Lentotuhkan bioliuotus
Tissari, Meri (2011)
Tissari, Meri
Savonia-ammattikorkeakoulu
2011
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201105107043
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201105107043
Tiivistelmä
Energiantuotannossa syntyy tuhkaa Suomessa vuosittain noin 1,6 miljoonaa tonnia. Noin puolet tuhkista voidaan hyödyntää esimerkiksi maarakentamisessa tai metsälannoitteena. Usein tuhkat kuitenkin sisältävät liian suuria pitoisuuksia haitallisia aineita, jolloin niiden hyötykäyttö estyy. Haitallisten aineiden pitoisuuksien alentaminen on nykytekniikoilla hankalaa tai taloudellisesti kannattamatonta. Bioliuotus voisi olla yksi soveltuva tekniikka metallipitoisten tuhkien laadun parantamiseksi ja arvometallien liuottamiseksi jatkokäyttöä varten. Siinä hyödynnetään mikrobien kykyä tuottaa metalleja liuottavia aineita, kuten happoja ja aineenvaihduntatuotteita. Tämä insinöörityö on osa Savonia-ammattikorkeakoulun Tekesin rahoittamaa PROBIO –projektin rinnakkaishanketta, jossa yhtenä osana tutkittiin turpeen ja hakkeen sekapolton lentotuhkan bioliuotusta Aspergillus niger –nuijahomeella. Työn tavoitteena oli tutustua lentotuhkan hyötykäyttömahdollisuuksiin ja bioliuotuksen teoriaan sekä suunnitella koesarjat Savonia-ammattikorkeakoulun tiloissa tehtäviä bioliuotuskokeita varten.
Bioliuotuskokeiden tarkoituksena oli löytää bioliuotukselle optimaaliset olosuhteet muuttamalla liuotusaikaa, tuhkapitoisuutta ja ravinneliuoksen sakkaroosipitoisuutta. Lisäksi teimme solullisia ja soluttomia liuotuksia ja kokeilimme kemiallista liuotusta. Koesarjat suunniteltiin siten, että näiden kaikkien muuttujien vaikutukset liuotuksen tehokkuuteen saatiin kartoitettua. Liukenemisen tehokkuutta seurattiin metallianalyysein sekä pH:ta mittauksin, joiden perusteella valittiin parhaita liuotuskokeita tarkempiin analyyseihin. Tämän jälkeen parhaita yhdistelmiä kokeiltiin suuremmassa mittakaavassa fermentorissa.
Tutkimuksessa havaittiin, että paras metallien liukeneminen saavutettiin liuotusajan ollessa vähintään 14 vrk ja lentotuhkapitoisuuden ollessa enintään 5 %. Useiden metallien liukoisuuksissa päästiin yli 70 %:n. Karakterisoinnin perusteella lentotuhka sisälsi joitakin metalleja, kuten arseenia ja sinkkiä, haitallisia määriä, eikä niiden määrää saatu bioliuotuksella riittävästi alennettua, että hyötykäyttö olisi mahdollista. Tulevaisuudessa haasteeksi muodostuvat Aspergillus nigerin tuottaman biomassan erotteleminen tuhkasta ja sen jatkokäyttö sekä sienen vaatiman energian ja lämmön saanti. Lisäksi prosessin kokonaiskustannukset tulisi laskennallisesti selvittää ja tehdä suuremman mittakaavan kokeita.
Bioliuotuskokeiden tarkoituksena oli löytää bioliuotukselle optimaaliset olosuhteet muuttamalla liuotusaikaa, tuhkapitoisuutta ja ravinneliuoksen sakkaroosipitoisuutta. Lisäksi teimme solullisia ja soluttomia liuotuksia ja kokeilimme kemiallista liuotusta. Koesarjat suunniteltiin siten, että näiden kaikkien muuttujien vaikutukset liuotuksen tehokkuuteen saatiin kartoitettua. Liukenemisen tehokkuutta seurattiin metallianalyysein sekä pH:ta mittauksin, joiden perusteella valittiin parhaita liuotuskokeita tarkempiin analyyseihin. Tämän jälkeen parhaita yhdistelmiä kokeiltiin suuremmassa mittakaavassa fermentorissa.
Tutkimuksessa havaittiin, että paras metallien liukeneminen saavutettiin liuotusajan ollessa vähintään 14 vrk ja lentotuhkapitoisuuden ollessa enintään 5 %. Useiden metallien liukoisuuksissa päästiin yli 70 %:n. Karakterisoinnin perusteella lentotuhka sisälsi joitakin metalleja, kuten arseenia ja sinkkiä, haitallisia määriä, eikä niiden määrää saatu bioliuotuksella riittävästi alennettua, että hyötykäyttö olisi mahdollista. Tulevaisuudessa haasteeksi muodostuvat Aspergillus nigerin tuottaman biomassan erotteleminen tuhkasta ja sen jatkokäyttö sekä sienen vaatiman energian ja lämmön saanti. Lisäksi prosessin kokonaiskustannukset tulisi laskennallisesti selvittää ja tehdä suuremman mittakaavan kokeita.