa metallikappaleita työstettäessä. Niitä tarvitaan voiteluun, jäähdyttämiseen ja metallipölyn sekä lastujen kuljettamiseen pois työstökohdasta. Eri käyttötarkoituksiin on useita eri leikkuunestevalmisteita, lisäksi nesteiden koostumus muuttuu käytön aikana. Leikkuunesteet voivat olla joko täysöljyjä (mineraali-, eläin- tai kasviöljyjä) tai vettä sisältäviä emulsioita. Lisäksi on olemassa synteettisiä nesteitä, joissa on käytetty esimerkiksi synteettisiä rasvahappoja ja saippuoita. Käyttötarkoituksen mukaan nesteisiin sekoitetaan erilaisia lisäaineita, esim. emulgaattoreita, ruosteen- ja hapettumisenestoaineita, vaahdonestoaineita sekä mikrobien kasvua estäviä yhdisteitä. Leikkuunestetiivisteisiin lisätään vettä yleensä 90 98 %, jotta saadaan sopiva käyttöliuos. Leikkuunesteet ovat siis hyvin heterogeeninen valmisteryhmä, joiden käytössä ja jätehuollossa on tärkeää huomioida myös ympäristö- ja työturvallisuusnäkökulma. Sopivan valmisteen valinnalla, riittävällä käytönaikaisella seurannalla ja ylläpidolla sekä jätehuollon optimoinnilla voidaan vaikuttaa samalla huomattavasti kustannustehokkuuteen. Leikkuunesteille ja öljysumulle altistuminen sisältää aina riskin työntekijälle altistua myös erilaisille mikrobeille, endotoksiineille sekä muille haitallisille yhdisteille erityisesti hengitysteitse. Pohjois-Savossa on merkittävä ja kasvussa oleva teknologiateollisuuden keskittymä, johon kuuluu useita oman kapean sektorin huippuosaamista edustavia yrityksiä. Nämä yritykset käyttävät useita eri leikkuunesteitä, joita syntyy koostumukseltaan ja määrältään vaihtelevia määriä jäteliuoksia. Nesteiden käyttö- ja kiertoajat vaihtelevat, jonka jälkeen jäteliuokset ovat ongelmajätettä. Nämä jäteliuokset sisältävät suurimmaksi osaksi vettä, mutta veden erottaminen emulsioseoksesta on usein hankalaa. Emulsioiden rikkomiseen ja öljyn erottamiseen vedestä on olemassa erilaisia kemiallisfysikaalisia käsittelyjä, mutta ongelmana on leikkuunesteseoksien heterogeenisuus. Eri seokset käyttäytyvät eri tavoin käsittelyissä ja vaativat erikoisosaamista ja prosessin räätälöintiä. Jäteliuoksien määrä ja laatu vaikuttavat suoraan käsittelyn kannattavuuteen; mitä suurempi määrä samankaltaista nestettä on käsiteltävänä, sitä kustannustehokkaampaa käsittely yleensä on.

7 1.2 Tavoitteet LEIKKO (Leikkuunesteiden kierrätyksen ja jätehuoltopalveluiden kehittäminen kone- ja metalliteollisuudessa) hankkeessa tavoitteena oli parantaa kone- ja metalliyritysten leikkuunesteiden käyttö-, kierrätys- ja jätehuoltoprosesseja suhteessa ympäristöön, työturvallisuuteen ja taloudellisuuteen kestävän kehityksen periaatteiden mukaan. Tavoitteena oli selvittää Pohjois-Savon alueen kone- ja metalliyritysten leikkuunesteiden käytön ja jätehuollon nykytilaa ja parannustarpeita niihin liittyen. Kokeellisen tutkimuksen avulla oli tarkoituksena selvittää kustannustehokkaiden ja helppokäyttöisten (lähinnä saostus ja suodatus) puhdistusmenetelmien soveltuvuutta ongelmajätteen määrän vähentämiseen. Leikkuunesteiden käytön optimointi ja käsittely lähellä syntypaikkaa toisi kustannussäästöjä ja samalla vähentäisi kuljetukseen liittyviä päästöjä. Toinen tärkeä tavoite oli edistää leikkuunesteiden käyttöön liittyvää työturvallisuutta ja ekologisuutta. Tavoitteena oli etsiä parhaita työtapoja ja prosesseja, sekä informoida ja ohjeistaa konepajojen henkilöstöä parhaitten menetelmien käyttöön. Tavoitteena oli myös koota tietoa ja etsiä ratkaisuja leikkuunesteiden optimaaliseen käytön aikaiseen ylläpitoon. Leikkuunesteiden oikealla valinnalla ja ylläpidolla on suuri merkitys nesteiden käyttöikään ja siten kustannuksiin. Toisaalta järjestelmällinen laadun seuranta ja prosessien hallinta tukevat myös laatu- ja ympäristöjärjestelmien käyttöön ottoa ja toteutusta yrityksissä. 1.3 Toimenpiteet Hankkeen alussa selvitettiin Pohjois-Savon kone- ja metalliteollisuuden yritysten käyttämien leikkuunesteiden nykyisiä määriä, käyttötapoja, kierrätystä ja jätehuoltoa. Yrityksiltä kyseltiin samalla mahdollisia kehittämistarpeita ja ilmenneitä ongelmia leikkuunesteisiin liittyen. Näiden tulosten perustella valittiin kokeelliseen tutkimukseen eniten käytetyt leikkuunestetyypit ja niiden jäteliuokset. Selvityksen tarkempi yhteenveto on kappaleessa 2. Kirjallisuuden ja aiempien tutkimusten perusteella koottiin tietoa eri käsittelyvaihtoehdoista erityyppisille jäteliuoksille. Kokeellisesti tutkittiin saostuksen ja suodattamisen soveltuvuutta emulsioliuosten käsittelemiseen. Kokeita tehtiin laboratoriomittakaavassa (kappaleet 3 ja 4) sekä parhaiten toimineella leikkuunestetyypillä myös pilot-mittakaavassa (kappale 5). Hankkeen aikana tuli yrityslähtöisesti esille tarve saada tietoa lastujen käsittelystä, joten siitä tehtiin oma kirjallisuuskooste (kappale 6). Samoin yritysten tarvekyselyn perusteella tehtiin opinnäytetyö Öljysumun kohdepoisto ja leikkuunesteiden puhdistaminen konepajoilla (Arttu Karhunen).

