| Summary: | Uusia jäteveden puhdistusprosesseja kartoitetaan Suomessakin esimerkiksi kiristyvien päästömääräyksien vuoksi sekä parempia kustannus- ja energiatehokkuuksia tavoiteltaessa. Jätevesien puhdistus on Suomessa jo nykyään hyvällä tasolla, mutta muun muassa raskasmetallien, torjunta-aineiden, hormonien ja lääkeaineiden pitoisuuksien kasvut jätevesissä asettavat haasteita nykyisin käytössä oleville jäteveden puhdistusmenetelmille, sillä niitä ei ole suunniteltu näiden aineiden talteenottoon ja suurin osa aineista jää veteen. Lisäksi jätevedet halutaan nähdä enemmänkin resurssina kuin jätteenä, josta voidaan ottaa talteen hyödyllisiä komponentteja, kuten suoloja. Alueilla, joissa vuorokauden keskilämpötila pysyttelee edes osan vuodesta pakkasella, veden luonnollista jäätymisprosessia voidaan käyttää hyväksi jäteveden puhdistuksessa. Tässä työssä selvitettiin kiteytymisen teorian ja aikaisempien tutkimusten avulla, millaisten jätevesien puhdistukseen jäädytyskiteytys sopii sekä pohdittiin menetelmän potentiaalisia sovelluskohteita Suomessa. Jäädytyskiteytyksen todettiin olevan turvallinen ja energiatehokas ratkaisu monien koostumukseltaan erilaisien jätevesien puhdistukseen. Menetelmällä voitaneen puhdistaa öljyisiä, orgaanisia ja/tai epäorgaanisia epäpuhtauksia tai raskasmetalleja sisältäviä sekä myrkyllisiä jätevesiä. Olosuhteet prosessille ovat parhaat Pohjois-Suomessa, jossa vuorokauden keskilämpötila pysyttelee nollan alapuolella noin seitsemän kuukautta vuodesta. Etelä-Suomessa vastaava luku on kolme. Menetelmän potentiaalisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi kaivosteollisuuden ja kaatopaikkojen jätevedet, joiden puhdistukseen jäädytyskiteytys saattaisi soveltua erinomaisesti. Jäädyttämällä voitaisiin myös puhdistaa tekstiili- ja nahkateollisuuden jätevesiä, sillä niiden sisältämien väriaineiden erottaminen vedestä on perinteisillä jäteveden puhdistusmenetelmillä usein vaikeaa tai jopa mahdotonta. Suolojen kiteyttämiseen vaadittavia korkeampia suolapitoisuuksia todettiin löytyvän lähinnä membraaniprosessien, kuten käänteisosmoosin, rejektivesistä. Sopivimmat eutektiset olosuhteet kiteyttämiseen ovat natriumsulfaatilla, kaliumsulfaatilla ja natriumkarbonaatilla. Veden luonnollisen jäätymisprosessin hyödyntäminen jätevedenpuhdistuksessa on huomionarvoinen idea. Prosessin käyttöönottoa haittaavat esimerkiksi korkeat investointikustannukset, mutta ne tulevat todennäköisesti ajan myötä teknologian kehittyessä laskemaan. Lisäksi monet prosessiin liittyvät käytännön asiat ovat vielä tutkimuksen alla. On myös huomattava, että Suomessakaan lämpötila ei pysyttele koko vuotta pakkasella, joten jäädytyksen rinnalla on oltava jokin toinen prosessi, jolla jätevedet puhdistetaan lämpötilan ollessa nollan yläpuolella. New techniques to treat wastewaters are being investigated in Finland due to tightening regulations on discharges and to improve energy and cost efficiency in wastewater purification processes. Currently the quality of wastewater treatment in Finland is sufficient, but increasing concentrations of harmful substances such as heavy metals, pesticides, hormones and drug residues in the wastewaters pose challenges to wastewater treatment methods used today, because these processes were not designed to separate said substances from water. Furthermore wastewater is nowadays seen more as a resource than just a waste and in some cases it would be desirable to recover useful components, such as different salts, from the wastewater. In regions where temperature is annually below zero during some months, natural freezing process of water could be utilized as a wastewater treatment method. The purpose of this study is to investigate the feasibility of natural freeze crystallization process to treat different kinds of waste waters based on crystallization theory and previous researches and to identify potential applications for this process in Finland. Freeze crystallization was found to be safe and energy efficient way to treat many different wastewaters with varying compositions. The method could be applied to treat oily and toxic wastewaters as well as wastewaters containing organic and/or inorganic pollutants. Concerning weather conditions, the best circumstances for the process are in northern Finland as the mean temperature of the day stays below zero Celsius about seven months a year. In southern Finland the corresponding period is three month a year. Wastewaters for example from mining industry and landfills are potential to be treated using freeze crystallization. Also wastewaters from tanneries and textile industry could be purified by freeze crystallization, because dye residues in these wastewaters are often very difficult or even impossible to separate from water using conventional wastewater treatment methods. Concerning crystallization of salts from the wastewaters, sodium sulfate, potassium sulfate and sodium carbonate have the most appropriate eutectic points as the eutectic temperature of these salt solutions are only slightly below zero degrees Celsius and also the eutectic concentration is relatively low. Furthermore, it was noted that reject streams of various membrane processes had sufficiently high salt concentrations for the crystallization. Utilizing the natural freezing process of water in the wastewater treatment is a notable idea. This process has not yet been introduced on an industrial scale for example due to high investment costs, but these costs will likely be reduced over time as this process technology is developed. Moreover, many practical aspects of this process are still under investigation. Additionally, as in Finland the temperature remains below zero degrees Celsius some months annually during winter time, which means that there would have to be an alternative process parallel to the freezing process so wastewater can be treated even when the conditions for water to freeze are not met.
|
|---|