Metallien eluointi kelatoivasta ioninvaihtimesta

Kelatoivat ioninvaihtimet ovat yleensä makrohuokoisia hartseja, joiden avulla metalleja poistetaan ja otetaan mahdollisesti talteen teollisuuden puhdistettavista jätevirroista. Ne muodostavat metalli-ionien kanssa komplekseja runkomateriaaliin kovalenttisesti liitettyjen aktiivisten funktionaalisten ryhmiensä välityksellä. Ioninvaihtimen selektiivisyys eri metalli-ioneja kohtaan vaihtelee riippuen siihen liitetystä kelatoivasta ryhmästä. Työssä tutkitaan metallien tarttumista kelatoiviin ioninvaihtimiin, sekä niiden eluoitumista adsorbentistaan. Kelatoivat ioninvaihtimet sitovat metalli-ioneja tehokkaasti ligandiensa monihampaisuudesta johtuen. Metallien tarttuminen kelatoivaan ioninvaihtimeen ei kuitenkaan ole yksiselitteistä, vaan siihen vaikuttaa muun muassa pH yhdessä monen muun tekijän kanssa. Ioninvaihtimien selektiivisyyttä tarkastellaan työssä lähinnä kovien ja pehmeiden happojen ja emästen HSAB -teorian näkökulmasta. Regeneroinnilla ioninvaihdin saadaan jälleen alkuperäiseen muotoonsa, minkä jälkeen se voidaan käyttää uudelleen. Yleensä regenerointi suoritetaan kemiallisesti. Tässä työssä ioninvaihtimien regenerointia ja kohdemetallin eluointia tarkastellaan paitsi teoriassa, myös kokeellisessa osuudessa. Kokeellisessa osuudessa tutkitaan kuparin (Cu2+) eluoitumista kelatoivasta Dowex M-4195 kationinvaihtohartsista. Kokeissa hartsi ladattiin kuparilla erillisessä panoksessa kuparin ollessa syöttöliuoksessa kuparisulfaattina. Eluointiliuoksina käytettiin 2 ja 5 molaarista rikkihappoa, sekä 2 molaarista ammoniumhydroksidia. Eluointi suoritettiin panostoimisena kolonniajona ja eluaatista otetut näytteet analysoitiin atomiadsorptiospektrofotometrillä. Analyysitulokset esitetään läpäisykäyrinä, joiden perusteella 2M ammoniumhydroksidi on kolmesta tutkitusta eluentista tehokkain eluoimaan kuparia Dowex M-4195 hartsista.

Arseeni ja elohopea maaperässä ja vesistöissä

Maapallon väestön kasvaessa ja tarpeen makealle vedelle, ruualle ja viljelymaalle noustessa on tärkeää alkaa kiinnittää entistä tarkemmin huomiota vesistöjen ja maaperän saastumiseen myrkyllisillä raskasmetalleilla. Erityisesti elohopea ja arseeni, jotka jo nyt vaikuttavat heikentävästi miljoonien ihmisten elämään eri puolilla maapalloa, on syytä ottaa huolelliseen tarkkailuun. Raskasmetallien päästölähteet voidaan jakaa kahteen luokkaan, luonnollisiin ja ihmisperäisiin. Ihmisperäisiin päästölähteisiin voidaan vaikuttaa muun muassa teollisuutta ja liikennettä koskevalla lainsäädännöllä. Luonnollisiin päästölähteisiin vaikuttaminen on huomattavasti haastavampaa, mutta niiden haittaa ihmisille on mahdollista pienentää muun muassa parempien vedenpuhdistustekniikoiden avulla. Tämän työn kirjallisuusosassa tullaan esittelemään erityyppisiä luonnossa esiintyviä arseenin ja elohopean yhdisteitä, suurimpia arseenin ja elohopean päästölähteitä, sekä näiden raskasmetallien haitallisia terveysvaikutuksia. Kokeellisessa osassa tullaan keskittymään arseenin analysointiin nestemäisistä näytteistä. Näytteinä käytettiin tuntemattomilta kaatopaikoilta otettuja suotovesinäytteitä, sekä Pien-Saimaan pintavesinäytteitä. Analyyseihin on käytetty ICP-AES laitteistoa sekä kapillaarielektroforeesia.