Leikkuunesteiden käyttöön liittyvästä työturvallisuudesta etsittiin uusinta tietoa (kooste kappaleessa 7) sekä koottiin julkaisu Leikkuunesteiden käytön, kierrätyksen ja jätehuollon yleisopas. Opas on suunnattu erityisesti leikkuunesteitä käyttäville yrityksille kehittämään leikkuunesteiden käyttöä, kierrätystä ja jätehuoltoa ympäristöystävällisillä, turvallisilla ja kustannustehokkailla menetelmillä. Opas on raportin liitteenä ja linkkinä nettisivuilla http://leikko.savonia.fi. Parhaita käytäntöjä ja uutta tietoutta leikkuunesteisiin liittyen levitettiin myös kahden seminaarin avulla. Ensimmäinen kokopäivän seminaari järjestettiin Kuopiossa 13.10.2010, johon osallistui yhteensä 33 henkilöä. Toinen seminaari järjestettiin yhteistyössä EducaLearn-hankkeen kanssa Iisalmessa 24.11.2010, siellä oli 59 osallistujaa. Seminaareissa ajankohtaista tietoutta leikkuunesteiden valinnasta, käytönaikaisesta ylläpidosta, lastujen käsittelystä, työturvallisuudesta ja jätehuollosta toivat Työterveyslaitos, Houghton Oy, Ekomans Oy, Ponsse Oyj sekä Ekokem Oy. 8 2. Leikkuunesteiden käytön, kierrätyksen ja jätehuollon nykytilanne Pohjois-Savossa 2.1 Selvityksen tavoitteet ja toimenpiteet LEIKKO-hankkeen tavoitteena oli koota ajantasaista tietoa Pohjois-Savon kone- ja metalliteollisuuden yritysten leikkuunesteiden käytöstä (käytetyt valmisteet ja käyttömäärät), kierrätyksestä (käytönaikainen ylläpito, käyttöaika) ja jätehuollosta (toimituspaikka, keräilytapa). Samalla haluttiin saada esille yritysten näkökulma aihepiiriin liittyvistä kehitystarpeista ja mahdollisista ongelmakohdista. Yrityksille tiedotettiin myös LEIKKO-hankkeen muista tavoitteista ja toiminnasta. Selvitystä varten laadittiin laaja kyselykaavake (liitteenä), jossa kysyttiin yrityksen perustietoja, käytettyjä leikkuunestevalmisteita ja käyttömääriä, leikkuunesteiden vaihtoon liittyviä prosesseja, mahdollisesti ilmenneitä terveysongelmia, jätehuollon järjestämistä sekä parannusehdotuksia. Kysely lähetettiin kirjallisena ja / tai sähköisenä versiona n. 100 yritykseen. Suuremmissa yrityksissä käytiin henkilökohtaisesti ja osaan yrityksistä otettiin yhteyttä myös puhelimitse. Kaikkiaan 27 yritystä vastasi kyselyyn. Selvityksen avulla koottujen tietojen pohjalta valittiin kokeelliseen osaan yleisimmin käytössä olevat leikkuunestevalmisteet ja niiden jäteliuokset. Kaikille kyselyyn vastanneille lähetettiin myös LEIKKO-hankkeessa valmistunut yleisopas ja seminaarikutsu.

9 2.2 Yhteenveto selvityksen tuloksista Kyselyyn vastanneista valtaosa oli liikevaihdoltaan keskisuuria tai suuria yrityksiä (liikevaihto vuodessa yli 2 m ), ainoastaan kaksi yritystä oli mikroyrityksiä. Toisin sanoen tuloksissa painottuu keskisuurten ja suurten yritysten osuus verrattuna todelliseen kone- ja metalliteollisuuden yritysten jakaumaan. Monissa mikroyrityksissä käytetyt leikkuunestemäärät ovat hyvin vähäisiä, joten esimerkiksi eri valmisteiden käyttömäärät antavat hyvän kuvan alueen kokonaismääristä. Sen sijaan käytössä olevien laatujärjestelmien määrä on todellista tilannetta suurempi näissä tuloksissa, sillä laatujärjestelmiä on vain harvassa mikroyrityksessä. Laatu- ja ympäristöjärjestelmistä ylivoimaisesti eniten käytössä olivat ISO 9001 (33 %) ja ISO 14001 (29 %). Muita käytössä olevia järjestelmiä olivat OHSAS 18001, PKY-laatu, SFS-EN 729-2 ja Hitsaus 3834-2. Kyselyyn osallistuneista yrityksistä vain 14 % vastasi, ettei heillä ole mitään näistä käytössä (kuva 2.1). LAATU- JA YMPÄRISTÖJÄRJESTELMÄT 5 % 5 % 5 % 9 % 14 % 33 % 29 % ISO 14 001 ISO 9001 OHJAS 18001 PKY-laatu SFS-EN 729-2 Hitsaus 3834-2 EI OLE Kuva 2.1. Laatu- ja ympäristöjärjestelmien käyttö LEIKKO-kyselyyn osallistuneissa yrityksissä. Käyttömäärät luokiteltiin eri valmistajien mukaan (kuva 2.2), näiden tulosten perusteella käytetyimpiä Pohjois-Savon alueella ovat Fuchs Oil, Cimcool sekä Houghton. Muiden valmistajien (9 kpl) tuotteiden käyttömäärät jäivät hyvin vähäiseksi verrattuna tähän kolmen kärkeen. Käytetyistä leikkuunesteistä ylivoimaisesti yleisimpiä olivat erilaiset emulsiot: mineraaliöljypohjaisia emulsioita oli 75 %, kasviöljypohjaisia 13 % ja synteettisiä emulsioita 12 % (kuva 2.3).

10 litraa 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 LEIKKO - Kyselykartoitus KÄYTTÖMÄÄRÄT VALMISTAJAKOHTAISESTI 400 9460 6400 6060 1 200 208 600 150 Neste Oil Fuchs Oil Cimcool Houghton Solmaster Kuva 2.2. Kyselyssä mukana olleiden yritysten leikkuunestemäärät valmistajakohtaisesti jaoteltuna. LEIKKO - kyselykartoitus LEIKKUUNESTETYYPIT 0 % 0 % 0 % 12 % 13 % 75 % Emulsio (mineraali) Emulsio (synteettinen) Emulsio (kasviöljy) Synteettiset Suoratöljyt (mineraali) Suoratöljyt (kasviöljy) Kuva 2.3. Käytetyt leikkuunestetyypit kyselyyn osallistuneissa yrityksissä. Leikkuunesteiden käyttöikä vaihteli suuresti käytön mukaan, 6 kk ja useiden vuosien välillä. Noin puolet yrityksistä kertoi leikkuunesteiden vaihtovälin olevan 12 kk. Suojavälineiden käyttö vaihdon yhteydessä oli melko vähäistä, vain 14 % yrityksistä ilmoitti työntekijöidensä käyttävän edes hansikkaita vaihdon yhteydessä. 31 % yrityksistä ilmoittikin joillakin työntekijöillä ilmenneen joitakin terveysongelmia leikkuunesteisiin liittyen, esim. ihottumaa, allergiaa, hengitystieoireita.

11 Yritykset olivat yleisesti tyytyväisiä jätehuollon sujumiseen, omatoimiseen käsittelyyn ei ollut juurikaan kiinnostusta. Parhaana pidettiin systeemiä, jossa jätehuoltoyritys huolehtii jäteliuosten noutamisesta, mutta nesteiden vaihto koneisiin haluttiin tehdä itse. Esille tulleet ongelmat koskivat haitallisia terveysvaikutuksia, lastujen käsittelyn tehostamista, leikkuunesteiden käyttöiän ja ympäristöystävällisyyden parantamista. Toisaalta valtaosa yrityksistä oli tyytyväisiä nykyiseen leikkuunesteeseensä, monessa yrityksessä oli nykyiseen merkkiin päädytty pitkällisten kokeilujen ja vaihtojen myötä. 3.0 Leikkuunestejäteliuosten saostuskokeet laboratoriomittakaavassa Minna Pyykkö 3.1 Yksittäissaostukset 3.1.1 Johdanto Saostuskokeilla oli tarkoitus tutkia konepajoissa käytettävien leikkuunesteiden jäteliuosten veden ja öljyn erotusmahdollisuutta erilaisin kemikaalein. Tavoitteena oli saada riittävä erotustehokkuus, jotta erotettu vesi olisi viemäröintikelpoista säädettyjen asetusten mukaan. Käsittelyn tehokkuutta seurattiin tutkimalla erotetun veden raskasmetallipitoisuuksia Savoniaammattikorkeakoulun, Ympäristötekniikan opetus- ja tutkimusyksikön laboratoriossa sekä suorittamalla lisäanalyysejä Ekokem Oy:n laboratoriossa Riihimäellä. Kokeissa käytettiin Leikkuunesteen käyttö- ja kierrätys kyselyn (kappale 2) tulosten perusteella yleisimmin käytössä olevaa nestetyyppiä eli emulsioita. Emulsionesteet voivat olla joko täysöljy-, mineraali- tai kasviöljypohjaisia, tässä työssä käsitellään mineraali- ja synteettispohjaisia emulsioita. Tutkittavat nesteet haettiin kohdeyrityksistä, joissa kussakin on käytössä eri merkin neste. Nesteen noudon yhteydessä kirjattiin ylös konetyyppi, nesteen käyttöikä, pitoisuus, varastointiaika ja mahdolliset lisäaineet. Samalla otettiin joistain yrityksistä mikrobinäytteitä Easycult-viljelyputkilla. Saostuskokeiden tulosten perusteella tehtiin tehokkaimmiksi osoittautuneille saostuskemikaaleille suuremman kenttämittakaavan kokeita Ekokem Oy:n Heinälammin rinteellä (kappale 5). Kokeisiin yhdistettiin myös suodatuskokeet (esim. suodattimien käyttöiän testaus, kappale 4).

