Tiedotusvälineille
VÄITÖS: Reaktiokinetiikan ja aineensiirron mallintaminen vesiliuosten otsonoinnissa
Väittelijä: Diplomi-insinööri Markku Kuosa
Yhteystiedot: Markku Kuosa, puh. 0400 759547, sähköp. etunimi.sukunimi@lut.fi
Lappeenrannan teknillinen yliopisto, teknillinen tiedekunta, kemiantekniikan osasto
Väitöstilaisuuden aika ja paikka: Torstai 18.12.2008 klo 12 sali 1383
Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Skinnarilankatu 34
Väitöskirjan aihe: Modeling reaction kinetics and mass transfer in ozonation in water solutions (Reaktiokinetiikan ja aineensiirron mallintaminen vesiliuosten otsonoinnissa)
Väitöskirja kuuluu kemiantekniikan, erityisesti vesien käsittelyn alaan ja se on tehty yliopiston teknillisen tiedekunnan kemiantekniikan osastolle. Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis –tutkimussarjassa, numero 331.
Vastaväittäjä: Professori Andrzej K. Bin (Warsaw University of Technology, Puola)
Väitöstilaisuuden valvoja: Professori Juha Kallas (Lappeenrannan teknillinen yliopisto)
Ohessa on väittelijän antama tiivistelmä väitöskirjatutkimuksesta sekä häntä koskevat muut tiedot.
Väitöskirjan ”Modeling reaction kinetics and mass transfer in ozonation in water solutions” tiivistelmä
Otsonointi on tehokas ja ympäristöystävällinen menetelmä monentyyppisten (Teollisuus-, yhdyskunta- ja valumajätevedet, esim. kaatopaikkavedet) jätevesien käsittelyyn sekä juomaveden valmistukseen. Tiettyjen haitallisten kemikaalien poistossa se on käytännössä ainoa tehokas menetelmä kloorauksen lisäksi. Kloorauksella on kuitenkin huomattavasti enemmän haittavaikutuksia kuin otsonoinnilla. Otsonoinnin hyviä puolia on otsonin valikoivuus. Esimerkiksi molekylaarinen otsoni hajottaa tehokkaasti veteen liuenneet aromaattiset yhdisteet. Lisäksi otsonointi vähentää tehokkaasti jäteveden kemiallista hapen kulutusta ja erityisesti se kasvattaa tehokkaasti jäteveden BOD-arvoa (biologinen hapenkulutus), jolloin biologisen jäteveden puhdistuksen jälkeen toteutettu otsonointi mahdollistaa jäteveden kierrätyksen takaisin biologiseen käsittelyyn ja näin voidaan edelleen vähentää ravinteiden ja vaikeasti biohajoavien aineiden pääsyä vesistöihin.
Otsonin valmistus on kuitenkin suhteellisen kallista. Otsonointiprosesseja on tästä syystä optimoitava. Tämän vuoksi on tarpeellista kehittää otsonointiin soveltuvia hydrodynaamisia malleja ja erityisesti tarvetta on käyttökelpoisen otsonoinnin reaktiokineettisen mallin kehittämiselle. Otsonoinnin kemia on hyvin monimutkaista. Otsoni reagoi suoraan vesiliuoksessa olevan yhdisteen kanssa tai vesiliuoksessa otsonin itsehajoamisessa syntyvien radikaalien kautta. Näitä otsonin indusoimia radikaaleja (Radikaali on atomi tai molekyyli, jolla on pariton määrä elektroneja.) ovat esim. hydroksyyliradikaali (OH•), hydroperoksyyliradikaali (HO2•) ja radikaaliketjun edetessä •O3-, HO3• jne. Näiden kaikkien reaktioiden mallintaminen vaatii kuitenkin runsaasti reaktiokineettistä dataa, jota ei aina välttämättä ole saatavilla johtuen eri vesien erilaisista ominaisuuksista.
Tässä työssä kehitettiin aksiaalivirtausmalliin perustuva menetelmä reaktionopeusvakion sekä aineensiirtokertoimen määrittämiseen. Malli on hyödyllinen myös arvioitaessa aksiaalidispersiota. Lisäksi työssä kehitettiin uusi menetelmä monikomponenttisysteemien reaktionopeusvakioiden, stoikiometristen kertoimien sekä aineensiirron kaasusta nesteeseen estimointiin otsonoinnissa. Menetelmä perustuu COD:n (COD=kemiallinen hapenkulutus) käyttöön. Tämä menetelmä ei ole empiirinen vaan eksakti, eikä näin sisällä empiirisiä vakioita. Tässä työssä hydrodynamiikka otetaan huomioon ja simuloidaan aksiaalivirtausmallilla.
Viime aikoina kirjallisuudessa esitetyt monikomponenttisysteemien otsonoinnin simulointimallit perustuvat pääasiassa ns. radikaaliketjuun lukuisine kineettisine vakioineen. Nämä vakiot eivät kuitenkaan ole tarkkoja sillä ne tulevat eri tutkijoilta erilaisille vesille. Työssä johtopäätöksenä nähdään näistä koostuvan mallin olevan epävarma. Kirjallisuuskatsaus osoittaa, että monikomponenttisysteemien otsonoinnin mallinnus ei ole täysin kehittynyttä jokapäiväistä tiedettä. Eräs ratkaisu voisi olla summamuuttujien kuten COD, TOC (TOC = kokonaishiili) ja/tai TIC (TIC= epäorgaaninen hiili) yhdistäminen radikaalimalliin. Työssä kehitetty malli on suhteellisen vähän kineettisiä parametreja sisältävä, ja myös tästä syystä mahdollistaa parametrien estimoinnin nopeasti ja luotettavasti erilaisille jätevesille.
Väittelijän henkilö-, koulutus- ja uratiedot
• Syntynyt Lappeenrannassa, ikä 46 vuotta
• Kotikunta on Lappeenranta
Koulutus
• Ylioppilas 1982, Lauritsalan lukio, Lappeenranta
• Diplomi-insinööri 1996, Lappeenrannan teknillinen yliopisto
Työsuhteet
• Assistentti ja tutkija vuodesta 1997 lukien, Lappeenrannan teknillinen yliopisto
Väitöskirjojen myynti:
Lappeenrannan teknillinen yliopisto
Aalef-kirjakauppa
Puh. (05) 621 2030
kirjakauppa@aalef.fi
Verkkomyynti
Granum-verkkokauppa
http://granum.uta.fi