NOM-AINEIDEN EROTUS PROSESSIVEDESTÄ JA ANALYSOINTI LC-OCD-MENETELMÄN AVULLA

Abstract

Suomen leveysasteiden pintavedet ovat ilmaston ja maaperän vuoksi hyvin humuspitoisia. Ilmaston lämpeneminen lisää orgaanisen aineen määrää vesistöissä. Varsinkin talvisin, kun vedet jäätyvät eivätkä pääse virtaamaan vapaasti, orgaaninen aines jää seisomaan aiheuttaen pintavesilaitoksissa lisähaasteita sen erottamiseksi. Suurimmat ongelmat syntyvät vesilaitoksissa, joissa käytetään klooripitoisia desinfiointikemikaaleja mikrobikasvun ehkäisemiseksi. Tällöin sivutuotteina syntyy karsinogeenisia ja myrkyllisiä sivutuotteita, kuten trihalometaania ja muita organokloorisia yhdisteitä.

Opinnäytetyössä käsitellään NOM:n esiintymistä luonnossa ja sen fraktioimista perustuen sen partikkelikokoon sekä LC-OCD:n analyyseihin perustuvaa fraktioimista kuuteen eri jaeluokkaan. Lisäksi opinnäytetyössä on esitetty neljä erilaista vedenkäsittelyn yksikköprosessia, joiden avulla NOM-aineita voidaan tehokkaasti poistaa, sekä kokonaisuudessaan Kokkolan suurteollisuusalueen, Kokkola Industrial Parkin käyttämä prosessi talousveden sekä ionivaihdetunveden valmistamiseksi. Opinnäytetyön sivuamat prosessit on osoitettu toimiviksi vaihtoehdoiksi orgaanisen materiaalin poistamisseksi raakavedestä.

Viimeisessä osiossa on esitelty saksalaisen tohtori Stefan Huberin ja hänen työryhmänsä kehittelemän LC-OCD-laitteiston historiaa ja toimintaa. Kyseisellä laitteistolla kyetään suorittamaan analyysejä NOM fraktioista ppb-mittakaavassa. Laite on käytännössä orgaanisen hiilen detektori, ja uudemmalla laitekokoonpanolla kyetään analysoimaan myös orgaanisen typen määrää näytteessä. Laitteiston keskuksena toimii Gräntzel-ohutfilmireaktori, jossa tapahtuu näytteen hapettaminen UV-valon avulla 185 nanometrin aallonpituudella. Tämän ansiosta radikaaleja kyetään tuottamaan suoraan vedestä, eikä ulkopuolisia hapettajia tarvita.

In the Finnish latitudes, surface waters can contain considerably large amounts of humic substances due to soil material and climatic effects. The global warming increases the formation of organic material in the natural water systems. In the wintertime, when the surface waters freeze, the flow amount of water decreases. This causes the organic matter to pile up in its location and causes challenges in the separation processes of the water treatment plants. The largest problems are usually with the plants which use chlorine-based disinfection chemicals to control the microbial growth. When chlorine reacts with organic compounds, it produces carcinogenic by-products such as trihalomethane and other organochloric substances.

In the thesis there have been presented how the NOM particles appear in nature, how it is fractionated by its particle size and by LC-OCD, in six fraction classes. In the thesis there have been introduced four different kinds of unit separation systems, of water treatment plants, also a full scale water treatment process of Kokkola Industrial Park is presented. All of these processes have been proven to be effective in removal of NOM substances from the raw water.

In the last section is presented the history and principles of LC-OCD analyzer which Doctor Stefan Huber and his crew, among the others, have developed. With the LC-OCD, one can analyze NOM fractions in the scale of ppb. The LC-OCD is an organic carbon detector and with the new assembly also organic nitrogen can be detected. The heart of the machine is the Gräntzel thin-film reactor, in which the sample is oxidized with a UV-light which has a specific wavelength of 185 nm. This is an optimal wavelength to produce radicals directly from the water, external oxidants are not needed.