12 3.1.2 Tavoitteet Saostuskokeiden yksittäiskokeiden tarkoituksena oli testata Kemira Oy:n toimittamia saostuskemikaaleja sekä polymeerejä yksi kerrallaan kuhunkin leikkuunesteeseen. Käytetyt kemikaalit olivat PAX-18, PIX-105, ALS, CaCl 2 (ei Kemiran toimittama) eli kalsiumkloridi, FennoPol, FennoFix 40, FennoFix 50 ja KlarAid. Tavoitteena oli saada erottumaan selkeä flokki joka erottuisi kirkasteesta eli vesifaasista. Onnistuneiden koetulosten perusteella suoritettiin yhdistelmäkokeet eli tällöin saostuksessa käytettiin sekä saostuskemikaalia että polymeeriä. Yksittäiskokeiden tulokset on esitetty yrityskohtaisesti seuraavissa luvuissa. 3.1.3 Koejärjestelyt Kokeet suoritettiin n, Ympäristötekniikan opetus- ja tutkimusyksikön vesilaboratoriossa Kuopiossa. Saostukset suoritettiin 500 ml neste-erissä, lasidekoissa. Nesteestä luettiin ns. aloitus-ph ennen kemikaalien lisäystä tai mahdollista ph-pitoisuuden laskua. ph:n laskemiseen käytettiin rikkihappoa (H 2 SO 4 ) ja nostoon vahvuus natriumhydroksidia (NaOH). Kemikaalilisäykset suoritettiin erissä ja yksi lisäys oli määrältään 0,5 ml eli suhteessa 1 ml litraa kohden. Maksimi syöttömääränä käytettiin suhdetta 10 12 ml kemikaalia litraa kohden. Kemikaalin sekoitukset tehtiin 30 sekunnin pikasekoituksella. Onnistuneista saostustuloksista otettiin valokuvat tulosten havainnollistamista varten. 3.1.4 Tulokset Tulokset on koottu taulukkoon 1, havainnollistamaan kemikaalien toimintaan kullakin nesteellä. Taulukkoon on kirjattu kemikaalin toimivuus numeroina välillä 1 5 (1 = erinomainen, 2 = hyvä, 3 = kohtalainen, 4 = huono ja 5 = ei reagointia). Testattavat nesteet olivat Houghton, HoCut 3380 emulsio, mineraalipohjainen Fuchs, EcoCool 68 CF2 emulsio, mineraalipohjainen Cimcool, Cimstar 620 emulsio, mineraalipohjainen Cimcool, Cimtech A31F synteettinen

13 Taulukko 3.1. Yksittäissaostuksen tulokset. KEMIKAALI HoCut 3380 EcoCool 68 CF2 Cimstar 620 Cimtech A31F PAX-18 4 5 5 4 PIX-105 5 4 5 3 ALS 3 5 5 5 KlarAid 5 5 5 4 FennoFix 40 2 5 5 4 FennoFix 50 2 5 5 4 FennoPol 2 5 5 5 CaCl 2 5 5 4 HoCut 3380 nesteeseen toimivat lähes kaikki kemikaalit, pois lukien KlarAid ja PIX-105. Paras tulos saatiin laskemalla ph-pitoisuus suoraan lähelle 2 ja lisäämällä kemikaali tämän jälkeen tai vaihtoehtoisesti lisäämällä kemikaali ensin ja laskemalla sen jälkeen ph 2:n. ph:n laskulla 2:n neste itsessään reagoi hapon kanssa muodostamalla tehokkaasti flokkia. Lisätyt kemikaalit vaihtelivat lisäflokin muodostumista eri tehokkuuksilla, mutta parhaimmat tulokset saatiin FennoFix 40 sekä 50, FennoPol ja kalsiumkloridi (kuvat alla). FennoFix 40 FennoFix50 FennoPol Kalsiumkloridi EcoCool 68 CF2 nesteeseen toimi ainoastaan PAX-18 kemikaali (kuva alla). Flokki saatiin muodostumaan suositusalueella (6-8) eli ph 6.96. Kemikaalia lisättiin 8 ml/litra jolloin saatiin aikaiseksi pieni flokki. Kemikaali lisättiin aina 12 ml/litra asti ja tuloksena saatiin erotettava flokkikerros pinnalle, mutta erote ei kirkastunut toivotulla tavalla. Myös flokkikerros jäi odotettua pienemmäksi. PAX-18

Cimstar 620 nesteelle ei toiminut yksikään kemikaali. Kokeita tehtiin useilla eri ph-alueilla, mutta flokkia ei syntynyt lainkaan. Kokeiden perusteella voidaan todeta, että kyseiset kemikaalit eivät sovellu tämän nesteen saostukseen ja näin ollen neste jätetään pois yhdistelmäkokeista. 14 Cimtech A31F nesteelle heikosti flokkia muodostivat PIX-105, FennoFix 40 sekä 50 ja kalsiumkloridi. Kuitenkin flokki näissä oli erittäin vähäistä ja useimmiten se hajosi nesteeseen kemikaalin lisäysten myötä. Tätä tietoa hyödynnetään kuitenkin yhdistelmäsaostuksissa. Kohtalainen saostustulos saatiin kuitenkin PAX-18 kemikaalilla, ph 6,60 (kuva alla). Tällöin flokkia alkoi muodostua kemikaalimäärän ollessa 5 ml/litra. Flokin määrä lisääntyi ja sen koko kasvoi lisäysten myötä. Kokonaisuudessaan kemikaalia lisättiin 10 ml/litra. PAX-18 3.2 Yhdistelmäsaostukset Yhdistelmäsaostukset suoritettiin kemikaaleilla, joilla saatiin aikaan flokin muodostumista nesteessä. Tällöin varsinainen saostuskemikaali lisättiin nesteeseen pikasekoituksella. Tämän jälkeen polymeeri lisättiin nesteeseen hämmennystä käyttäen. Kokeissa ei kuitenkaan testattu Cimcoolin Cimstar 620-nestettä.

