Aktiivihiilipilotin rakentaminen ja testaus orgaanisen aineen poistoon

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Kuopion Vesi Liikelaitoksen vedentuotanto-yksikölle, joka vastaa toimialueellaan hyvälaatuisen veden toimittamisesta asiakkailleen. Opinnäytetyön tavoitteena oli rakentaa hiekkasuodatuksen periaatetta mukaillen neljän aktiivihiilisuodatuskolonnin käsittävä pilot -mittakaavan koesuodatuslaitteisto ja testata sillä neljän aktiivihiililaadun kykyä poistaa puhdistettavasta vedestä hajua ja makua aiheuttavia orgaanisia yhdisteitä. Muita tavoitteita laitteistolle olivat kustannustehokkuus, yksinkertaisuus ja helppokäyttöisyys. Tärkein tutkittava parametri oli orgaanisen kokonaishiilen poistuma aktiivihiilisuodatetusta vedestä.

Työn teoriaosuudessa perehdyttiin yleisellä tasolla vedentuotantolaitoksilla ilmeneviin hajun ja maun mahdollisiin aiheuttajiin sekä aktiivihiilen ominaisuuksiin sekä sen käyttöön vedenpuhdistuksessa. Aktiivihiilipilotin rakentaminen ja sen testaaminen sekä laboratorioanalyysit toteutettiin Itkonniemen vedentuotantolaitoksen tiloissa. Aktiivihiilipilotin kahden kuukauden suodatuskokeen aikana tutkittiin hiililaatujen adsorptiokykyä TOC:n, mangaanin, raudan ja alumiinin osalta sekä havainnoitiin hiilien fysikaalisia ja kemiallisia käyttäytymisiä.

Kahden kuukauden suodatuskokeen aikana tarkkailtiin aktiivihiililaatujen suodatusteknisiä ominaisuuksia. Huomattiin, että hienojakoisen rakeen omaavan aktiivihiilisuodatuspedin päälle muodostui korkeampi vesipatsas ja vastavirtahuuhtelu suoritettiin kahden viikon välein, koska muutoin vesi olisi virrannut huuhteluputken kautta viemäriin. Karkearakeisten aktiivihiilisuodatuspetien päälle muodostunut vesipatsas oli melkein puolet vähemmän ja vastavirtahuuhtelut suoritettiin 3-4 viikon välein. Näytteenottojen perusteella voidaan todeta, että kaikki hiililaadut toimivat odotettua paremmin orgaanisen kokonaishiilen poistoon. Putki 2:en, 3:en ja 4:en TOC:n puhdistusreduktio oli 96–99 %, putki 1:en puhdistusreduktio oli noin 79 %.

Työn tuloksena saatiin toimiva aktiivihiilipilot-laitteisto, jonka avulla työn tilaaja voi jatkaa halutessaan suodatuskokeita ja päättää saatujen tuloksien perusteella parhaan hiililaadun valinnasta sekä ison mittakaavan aktiivihiilisuodattimen investoinnista.

This thesis was made for Kuopion Vesi Ltd, which is responsible for the supply of good quality water for its customers. The objective of this thesis was to build an activated carbon pilot which imitates the principle of sand filtration. The aim was to test the ability of four different activated carbons to remove the organic compounds that cause odour and taste in drinking water. Other requirements for the pilot were cost-effectiveness, simplicity and ease of use. The most important parameter was the loss of the total organic carbon from activated carbon filtered water.

First, in the literature part, potential sources of odour and taste in water production plants, characteristics of activated carbon and its use in water purification were studied in general. The building and testing of the activated carbon pilot and the laboratory analysis were performed at Itkonniemi water treatment plant. During two months long period of test filtration of the activated carbon pilot, the adsorption capacity of the activated carbons for the TOC, manganese, iron, aluminium was examined. The physical and chemical behavior of the activated carbons was observed.

During two months long period of test filtration, the filtering properties of activated carbon were monitored. It was noticed that the resistance of flow in the fine-grained column grew rapidly, so the backwashing needed to be performed every two weeks. The resistance of the flow in the rough-grained column grew slowly in which case the backwashing was performed every three to four weeks. On the account of sampling, it can be mentioned that every activated carbon quality worked better than expected to remove total organic compounds. The reduction of columns 2, 3 and 4 was 96-99 % except for column 1, the reduction was 79 %.

As a result of this thesis, a functional activated carbon pilot was created to allow the commissioner to continue test filtrations and decide on the best carbon quality and the investment of a large scale activated carbon filtration.