Kaoliini apuaineena raakaveden puhdistuksessa

Abstract

Yhdyskunnat ja teollisuus tarvitsevat suuria määriä puhdistettua vettä vuosittain. Vedelle asetetut vaatimukset ovat tarkkoja erityisesti väriä tuottavien aineiden, kuten raudan ja humuksen osalta. Raakaveden lähteenä voi olla pohjavesi, pintavesi tai tekopohjavesi. Pintavettä on Suomessa saatavissa runsaasti makean veden vesistöistä. Epäpuhtauksien poisto raakavedestä tapahtuu koagulaation, flokkulaation ja laskeuttamisen avulla. Pintavettä johdetaan altaisiin, joissa siihen sekoitetaan koagulanttia, jonka tarkoitus on saostaa epäpuhtaudet. Suurin osa veden sisältämistä epäpuhtauksista ovat negatiivisesti varautuneita, joten koagulanttina käytetään yleisesti positiivisesti varautuneita metallisuoloja, jotka sitovat vastakkaisesti varautuneita partikkeleja. Yleisimpiä koagulantteja ovat alumiini- ja rautasuolat. Koagulantin vaikutuksesta epäpuhtaudet kasvavat hitaan sekoituksen aikana törmäillen suuremmiksi kokonaisuuksiksi, flokeiksi, jotka sitten laskeutetaan altaan pohjalle. Tässä opinnäytetyössä esitetyssä tutkimuksessa on keskitytty kaoliinin käyttöön apuaineena raakaveden puhdistuksessa. Työn toimeksiantajana oli Kivitieto Oy. Toiveena olisi siirtyä pois tehtaalla käytettävästä alumiinikoagulantista raakaveden puhdistuksessa. Kaoliini on harmahtavaa tai melkein valkoista savea. Tässä opinnäytetyössä tutkittu kaoliini on peräisin Puolangan Pihlajavaarasta. Tutkimuksessa selvitettiin kaoliinin vaikutuksia koagulaatio-flokkulaatioprosessiin jar-testimenetelmän avulla. Pääpaino oli orgaanisen aineen poistossa yhdessä rautakoagulantin kanssa. Lisäksi tutkittiin kaoliinin modifioinnin, laadun ja raekoon vaikutuksia. Tutkimuksen tulokseksi saatiin, että rautasuola yhdessä kaoliinin kanssa poistaa orgaanista ainetta tehokkaammin kuin polyalumiinikloridi. Havaittiin myös, että rautasuolaa ja kaoliinia käytettäessä pH:ta ei tarvitse säätää. Myöskään kaoliinin modifioinnilla, raekoolla tai laadulla ei ole merkitystä orgaanisen aineksen poistoon tai flokkien syntymiseen. Ongelmaksi tutkimuksessa nousi koagulaation jälkeinen jäännösrauta, joka kuitenkin onnistuttiin poistamaan hiekka- ja antrasiittisuodatuksella.

Communities and industry use great quantities of purified water every year. Quality demands for water are very specific especially concerning impurities like iron and humic acids that produce color. Different raw water sources are ground water, surface water and artificial ground water. Finland has a lot of freshwater sources from which surface water is available. Impurities are removed with coagulation, flocculation and sedimentation. Raw water is mixed with a coagulant agent. Most of the impurities that water contains are negatively charged colloids therefore coagulants used are usually positively charged metal salts. Most commonly used coagulants are aluminium and iron salts. During slow mixing coagulant allows the colloids to grow into larger particles, flocs, which then are sedimentated to the bottom of the tank. This thesis concentrates on the use of kaolin as an auxiliary agent in raw water purification. Thesis’ assigner was Kivitieto Oy. Kaolin is a grey or almost white clay mineral. The kaolin that was studied in this thesis is from Pihlajavaara, Puolanka. The effects of kaolin to coagulation-flocculation process were studied by jar-test method. Emphasis was on the removal of organic matter with the combination of iron salt and kaolin comparing it to an aluminium coagulant. In addition the significance of the modification, quality and particle size of kaolin were studied. Results of the study showed that iron salt with kaolin removes organic matter more effectively than polyaluminium chloride. Also it was studied that pH doesn’t need to be adjusted for iron salt and kaolin. Modification, particle size and quality of kaolin didn’t have effect on the reduction of organic matter or on the production of flocs. Residual iron in water after coagulation was high so it was necessary to remove it with a sand and anthracite filtration system.