15 3.2.1 Johdanto Saostuskokeilla oli tarkoituksena tutkia konepajoissa käytettävien leikkuunesteiden jäteliuosten veden ja öljyn erotusmahdollisuutta erilaisin kemikaalein. Tavoitteena oli saada riittävä erotustehokkuus, jotta erotettu vesi olisi viemäröintikelpoista säädettyjen asetusten mukaan. Käsittelyn tehokkuutta seurattiin tutkimalla erotetun veden raskasmetallipitoisuuksia n, Ympäristötekniikan opetus- ja tutkimusyksikön laboratoriossa sekä suorittamalla lisäanalyysejä Ekokem Oy:n Riihimäen laboratoriossa. Kokeissa käytettiin Leikkuunesteen käyttö- ja kierrätys kyselyn tulosten perusteella yleisimmin käytössä olevaa nestetyyppiä eli emulsioita. Emulsionesteet voivat olla joko täysöljy-, mineraali- tai kasviöljypohjaisia, tässä työssä käsitellään mineraali- ja synteettispohjaisia emulsioita. Tutkittavat nesteet haettiin kohdeyrityksistä, joissa kussakin on käytössä eri merkin neste. Nesteen noudon yhteydessä kirjattiin ylös konetyyppi, nesteen käyttöikä, pitoisuus, varastointiaika ja mahdolliset lisäaineet. Samalla otettiin myös mikrobinäytteet Easycult-viljelyliuskoilla. Saostuskokeiden tulosten perusteella tehtiin tehokkaimmiksi osoittautuneille saostuskemikaaleille suuremman kenttämittakaavan kokeita Ekokem Oy:n Heinälammin rinteellä. Kokeisiin yhdistetään myös suodatuskokeet (esim. suodattimien käyttöiän testaus). 3.2.2 Tavoitteet Saostuksen yhdistelmäkokeiden tarkoituksena oli testata Kemira Oy:n toimittamia saostuskemikaaleja sekä polymeerejä yhdistettyinä. Parhaat yhdistelmät valittiin yksittäiskokeiden tulosten perusteella. Käytetyt kemikaalit olivat PAX-18, PIX-105, ALS, CaCl 2 (ei Kemiran toimittama) eli kalsiumkloridi, FennoPol, FennoFix 40, FennoFix 50 ja KlarAid. Tavoitteena oli saada erottumaan selkeä flokki joka erottuisi kirkasteesta eli vesifaasista. 3.2.3 Koejärjestelyt Kokeet suoritettiin n, Ympäristötekniikan opetus- ja tutkimusyksikön vesilaboratoriossa. Saostukset suoritettiin 500 ml neste-erissä, lasidekoissa. Nesteestä luettiin ns. aloitus ph, jonka jälkeen ph-pitoisuus laskettiin jokaiselle nestemerkille toimivaksi havaittuun pitoisuuteen. ph:n laskemiseen käytettiin 95 97 % rikkihappoa (H 2 SO 4 ). Kemikaalilisäykset suoritettiin kahdessa vaiheessa. Ensin lisättiin saostuskemikaali pikasekoituksella, joka kesti 30 sekuntia. Tämän jälkeen lisättiin polymeeri ja nestettä hämmennettiin 10 minuuttia.

16 3.2.4 Tulokset Kemikaaliyhdistelmät on koottu taulukoihin nestekohtaisesti seuraavissa kappaleissa. Taulukoista käyvät ilmi kunkin nesteen saostuskemikaali, sen määrä, polymeeri ja polymeerin määrä. Testattavat nesteet olivat: Houghton, HoCut 3380 emulsio, mineraalipohjainen Fuchs, EcoCool 68 CF2 emulsio, mineraalipohjainen Cimcool, Cimtech A31F synteettinen HoCut 3380 nesteelle tehdyt yhdistelmäsaostuksen kemikaalit käyvät ilmi taulukosta 1. Taulukosta käy ilmi myös kemikaalien käyttömäärät. Taulukko 3.2.1. HoCut 3380 yhdistelmäsaostuskemikaalit. SAOSTUSKEMIKAALI MÄÄRÄ POLYMEERI MÄÄRÄ PAX-18 3 ml KlarAid 2 ml PAX-18 3 ml FennoFix 40 3 ml PAX-18 3 ml FennoFix 50 3 ml PAX-18 3 ml FennoPol 3,5 ml CaCl 3 ml KlarAid 2 ml CaCl 3 ml FennoFix 40 3 ml CaCl 3 ml FennoFix 50 3 ml CaCl 3 ml FennoPol 3,5 ml Yhdistelmäsaostukset HoCut 3380:lla onnistuivat kaikki odotetusti. Vain kalsiumkloridilla saostettaessa polymeerit FennoFix 40 sekä -50 ja FennoPol eivät toimineet yhtä hyvin verrattuna KlarAid:iin. Koska PAX-saostukset näyttivät jokainen toimivat hyvin (kuvat alla), varmistettiin saostusten välinen ero tekemällä vesifaasista metallianalyysit Fe, Cu ja Zn. Metallianalyysien tulokset on esitetty taulukossa 2, seuraavalla sivulla. PAX-18 ja KlarAid PAX-18 ja FennoFix 40

17 PAX-18 ja FennoFix 50 PAX-18 ja FennoPol Taulukko 3.2.2. Metallianalyysitulokset. SAOSTEET RAUTA KUPARI SINKKI PAX-18 ja 6,68 mg/l 13,26 mg/l 5,15 mg/l KlarAid PAX-18 ja 1,36 mg/l 20,96 mg/l 7,35 mg/l FennoFix 40 PAX-18 ja 3,64 mg/l 55,3 mg/l 5,3 mg/l FennoFix 50 PAX-18 ja FennoPol 0,4 mg/l 66,6 mg/l 5,5 mg/l Metallianalyysien perusteella voidaan todeta, että yleisesti KlarAid näyttäisi sitovan parhaiten metalleja flokkiin. Kuitenkin tulee huomioida, että se ei sido rautaa niin hyvin kuin muut polymeerit. EcoCool 68 CF2 yhdistelmäsaostuksilla ei saatu lainkaan muodostumaan flokkia eli saostuskoetuloksia ei saatu. Cimtech A31F nestettä saostettiin taulukon 3 mukaisilla yhdistelmillä. Taulukko 1.2.3. Cimtech A31F yhdistelmäsaostuskemikaalit. SAOSTUSKEMIKAALI MÄÄRÄ POLYMEERI MÄÄRÄ PAX-18 3,5 ml FennoFix 40 3 ml PAX-18 3,5 ml FennoFix 50 3 ml CaCl 4 ml FennoFix 40 3 ml CaCl 4 ml FennoFix 50 3 ml

18 Poislukien CaCl ja FennoFix 50 yhdistelmäsaostustulokset, muissa ei saatu muodostumaan kunnollista erotetta. Niissä muodostui flokkia, mutta se joko jäi tasaisesti nesteeseen tai kerääntyi pinnalle hyvin heikosti. CaCl ja FennoFix 50 saostuksella flokki saatiin muodostumaan hyvin pinnalle, mutta nestefaasi jäi erittäin sameaksi (kuva oikealla). Muodostunut flokki oli myös erittäin hento ja herkästi hajoava. Näin ollen saostustuloksen ei katsota kuitenkaan olevan riittävä jatkokokeita ajatellen. 4.0 Leikkuunestejäteliuosten suodatuskokeet Minna Nousiainen 4.1 Yleistä suodatuskokeista Suodatuskokeilla tutkittiin konepajoissa käytettävien leikkuunesteiden veden ja öljyn erotusmahdollisuutta erilaisten suodattimien avulla 28 29.1.2010. Tavoitteena oli saada riittävä erotustehokkuus, jotta erotettu vesi olisi viemäröintikelpoista säädettyjen asetusten mukaan. Käsittelyn tehokkuutta seurattiin tutkimalla erotetun veden metallipitoisuuksia n, Ympäristötekniikan opetus- ja tutkimusyksikön laboratoriossa 1.2.2010 sekä Ekokem Oy:n tutkimus laboratoriossa Riihimäellä 5.2.2010, jossa tutkittiin myös näytteiden öljypitoisuudet. Testattavia suodattimia olivat polypropeenisuodatin MB 100 10 ja MB 50 10 sekä aktiivihiilisuodatin. Polypropeeni lankasuodatin MS10PP50 jäi myöhemmin testattavaksi yhteistyökumppani Ekokem Oy Ab:lle, keväälle 2010. Kokeissa käytettiin Leikkuunesteen käyttö- ja kierrätys kyselyn tulosten perusteella yleisimmin käytössä olevia nestetyyppejä eli emulsioita. Nesteen noudon yhteydessä kirjattiin ylös konetyyppi, nesteen käyttöikä, pitoisuus, varastointiaika ja mahdolliset lisäaineet. Nestenoudon yhteydessä otettiin myös paikanpäällä konepajoissa bakteeriviljelmät Easycultnäytteenottimilla. 4.2 Esikäsittely Ennen suodatuskokeita tehtiin tutkittaville nesteille eri kemikaaleilla saostus- sekä ph:n säätökokeita, joiden tarkoituksena oli saada esiin polymeerien adsorptiovaikutus, jota ei esiinny mikäli öljy on emulsiomuodossa vedessä. Hyväksyttävästi saostuneet nesteet voitiin ajaa suodatuslaitteiston läpi.

