Opinpolku 6 - Jäteveden puhdistus

Työssä puhdistetaan jätevettä erilaisia flokkulointiaineita käyttäen sekä testataan flokkulointiaineiden toimivuutta eri pH-alueella. Lisäksi suoritetaan flokkuloimalla puhdistetun jäteveden jatkopuhdistaminen ioninvaihtohartsilla käyttäen anioninvaihtohartsia. Ioninvaihdon tehokkuutta analysoidaan ioniselektiivistä elektrodimittausta soveltaen.

Työraportti löytyy täältä.

Flokkulointi

Flokkaus on erotusprosessi, jossa veden sisältämät epäpuhtaudet kootaan suuremmiksi hiutaleiksi flokkausaineen avulla. Vedenkäsittelyssä käytettävät flokkausaineet ovat yleensä sähköisesti varattuja polymeerejä, joilla on erittäin suuri molekyylipaino. Flokkauksessa käytettävä polymeeri sitoo saostetut hiukkaset toisiinsa, jolloin muodostuu vieläkin suurempia hiutaleita. Suuret hiutaleet poistetaan vedestä sopivalla prosessilla, kuten, selkeytyksellä, flotaatiolla tai suodatuksella. Flokkulointia käytetään vedenkäsittelyssä.

Selkeytys

Selkeytyksessä erotetaan hiutaleet vedestä laskeuttamalla altaan pohjalle tai nostamalla ilmakuplilla veden pinnalle (flotaatio). Flotaatiossa jäteveteen sekoitetaan kemikaaleja, jotka nostavat ilmakuplien avulla lian pintaan ja pohjalle jää selkeytetty vesi. Suomessa flotaatio on tavallisin lietteenerotustapa. Se sopii erityisen hyvin kevyen humusta ja levää sisältävien lietteiden erotukseen. Jonkin verran pienempään allaskokoon päästään lamelliselkeytyksellä.

Selkeytynyt vesi suodatetaan hiekkakerroksen läpi, jolloin poistuu selkeytysvaiheesta jääneet kiintoainejäämät. Ennen hiekkasuodatusta voi olla välialkalointi hiekkasuodatuksen tehostamiseksi. Tässä vaiheessa voi olla myös esimerkiksi mangaanin hapetus (kaliumpermanganaatin, klooridioksidin annostelu).

Ioninvaihto

Ioninvaihdoksi kutsutaan menetelmää, jossa vaihdetaan liuoksen sisältämät epätoivotut ionit toivotuiksi ioneiksi. Veden puhdistuksessa ioninvaihtomateriaalina käytetään hartsia, joka pystyy muuttamaan suolaisen veden puhtaaksi vedeksi.

1. Flokkulointi

Jätevettä dekantterissa valmiina suodatusta varten

Aloitimme työn hakemalla n. 2 l jätevettä.

Jäteveden suodattamista

Suodatimme jätevedestä karkeat epäpuhtaudet käyttämällä imua ja bühnersuppiloa (karkea suodatinpaperi). Jaoimme suodatetun liuoksen neljään 500 ml:n dekantteriin.

pH-arvojen säätämistä

Säädimme kahden liuoksen pH-arvot 5,8:an pipetoimalla varovasti liuosten sekaan laimeaa rikkihappoa (H2SO4) ja mittaamalla liuosta pH-mittarilla kunnes arvo oli 5,8. Toiset kaksi liuosta säädimme pH-arvoon 10 pipetoimalla sekaan valmistamaamme 2 % NaOH:a ja mittaamalla liuosta pH-mittarilla kunnes arvo oli 10.

Alumiinikloridin (AlCl3) punnitsemista

Valmistimme 100 ml:a 2 m-% alumiinisulfaattia (Al2(SO4)3) -liuosta. Valmistimme myös 2 m-% AlCl3 -liuoksen.

Flokkulointiainetta jäteveden sekaan byretillä

Seuraavaksi aloitimme flokkauksen käyttämällä statiivia ja 25 ml:n byrettiä ja laskemalla pH 5,8 jäteveden ja pH 10 jäteveden sekaan valmistamaamme  Al2(SO4)3 -liuosta. Kun jätevesiin ilmestyi sakkaa, otimme kulutuslukemat ylös.