Environmental Challenges in the Joint Border Area of Norway, Finland and Russia

This report examines the human impact on the subarctic environment of the joint border area of Norway, Finland and Russia. The aim is to present the current state and recent changes that have taken place in the region. The main threat to the environment is the Pechenganikel mining and metallurgical industrial combine in the towns of Nikel and Zapolyarny in the Kola Peninsula. Emissions from this complex include high levels of heavy metals, persistent organic pollutants and sulfur dioxide. Pollution, along with climate change, water level regulation and other anthropogenic effects, has affected the aquatic ecosystems in the joint border area. The main heavy metals in the area are copper and nickel, the highest concentrations of which are measured near the combine. Direct discharge of sewage into the river continues and airborne heavy metal particles are also deposited to areas farther away. Climate changeinduced increase in temperature and precipitation in the Kola Peninsula is evident. Water level regulation with seven hydropower plants in the Pasvik River have changed it into a series of lakes and lake-like reservoirs. This report discusses modelling, which was enabled to estimate the effect of climate change on Lake Inarijärvi and the Pasvik River hydrology, water level fluctuation and ecology and to follow the sulfur dioxide emissions emitted from the Pechenganikel. Effects of pollution on the nature and concentrations of the main pollutants were studied and climate change in the border area and its effects on the ecology were estimated. Also the effects of water level regulation on the ecological status of the aquatic ecosystems were addressed.

Sähkökoagulaatiolaitteiston kehittäminen pintakäsittelylaitoksen jäteveden käsittelyyn

Tässä työssä kehitetään sähkökoagulaatiolaitteisto metallipinnoituslaitoksen jätevesien puhdistamiseen. Sähkökoagulaatio on sähkökemiallinen vedenpuhdistusprosessi, jossa hyödynnetään liukenevaa metallianodia. Sähkövirta irrottaa anodilta metalli-ioneja, jotka yhdistyvät vapaiden hydroksidi-ionien kanssa. Syntyneet metallihydroksidit vetävät puoleensa veden epäpuhtauksia ja saostuvat. Tämän työn tavoitteena oli kehittää sähkökoagulaatiolaitteistosta korvaaja käytössä olleelle kemialliselle jätevedenpuhdistuslaitteistolle. Sähkökoaglaatiolaitteiston toivottiin parantavan jätevedenpuhdistuksen toimintavarmuutta ja pienentävän käyttökustannuksia. Prototyyppilaitteistolla suoritettujen kokeiden perusteella sähkökoagulaation todettiin olevan kemiallista jätevedenkäsittelyä toimintavarmempi. Käyttökustannusten todettiin olevan samaa tasoa tai korkeammat kuin kemiallisella menetelmällä. Laitteiston suunnittelussa sovellettiin järjestelmällistä koneensuunnittelua. Suunnittelussa saavutettiin sille asetetut tavoitteet. Osatoiminnoille löydettiin toimivat ratkaisut ja laite on helposti huollettavissa.

Teollisuusjätteen käyttö kiinteytys-stabiloinnin sideaineena ja haitta-aineiden stabiloinnin tehostamisessa

Tässä kanditaatintyössä selvitettiin kuinka erilaiset sideaineseokset soveltuvat raskas-metallien sitomiseen 28 vuorokautta stabiloiduissa näytteistä. Työssä oletettiin teollisten jätefraktioiden käytön tehostavan eräiden metallien, kuten kupari ja sinkki, immobilisointia lievästi pilaantuneista maa-aineksista. Kokeellisessa osassa stabiloitiin Kokkolan satamasta ruopattua sedimenttiä, jonka sinkkipitoisuudet olivat ylittäneet saastuneen sedimentin ohjearvon (≥400 mg/kg). Sedimenttiin lisättiin eri sideaineseoksia ja näytteiden annettiin stabiloitua 28 vuorokautta, minkä jälkeen niistä testattiin liukenevat raskasmetallit muokatulla ravistelutestillä. Eri sideaineseoksilla saatuja tuloksia verrattiin pelkän yleissementin käyttöön. Lisäksi erillisistä näytteistä otettiin pyyhkäisyelektronimikros-koopilla (SEM) kuvia havainnollistamaan stabiloitumista. Näissä näytteissä käytettiin samoja sideaineita kuin tehdyissä kokeissa. Liukoisuustestien tuloksista voidaan huomata näytteissä ongelmalliseksi raskasmetalliksi identifioidun sinkin sitoutuvan parhaiten sementin ja kipsin sekoituksella. Myös tuhkaa sisältävät sideainesekoitukset pienensivät sinkin liukoisuutta verrattuna pelkkään yleis-sementtiin. Jatkotutkimuksissa voitaisiin testata erilaisia sideainesekoituksia betonira-kentamisessa, joilla saadaan ainakin 25 MPa lujuusarvo, pilaantunutta sedimenttiä tai maa-ainesta käyttäen.