19 Nesteistä hyväksyttävästi saostuneita olivat HoCut 3380, johon esikäsittely kokeiden tulosten perusteella lisättiin PAX-18 (3 ml/l) saostuskemikaalilla sekä KlarAid polymeeria (2 ml/l). Ennen kemikaalien lisäystä ph laskettiin rikkihapon avulla noin kahteen. PAX-18 saostuskemikaalia sekoitettiin lisäyksen yhteydessä pikasekoituksella. KlarAid polymeeria lisäyksen yhteydessä hämmennettiin 10 minuuttia 30 rpm. Kuvassa 4.1. esikäsitelty HoCut 3380 Kuva 4.1. Esikäsitelty Houghton, HoCut 3380. Mineraaliemulsio Fuchs, EcoCool 68 CF2 suodatettiin sellaisenaan ilman minkäänlaista käsittelyä. Kuvassa 4.2 käsittelemätön Fuchs, EcoCool 68 CF2. Kuva 4.2. Käsittelemätön Fuchs, EcoCool 68 CF2.

20 4.3. Polypropeenisuodatus Suodattimina testattiin polypropeeni suodatuksessa Aquatorin MB50-10- suodatinta, joka on materiaaliltaan polypropeenia. Suodattimen suodatusaste on 50 μm. Toinen testattava suodatin oli Aquatorin MB100-10, joka on myös materiaaliltaan polypropeenia ja sen suodatusaste on 100 μm. Suodattimien pääasiallinen käyttötarkoitus on öljyadsorptio. Suodatuslaitteistossa suodattimet olivat rinnan kytkettyjä, ennen suodattimia sekä suodattimien jälkeen kytkettiin painemittarit, Loppupään painemittareiden jälkeen kytkettiin myös rotametrit, jotka mittasivat nesteen virtausnopeutta. Kuvassa 4.3 on esitetty suodatuslaitteisto. Alun perin tarkoituksena oli ajaa nestettä pumpulla 2 bar:n paineella suodattimien läpi, virtauksen ollessa 0,3 l/s. Paine osoittautui kuitenkin käytännössä liian suureksi ja paine säädettiin kussakin suodatuksessa sopivaksi nesteen virtauksen tuntuman perusteella (n. 0,2 1 bar). Kuva 4.3. Suodatuslaitteisto

21 4.4 Aktiivihiilisuodatus Polypropeenisuodatusten jälkeen kukin suodatetut nesteet valutettiin aktiivihiilisuodattimen läpi. Aquatorin aktiivihiilisuodatin on valmistettu ns. bitumisesta aktiivihiilestä ja sen raekoko 12 x 40 (Mesh [1680 x 420 µm]). Aktiivihiilisuodatuslaitteistoon rakennettiin halkaisijaltaan n. 70 mm putkista, joihin lisättiin noin. 300 mm:n aktiivihiilikerros. Nesteen annettiin valua painovoiman avulla alapuolisiin sankkoihin. Kuvassa 4.4 aktiivihiilisuodatuslaitteisto. Kuva 4.4. Aktiivihiilisuodatuslaitteisto

22 4.5 Vesianalyysit Suodatus vaiheessa huomattiin Houghton HoCut 3380 nesteellä suodattimien puhdistus vaikutus silmämääräisesti. Kunkin suodattimen jälkeinen neste oli kirkastunut verrattuna suurempaan suodatusasteeseen (kuva 4.5). Alkaen esikäsitelty neste, joka oli samein päätyen 50 μm:n polypropeenisuodatettuun sekä aktiivihiilisuodatettuun nesteeseen, joka oli kaikista kirkkain. Aktiivihiilisuodatuksen kohdalla havaittiin kuitenkin, että aktiivihiili antoi harmaan värin nesteelle. Aktiivihiili olisikin tullut esipestä Kuva 4.5. Silmämääräisesti havaittavat suodatuksen vaikutukset. Kirkastunut sarja.

23 Fuchs, EcoCool 68 CF2 nesteen suodatuksia silmämääräisesti tarkasteltuna suodatuksella ei ollut vaikutusta nesteen kirkkauteen. Tämä johtunee siitä, ettei nestettä ole esikäsitelty ja adsorptio vaikutusta ei ole syntynyt. Ainoastaan aktiivihiili antoi nesteelle omaa väriään. Tästä syystä päätettiin Fuchs, EcoCool 68 CF2 nesteen analyysit jättää väliin turhina. Kuvassa 4.6. Fuchs, EcoCool 68 CF2 nesteen suodatettu sarja. Kuva 4.6. Fuchs, EcoCool 68 CF2 nesteen suodatettu sarja. Vesianalyyseistä suoritettiin 1.2.2010 metallianalyysit sekä kiintoaine- (SFS 3037), sameus-, väri -, uv- ja ph analyysit 1.2.2010. Hygicultliuskoilla testattiin yleisluontoisesti myös suodattimien vaikutusta mikrobeihin ottamalla näytteet ennen suodatusta ja suodatuksen jälkeen. TOC - näytteet pakastetaan ja analysoidaan helmikuussa 2010. Taulukossa 1 ovat esitettyinä analyysitulokset. Raskasmetallianalyyseillä tutkittiin erotetun veden pitoisuuksia. Analyysejä varten määritettiin tarvittavat laimennoskertoimet, jolla varsinaiset analyysimääritykset tehtiin.

1.1.2010 Savonia ammattikorkeakoulun ympäristötekniikan tutkimuslaboratoriossa analysoituja metalleja olivat: rauta 0.02-3.0 mg/l (metodi 8008) kupari 0.04-5.0 mg/l (metodi 8506) nikkeli 0.02-1.8 mg/l (metodi 8037) sinkki 0.01-3.0 mg/l (metodi 8009) kokonais kromi 0.01-0.7 mg/l (metodi 8024). Analyysit suoritettiin HACH DR2800 spektrofotometrillä. Tarkempia raskasmetallipitoisuuksia analysoitiin Ekokemin laboratoriossa 5.2.2010. Näitä ovat mm. kadmium ja lyijy. Taulukossa 4.2 ovat Ekokemin laboratorion tutkimustulokset 24 Kiintoaineanalyysia tehtäessä havaittiin, että aktiivihiiltä oli liuennut nesteisiin aktiivihiilisuodatuksen jälkeen. Suodattimilla näkyi selvästi määriä aktiivihiilestä, kun polypropeenisuodatuksien jälkeen kiintoaineanalyysi suodattimilla ei voinut silmämääräisesti havaita mitään kiintoainetta. 4.6 Tulokset Seuraavassa tulokset ovat esitettyinä taulukkomuodossa. Taulukko 4.1. Suodatuksen analyysitulokset kiintoaine (mg/100ml) ph sameus (FNU) väri (nmptco) UV (ABS) mikrobi käsittelemätön 7,700 <2 184 yli 4 0 MB100-10 9,100 <2 173 yli 4 hiiva+ MB100-10 (akt.hiilisuod.) 10,200 2,29 74,2 yli 3,044 hiiva+ MB50-10 12,100 <2 250 yli 4 0 MB50-10 (akt.hiilisuod.) 7,4 2,83 42,2 476 1,787 0

25 Taulukko 4. 2. Ekokemin tutkimuslaboratorion analyysitulokset 4.7 Tulosten arviointi Taulukoissa 4.3 ja 4.4 on esitetty eri aineiden viemäröinnin raja-arvot. Taulukko 4.3. Metallien maksimipitoisuus. Metalli Arseeni (As) Elohopea (Hg) Hopea (Ag) Kadmium (Cd) Kokonaiskromi (Cr) Kromi VI (Cr6+) Kupari (Cu) Lyijy (Pb) Nikkeli (Ni) Sinkki (Zn) Tina (Sn) Rauta (Fe) Pitoisuus 0,1 mg/l 0,01 mg/l 0,2 mg/l 0,01 mg/l 1,0 mg/l 0,1 mg/l 2,0 mg/l 0,5 mg/l 0,5 mg/l 3,0 mg/l 2,0 mg/l 0,4 mg/l (puhdasvesi)

