Talousvesilaitoksen saostusvaiheen tehostaminen esihapetuksella – Case Suomen Sokeri Oy:n vedenkäsittely

Diplomityö tehtiin Suomen Sokeri Oy:n vesilaitokselle Vihreän Kemian laboratoriossa. Prosessia tarkasteltiin saostuksen osalta ja tavoitteena oli sen kehittäminen esihapetusmenetelmän tai saostuskemikaalin vaihdon avulla. Tarkastelu tehtiin orgaanisen, kiintoaineksen ja metallien poiston, desinfiointitehon sekä ympäristöystävällisyyden osalta. Potentiaalisia esihapetusmenetelmiä (kaliumpermanganaatti, vetyperoksidi, valokemiallinen, H2O2/UV, valokatalyyttinen, TiO2/UV, H2O2/ultraääni sekä esihapetus peretikkahapolla) tarkasteltiin eri pitoisuuksilla ja tehoilla laboratoriomittakaavassa jar-testin avulla. Saostustehoa testattiin alumiinikloridilla ja ferrisulfaatilla. Raakaveden laadun muutoksia eri vaiheissa seurattiin laboratorioanalyysein. Hapetusmenetelmien desinfiointiteho, vaikutukset syanobakteereihin ja -toksiineihin sekä reaktioissa syntyvät sivutuotteet kartoitettiin teorian perusteella. Työn tuloksien perusteella kaliumpermanganatti, vetyperoksidi erityisesti kehittyneenä hapetustekniikkana sekä valokatalyyttinen menetelmä tehostivat vedenkäsittelyä, mutta koska TiO2/UV- tai ultraäänihapetukselle ei ole vielä olemassa kaupallista sovellusta laitosmittakaavassa niin suositeltavat menetelmät ovat KMnO4- ja H2O2(/UV)-hapetukset jatkotutkimussuositukset huomioiden. Peretikkahappo ei tämän tutkimuksen perusteella vaikuttanut suositeltavalta hapetusmenetelmältä, mutta sen sijaan teorian perusteella potentiaaliselta desinfektioaineelta myös talousvedenpuhdistukseen. Opinnäytetyötä eri hapetusmenetelmien osalta talousvedelle ei ole aiemmin tehty eikä peretikkahappohapetuksesta ole laajalti aiempaa tutkimustietoa. Kokeellisen osuuden tulokset antavat uutta tietoa menetelmien soveltuvuudesta vastaaville laitoksille.

This Master’s Thesis was done for the water treatment of Suomen Sokeri in the Laboratory of Green Chemistry. The goal of the thesis was to develop the precipitation part of the treatment process by enhancing it with the oxidation method or with an alternative coagulant. The effects of the tested methods on the organic matter, solid material, and metal concentration, disinfection inactivity and environmental effects were considered. Potential pre-oxidation methods (potassium permanganate, hydrogen peroxide, photochemical H2O2/UV, photocatalysis TiO2/UV, H2O2/ultrasonic, and oxidation with peracetic acid) were studied with different concentrations and outputs in a laboratory-scale with jar-tests. The precipitation was carried out with different coagulants, AlCl3, Fe2(SO4)3. The quality of the water was analyzed in the different stages of the process. The effects of the pre-oxidation methods on microbes, viruses and protozoans, algae and cyanotoxins and possible by-product formation were examined based on literature. According to the results the potential pre-oxidation techniques were potassium permanganate, hydrogen peroxide w/w/o ultraviolet radiation or ultrasonically assisted, and photocatalysis with titaniumoxide. But because for ultrasonic and TiO2/UV, there are not yet applications at plant scale, the recommended methods are pre-oxidations with KMnO4 and H2O2(/UV) with follow-up research. Peracetic acid was not recommended as a pre-oxidation chemical but some promising researches have been done using it as a disinfection chemical for the drinking water. The novelty value of the thesis was the literature review in Finnish. The peracetic acid pre-oxidation has not been studied much earlier. Scientific contribution of the thesis was the quality of the water after treatments and generalized results the information of preoxidation methods and their suitability for similar water treatment plants.