Teimme saman valmistamallamme AlCl3 -liuoksella. Otimme kulutuslukemat ylös kun sakkaa alkoi ilmestymään.

Huomasimme että flokkulointi oli tehokkaampaa AlCl3 -liuoksella pH 5,8 -alueella ja tehokkaampaa Al2(SO4)3 -liuoksella pH 10 -alueella.

Flokin erottamista vedestä imusuodatuksella

Flokin muodostuttua erotimme kirkkaan veden kahdesta jätevesinäytteestä käyttämällä imupulloa ja bühnersuppiloa. Lopuista kahdesta jätevesinäytteestä erotimme kirkkaan veden dekantoimalla sen varovasti uusiin dekantterihin (flokki jäi vanhojen dekanttereiden pohjalle).

Imulla ja dekantoimalla erotetut jätevedet

Huomasimme, että saimme kirkkaampaa vettä dekantoimalla. Tämä johtunee siitä että dekantoimalla tekemämme jätevesinäytteet olivat kaapissa kolme vuorokautta ja flokki oli ehtinyt muodostua hyvin ja laskeutua pohjalle. Suodatuksen teimme tunnin sisään flokkulointiaineen lisäyksen jälkeen.

Säästimme AlCl3:lla puhdistettua näytettä kloridimittausta varten.

2. Anioninvaihto

Anioninvaihtoa käyttäen hartsia

Valmistimme 100 ml 2 M NaOH:a anioninvaihtohartsin aktivointia varten. Valutimme valmistamamme 2 M:n NaOH-liuoksen hitaasti hartsin läpi. Näin hartsissa olevat anionit irtosivat läpi tulevaan liuokseen ja hartsin pintaan jäi kiinni OH- -ioneja. Tämän jälkeen huuhtelimme hartsin pariin kertaan pH 5,8 -näytteellä ennen näytteen talteen ottamista, jotta saisimme suurimman osan hartsiin jääneestä NaOH-liuoksesta pois. Valutimme näytteen hartsin läpi ja otimme sen talteen 100 ml:n mittapulloon ja teimme saman pH 10 -näytteelle.

3. Kloridipitoisuuden mittaaminen

Natriumkloridin punnitsemista

Seuraavaksi valmistimme 50 ml 1 M KNO3 ISAB-liuoksen kloridipitoisuuden mittausta varten. Valmistimme myös 100 ml 1000 ppm (mg/L) kloridistandardiliuoksen NaCl-suolasta.

Teimme kloridistandardiliuoksesta seuraavanlaiset näytteet:

1000 ppm sellaisenaan
1000 ppm -> 10 ml -> 100 ml:n mittapulloon = 100 ppm
100 ppm -> 10 ml -> 100 ml:n mittapulloon = 10 ppm
10 ppm -> 10 ml -> 100 ml:n mittapulloon = 1 ppm

Mittasimme 50 ml erät dekantterihin kutakin standardiliuosta ja lisäsimme sekaan 1 ml:n valmistamaamme ISAB-liuosta.

Näytteiden valmistamista mittausta varten

Omina näytteinä otimme puhdistettua jätevesiliuosta sellaisenaan sekä 1/10 laimennoksena. Otimme näytteeksi myös anionivaihdettua jätevettä samalla tapaa.

Näytteiden mittailua

Kaikkia näytteitä otimme 50 ml dekanttereihin ja lisäsimme niihin 1 ml ISAB-liuosta ja suoritimme mittauksen. Teimme mittaukset laimeimmasta liuoksesta vahvimpaan. Otimme tulokset ylös.

Seuraavaksi lisäsimme alkuperäisiin liuoksiin 1000 ppm:n kloridiliuosta 1 ml:n ja 1/10 näytteisiin 100 ppm:n kloridiliuosta 0,5 ml:a. Teimme mittaukset uudestaan. Otimme tulokset ylös.

Lopputulokset

Laskimme mittauksista saamillamme tuloksilla näytteiden kloridipitoisuudet ja tulimme siihen lopputulokseen että anioninvaihto pienentää kloridipitoisuutta huomattavasti.