26 Taulukko 4.4. Ainekohtaiset raja-arvot. ph 6,0 11,0 Lämpötila 40 C Sulfaatti, tiosulfaatti, sulfiitti 400 mg (summa-arvo) Kokonaissyanidi 0,5 mg/l Tuloksien perusteella voidaan sanoa, ettäc 10 -C 40 hiilivedyt eli öljyt erottuivat suodatuksissa hyvin. Myös kromin pitoisuus nesteessä olisi alittanut viemäröintikelpoisuuden rajan. Vaatimukset arseenin, elohopean, ph:n, kadmiumin, nikkelin, lyijyn ja elohopean määrät ylittävät viemäröinti kelpoisuuden rajan. Kuparin ja sinkin pitoisuudet ylittävät rajusti viemäröintikelpoisuuden arvon. Tästä voidaan päätellä, että metallien poistamiseksi täytyy suodatuksen lisäksi tehdä toimenpiteitä, ennen viemäröintikelpoisuuden saavuttamista 5. Heinälammin pilot-kokeiden loppuraportti Tero Reijonen Pilot-kokeilla oli tarkoitus tutkia mallikonepajassa käytettävän leikkuuneste-emulsion veden ja öljyn erottamisen mahdollisuuksia saostamalla ja suodattamalla suuressa mittakaavassa (kuution erissä). Tavoitteena oli saada riittävä erotustehokkuus, jotta erotettu vesi olisi viemäröintikelpoista säädettyjen asetusten mukaan. 5.1 Esitestit laboratoriossa Laboratoriomittakaavan esitestien avulla selvitettiin eri saostuskemikaalien toimivuutta Quakercool 7200 LF- merkkiseen emulsiomineraalileikkuunesteen jäteliuokseen. Sama jäteneste valittiin myös Heinälammin pilot-mittakaavan kokeisiin. Ekokem Oy Ab:lle tuleva tutkitun jäteleikkuunesteen määrä on vuositasolla suurin verrattuna muihin hankkeessa mukana oleviin yrityksiin. Laboratoriokokeilla pyrittiin löytämään sopivat kemikaalit saostamiseen sekä selvittämään optimaaliset kemikaalien annostelumäärät. Tavoitteena oli löytää sopivat kemikaalit, joilla saataisiin vesi erottumaan öljyemulsiosta ja että erotettu vesi olisi sellaista jonka pystyisi johtamaan viemäriin. Erotetun veden metallipitoisuuksien tulisi alittaa viemärikelpoisuu-

den maksimipitoisuudet. Maksimipitoisuudet ovat ilmoitettu taulukossa 5.1. Taulukossa tummalla olevien aineiden pitoisuudet määritettiin laboratorioanalyyseissä Savonia-AMK:n Ympäristötekniikan opetus- ja tutkimusyksikön laboratoriossa spektrofotometrisesti (HACH). Taulukko 5.2. Sallitut metallien maksimipitoisuudet jätevedessä Arseeni (As) Metalli Elohopea (Hg) Hopea (Ag) Kadmium (Cd) Kokonaiskromi (Cr) Kromi VI (Cr 6+ ) Kupari (Cu) Lyijy (Pb) Nikkeli (Ni) Sinkki (Zn) Tina (Sn) Rauta (Fe) Pitoisuus 0,1 mg/l 0,01 mg/l 0,2 mg/l 0,01 mg/l 1,0 mg/l 0,1 mg/l 2,0 mg/l 0,5 mg/l 0,5 mg/l 3,0 mg/l 2,0 mg/l 0,4 mg/l (puhdasvesi) 27 Saostuksissa käytettiin Kemiran toimittamia seuraavia kemikaaleja: PIX-105 PAX-18 ALS CaCl Fennopol Fennofix 40 Fennofix 50 Ferrisulfaatti, Fe 2 (SO 4 ) 3 on vedenpuhdistuksessa käytettävä nestemäinen saostusaine, joka sisältää aktiivisia kolmiarvoisia rautayhdisteitä. Polyalumiinikloridi on veden-puhdistuksessa käytettävä nestemäinen saostusaine, joka sisältää aktiivisia moniarvoisia alumiiniyhdisteitä. Alumiinisulfaatti, Al 2 (SO 4 ) 3 on vedenpuhdistuksessa käytettävä nestemäinen saostusaine, joka sisältää aktiivisia kolmiarvoisia alumiiniyhdisteitä. Kalsiumkloridi Liuosmainen polyelektrolyytti, jota käytetään kiintoaineiden erottamiseen vesiliuoksista sekä veden erottumisen parantamiseen lietteistä. Liuosmainen erikoispolymeeri. Liuosmainen erikoispolymeeri. KlarAid Polymeerinen kelaatti, joka sitoo raskasmetalleja mm. flokkiin.

28 Saostukset suoritettiin kaikilla näillä saostuskemikaaleilla sekä polymeereillä 500 ml nestemäärälle. Kokeissa tehtiin jokaisella kemikaalilla yksittäissaostukset, jossa testattiin kunkin kemikaalin toimivuutta leikkuunesteelle. Ensimmäisissä kokeissa kemikaalia lisättiin vähitellen (millilitran erissä) eri ph-arvoilla. Kokeiden aikana huomattiin, että paras erotustulos saavutettiin kun nesteen ph:n laskettiin rikkihapolla 2-2,5 välille. Alhaisessa ph:ssa happo jo itsessään rikkoo nesteen emulsion. ph:n laskun jälkeen nesteeseen syötettiin saostuskemikaali, joka sekoitettiin nesteeseen pikasekoituksella 30 s ajan. Pikasekoituksen jälkeen nesteen ph nostettiin noin 4,5, koska havaittiin, että tässä ph:ssa nesteeseen muodostuu eniten flokkia eli sakkaa. Sakka muodostui myös paljon nopeammin ja sen koko oli paljon suurempi kuin alhaisessa ph-arvossa. Kokeissa havaittiin, että ph:n noustessa yli 5, muodostunut sakka alkoi hajota nesteeseen ja neste alkoi palautumaan alkuperäiseen tilaan. Jokaiselle kemikaalille tehtiin 6 rinnakkaissaostusta. Kemikaalia lisättiin nesteeseen 1 ml välein siten, että ensimmäiseen saostukseen lisättiin 1 ml kemikaalia, toiseen lisättiin 2 ml, jne. 1 ml:n välein 6 ml:aan asti. Näin saatiin vertailtua kemikaalimäärän vaikutusta saostustulokseen. Yhdistelmäsaostuksissa testattiin saostuskemikaalin ja polymeerin yhteisvaikutusta saostukseen. Yhdistelmäsaostuksessa nesteen ph laskettiin ensin 2-2,5 välille. Sen jälkeen nesteeseen lisättiin pikasekoituksella tarvittava saostuskemikaalin määrä. Tarvittava kemikaalin lisäysmäärä saatiin yksittäissaostustulosten perusteella. Tämän jälkeen nesteeseen lisättiin polymeeriä (miten paljon) ja nestettä hämmennettiin pienellä kierrosnopeudella 10 min. Hämmennyksen jälkeen nesteen ph nostettiin 4-4,5 välille, jolloin flokkia alkoi muodostua runsaasti. Kaikilla kemikaaleilla saatiin sakkaa muodostettua sekä yksittäis- että yhdistelmäsaostuksella. Pinnalle syntynyt sakka oli pääasiassa vedestä erottunutta öljyä. PIX-105 ja CaCl yhdistelmäsaostuksilla saatiin pinnalle muodostumaan 2 eri sakka kerrosta. PAX-18 ja ALS saostuksilla sakkaa muodostui myös astian pohjalle. Kuvassa 5.1. on esitetty ALS ja Fennofix 50 yhdistelmäsaostuksen tulos. Kuva 5.1. ALS ja Fennofix 50 yhdistelmäsaostus

29 Saostuksen tulos arvioitiin silmämääräisesti syntyvän sakan määrän ja erottuneen kirkasteen värin perusteella. Havaintojen ja kuvien perusteella PIX-105 ja ALS toimivat parhaiten yhdessä polymeerin Fennofix 50 kanssa. Molemmista yhdistelmäsaostuksista tehtiin myös metallianalyysit. Erotetusta vedessä olevien metallien pitoisuudet on esitetty taulukossa 5.2. Taulukko 5.3. PIX-105 ja ALS yhdistelmäsaostusten metallipitoisuudet PIX-105 ALS yksikkö mg/l mg/l Rauta 16,10 3,50 Kupari 3,48 3,32 Sinkki 0,35 2,65 Kokonais kromi 1,20 0,45 Nikkeli 0,42 0,30 5.2. Pilot-mittakaavan saostus- ja suodatuskokeet 5.2.1 Nesteen käsittely Pilot-mittakaavan saostus- ja suodatuskokeet suoritettiin Ekokem Oy Ab Kuopion toimipaikassa, Heinälamminrinteellä. Heinälamminrinteen saostuskokeissa kemikaaleina käytettiin alumiinisulfaattia (ALS) ja polymeerinä Fennofix 50. Laboratoriokokeissa ALS-liuoksen pitoisuus oli 10 % ja Fennofix 50-liuoksen pitoisuus oli 0,5 %. Pitoisuudet on ilmoitettu tilavuusprosentteina. Pilot-kokeissa käytettiin laimentamatonta alumiinisulfaattinestettä sekä 5,0 % tilavuusprosentin Fennofix 50-liuosta. Kyseiset kemikaalit valittiin kokeisiin, koska niillä saadaan aikaan kirkkain vesifaasi ja metallianalyyseissa metallien pitoisuudet olivat pienemmät kuin PIX-105 ja Fennofix 50 yhdistelmällä. Ainoa poikkeus oli sinkin pitoisuus, joka alumiinisulfaattisaostuksessa oli suurempi. Nesteen ph laskettiin noin 99,7 % rikkihapolla (H 2 SO 4 ) ennen varsinaista saostamista. ph:n laskun jälkeen nesteeseen lisättiin ensin saostuskemikaali pikasekoituksella ja sen jälkeen polymeeri. Polymeerin lisäyksen jälkeen nestettä hämmennettiin, jotta saataisiin aikaan mahdollisimman suurta flokkia. Saostuskäsittelyn jälkeen ph nostettiin 50 % natriumhydroksidilla (NaOH) välille 4-4,5, jossa varsinainen flokkaus tapahtui. Taulukossa

5.3. on ilmoitettu Heinälammin saostuskokeissa käytettävien kemikaalien lisäysmäärät. Keskimmäisessä sarakkeessa on ilmoitettu kuinka paljon mitäkin kemikaalia kului 500 ml leikkuunesteen saostamiseen. Näiden tulosten pohjalta laskettiin kemikaalin lisäysmäärä, kun saostettavana on 1 m 3 nestettä. 30 Taulukko 5.4. Pilot-mittakaavan kokeissa tarvittavat kemikaalimäärät. Tarvittavat kemikaalimäärät on laskettu laboratoriokokeiden perusteella. Kemikaali Tarvittava määrä 500 ml Tarvittava määrä 1 m 3 H 2 SO 4 n. 3 ml n. 6 l ALS 5 ml 1 l Fennofix 50 5 ml 1 l NaOH n. 2 ml n. 4 l 5.2.2 Koejärjestelyt Pilot-mittakaavan kokeita varten rakennettiin Heinälammin rinteelle erillinen koelaitteiston, joka on esitetty kuvassa 5.2. Käytettävä leikkuuneste esikäsiteltiin eli saostettiin 1 m 3 suuruisessa esikäsittelykontissa. Jokaisen kokeen saostus suoritettiin samassa esikäsittelykontissa valuttamalla käytetty leikkuuneste täydestä kontista esikäsittelykonttiin, jolloin vältyttiin hajottamasta turhaan täysiä kontteja. Saostuskemikaali lisättiin nesteeseen mitta-astioista pienissä erissä, jolloin vältyttiin mahdolliselta yliannostelulta. Lisäksi näin saatiin varmistettua, että ph pysyy halutulla tasolla ja että kemikaali sekoittuu nesteeseen tasaisesti. Pikasekoitus tehtiin suurella vispilällä varustetulla porakonesekoittimella. Laboratoriokokeissa nestettä sekoitettiin 30 s, mutta pilotkokeissa sekoitusaikaa jouduttiin pidentämään, jotta kemikaali sekoittuisi nesteeseen riittävän hyvin. Kemikaalilisäysten jälkeen nestettä sekoitettiin 4-5 minuuttia. ph:n muutosta seurattiin HACH HQ11d ph-mittarilla nesteen pinnalta, koska kokeita varten ei ollut käytössä sellaista ph-anturia, jonka olisi voinut upottaa kokonaan käsiteltävään nesteeseen. Tämän jälkeen leikkuunesteeseen lisättiin polymeeri-liuos ja nestettä alettiin hämmentää. Laboratoriotesteissä hämmennysaika oli 10 min, mutta Pilot-mittakaavan kokeissa hämmennysaikaa jouduttiin pidentämään, jotta polymeeri sekoittuisi tasaisesti nesteen. Hämmennysaika oli 30 min. Hämmennys tehtiin itse valmistetulla laitteistolla. Hämmentimen lapa valmistettiin vanerilevystä, joka kiinnitettiin vanhaan sähkömoottoriin. Lapaan tehtiin aukkoja, jotta se sekoittaa nestettä eikä pelkästään liikuta sitä eteenpäin. Lavan pyörimisnopeutta ohjattiin virtalähteen avulla, jolla saatiin säädettyä pyörimisnopeutta. Lavan pyörimisnopeus oli noin 20 kierrosta minuutissa. Hämmennyksen jälkeen nesteen ph nostettiin natriumhyd-

roksidilla välille 4-4,5, jossa flokki muodostui. Nesteen annettiin selkeytyä yön yli eli nesteen esikäsittely tehtiin suodatusta edeltävänä päivänä. 31 Kuva 5.2. Saostuskoelaitteisto Esikäsittelyn jälkeen saostettu leikkuuneste suodatettiin patruunasuodattimen läpi. Suodatuskokeissa käytettiin samaa laitteistoa kuin laboratoriomittakaavan suodatuskokeissa. Suodatuslaitteisto on esitetty kuvassa 3. Leikkuunesteestä saatiin erotettua syntynyt flokki ja kirkaste erilleen pumppaamalla kirkaste kontin alaosan venttiilin kautta. Suodatusta jatkettiin niin kauan kunnes flokkikerros saavutti pumppausventtiilin tason. Suodattimet ja suodatinkotelon kokeisiin toimitti Aquator Oy, joka oli yksi LEIKKO-hankkeen yhteistyökumppani. Pilot-mittakaavan kokeissa testattiin seuraavat suodatinmallit: Ruiskupuhalletut polypropeeni suodattimet: - 100 µm MB100-10 - 50 µm MB50-10 Polypropeeni lankasuodattimet: - 50 µm MS10PP50-10 µm MS97PP10 Adsorboiva aktiivihiilisuodatin: - 100 µm Varsinaisessa suodatusprosessissa testattiin ruiskupuhalletut polypropeeni- sekä polypropeeni lankasuodattimet. Aktiivihiilisuodatin testattiin vasta erillisenä kokeena suodatetusta nesteestä, koska aktiivihiilisuodattimen tarkoitus oli poistaa lähinnä väriä ja mahdollisia orgaanisia kemikaaliyhdisteitä sekä kiintoainesta. Aktiivihiilisuodattimet huuhdeltiin runsaalla hanavedellä ennen suodattamista, jolla pyrittiin estämään hiilipölyn siirtymistä

suodatettuun nesteeseen. Suodattimia huuhdeltiin niin kauan kunnes hiilistä ei enää liuennut mustaa pölyä veteen. Suodattimista testattiin niiden käyttöikä sekä suodatustehokkuus. Suodattimen tukkeutumista seurattiin paineen avulla. Laitteistossa oli painemittari ennen suodatinta sekä suodattimen jälkeen. Suodatuksen alkuvaiheessa paine ennen ja jälkeen on lähes yhtä suuret, mutta kun suodatin alkaa tukkeutua, paine-ero alkaa kasvaa. Neste pumpattiin suodattimelle noin 2 bar paineella ja syöttövirtaamaksi säädettiin 10 l/min. Pumppauksessa käytettiin Tapflo T200PTT-merkkistä kalvopumppua, jolla pystyy tuottamaan jopa 200 l/min virtaamaan 8 bar paineella. Laskennallisesti 1 m 3 nesteen suodatus kestäisi edellä mainitulla virtaamalla noin 1 h 40 min. Suodatuksen jälkeen neste johdettiin tyhjään konttiin, josta voitiin ottaa näytteet aktiivihiilisuodatusta ja metallianalyyseja varten. 32 Kuva 5.3. Suodatuslaitteisto 5.2.3 Näytteet Metallianalyyseja varten leikkuunesteestä otettiin 2 litran näytteet saostuskäsittelyn jälkeen, suodatuksen sekä aktiivihiilisuodatuksen jälkeen. Lisäksi otettiin 2 litran näyte raakanesteestä, jotta pystyttiin vertaamaan saostuksen ja suodatuksen puhdistustehokkuutta. Näytteet lähetettiin analysoitavaksi Ekokem Oy Ab Riihimäen laboratorioon. Savonia AMK:n laboratoriossa tehtiin värin, sameuden, kiintoaineen sekä TOC (orgaanisen hiilen kokonaismäärän) määritykset. Näitä määrityksiä varten otettiin 200 ml näytteet samoista kohdista kuin metallianalyysinäytteet. Näytteet otettiin puhtaisiin näytepulloihin, etteivät mahdolliset epäpuhtaudet vaikuta analyysien tuloksiin.

33 5.3 Tulokset Ekokemin Heinälammin rinteen toimipisteessä suoritetut Pilot-mittakaavan saostus- ja suodatuskokeet sujuivat ilman suurempia ongelmia. Suurin ongelma oli, ettei ensimmäistä saostuskoetta varten ehditty rakentamaan toimivaa hämmennintä. Hämmentimen puuttuminen ensimmäisestä saostuksesta saattaa vaikuttaa tuloksiin, koska porakone-sekoittimella ei saa hämmennettyä nestettä yhtä tasaisesti kuin varsinaisella hämmentimellä. Lisäksi hämmennysaika oli puolet lyhyempi kuin muissa saostuksissa. Silmämääräisesti kokeissa käytetystä leikkuunesteestä saadaan erotettua suurin osa öljystä. Esimerkiksi neljännessä saostuksessa käsiteltävä nestemäärä oli noin 950 litraa ja saostuksen jälkeen pinnalle muodostui noin 50 litran sakkakerros. Muodostunut sakka oli pääasiassa öljyä, joten leikkuuneste-emulsiosta saatiin erotettua noin 5 % öljyä. Käytetyssä Quakercool 7200 LF leikkuunesteessä on 5 % emulsiotiivistettä ja 95 % vettä, joten tulosten perusteella emulsiosta saadaan erotettua öljy lähes kokonaan. Pilot-kokeiden jälkeen tuli kuitenkin ilmi, että tutkittu jäteleikkuuneste kerätään kaikista laitoksen koneista yhdeksi seokseksi. Jäteneste sisältää ainakin kolmea eri leikkuunestemerkkiä: Quakercool 7200 LF, Binol Cut 8 ja Filium G21. Näistä Quakercool on mineraaliöljypohjainen emulsio ja Binol Cut ja Filium ovat kasvisöljypohjaisia emulsioita. Käytettyjen leikkuunesteiden kerääminen yhdeksi seokseksi vaikuttaa paljon saostuksiin ja lopullisiin tuloksiin. Vaikka jätenesteestä saadaan erotettua paljon öljyä, niin suurin ongelma on erotetun nesteen sisältämät metallipitoisuudet, joita ei saada poistettua riittävän hyvin. Taulukoissa 5.4 5.7 on esitetty kaikkien neljän kokeiden metallianalyysien tulokset. Taulukossa 5.4. on esitetty 1. kokeen tulokset sekä käsittelemättömän nesteen metallipitoisuudet. Saostettu neste Suodatettu neste Taulukko 5.5. Käsittelemättömän nesteen- sekä 1. kokeen metallianalyysien tulokset. Aktiivihiilisuodatettu neste Analyysi Raakaneste HNO 3 -liukoiset metallit (mg/l) OK OK OK OK Arseeni As (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Kadmiun Cd (mg/l) 0,051 0,0054 0,0054 0,0053 Kromi Cr (mg/l) 0,050 <0,05 <0,05 <0,05 Kupari Cu (mg/l) 4,0 14 15 11 Nikkeli Ni (mg/l) 0,18 0,21 0,22 0,20 Lyijy Pb (mg/l) 26 4,3 4,3 2,8 Sinkki Zn (mg/l) 14 14 14 13 c 10 -c 40 hiilivedyt (mg/l) 63000 1200 1300 1300

Taulukko 6. 5. Toisen kokeen metallianalyysien tulokset. Saostettu neste Suodatettu neste 34 Aktiivihiilisuodatettu neste Analyysi HNO 3 -liukoiset metallit (mg/l) OK OK OK Arseeni As (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 Kadmiun Cd (mg/l) 0,0067 0,0064 0,0058 Kromi Cr (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 Kupari Cu (mg/l) 3,9 3,7 2,5 Nikkeli Ni (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 Lyijy Pb (mg/l) 2,2 2,2 0,75 Sinkki Zn (mg/l) 6,1 6,0 4,6 c 10 -c 40 hiilivedyt (mg/l) 220 200 190 Taulukko 5.6. Kolmannen kokeen metallianalyysien tulokset. Saostettu neste Suodatettu neste Aktiivihiilisuodatettu neste Analyysi HNO 3 -liukoiset metallit (mg/l) OK OK OK Arseeni As (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 Kadmiun Cd (mg/l) 0,012 0,013 0,010 Kromi Cr (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 Kupari Cu (mg/l) 0,55 0,39 0,30 Nikkeli Ni (mg/l) 0,066 0,066 0,077 Lyijy Pb (mg/l) 4,0 3,5 2,2 Sinkki Zn (mg/l) 4,4 4,2 3,5 c 10 -c 40 hiilivedyt (mg/l) 410 340 270 Taulukko 5.7. Neljännen kokeen metallianalyysien tulokset. Saostettu neste Suodatettu neste Aktiivihiilisuodatettu neste Analyysi HNO 3 -liukoiset metallit (mg/l) OK OK OK Arseeni As (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 Kadmiun Cd (mg/l) 0,0062 <0,005 <0,005 Kromi Cr (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 Kupari Cu (mg/l) 4,3 4,1 2,5 Nikkeli Ni (mg/l) <0,05 <0,05 <0,05 Lyijy Pb (mg/l) 2,9 2,9 0,99 Sinkki Zn (mg/l) 6,7 6,6 5,1 c 10 -c 40 hiilivedyt (mg/l) 270 280 250