M. Sc. Merit Kindsigon kemian alaan kuuluva väitöskirja Wet Oxidation of Recalcitrant Lignin Waters: Experimental and Kinetic Studies (Vaikeasti hajoavien ligniiniä sisältävien vesien puhdistus märkähapetuksella) tarkastetaan maanantaina 21.12.2009 klo 12 Lappeenrannan teknillisen yliopiston salissa 1383. Vastaväittäjänä toimii professori Rein Munter (Tallin University of Technology, Viro) ja valvojana professori emeritus Juha Kallas.
Metsäteollisuuden jätevesissä on paljon ligniinejä, vaikeasti biohajoavia yhdisteitä. Väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin ligniinien hajottamista märkähapetuksella. Märkähapetuksen hajottava vaikutus perustuu hapen reaktioihin epäpuhtauksien kanssa korkeissa lämpötiloissa (yli 100 °C) ja paineissa. Paine koostuu veden höyrypaineesta, joka riippuu lämpötilasta, ja reaktoriin lisättävän veteen liukenevan hapen osapaineesta. Prosessia kutsutaan myös märkäpoltoksi: tavallisessa poltossa happi reagoi orgaanisen aineen kanssa ilmassa, märkäpoltossa vedessä. Työssä saatujen tulosten perusteella myrkyllisiä tai huonosti biohajoavia ligniinejä voidaan tehokkaasti poistaa märkähapetuksella. Märkähapetus yhdistettynä sitä seuraavaan biologiseen käsittelyyn on varteenotettava vaihtoehto ligniiniä tai muita vaikeasti biohajoavia yhdisteitä sisältävien vesien puhdistamiseksi.
Väitöskirjassa tutkittiin vaikeasti hajoavien ligniiniä sisältävien vesien märkähapetusta. Märkähapetuksen hajottava vaikutus perustuu hapen reaktioihin epäpuhtauksien kanssa korkeissa lämpötiloissa ja paineissa. Väitöskirjassa tutkittiin lämpötilan, hapen osapaineen, pH:n sekä käsiteltävän jäteveden ligniinien pitoisuuden vaikutusta märkähapetusprosessiin. Tavoitteena oli löytää sellaiset olosuhteet, että prosessi olisi mahdollisimman tehokas. Tässä väitöskirjatyössä märkähapetusta sovellettiin kahteen eri tapaukseen, ligniinimalliliuoksen sekä paperiteollisuudessa syntyvän kuorimojäteveden hapetukseen. Lisäksi tutkittiin katalyytin vaikutusta ligniinien hajoamiseen. Katalyyttinä käytettiin Eestin sähkövoimalaitoksilta syntyvää palavan kiven jäännöstuhkaa. Tuloksia verrattiin kaupallista Pt-katalyyttiä käyttämällä saatuihin tuloksiin.
Työssä kehitettiin matemaattinen malli ligniiniä sisältävien vesien märkähapetukselle. Mallin avulla pystytään ennustamaan eräiden tärkeiden hapetusta kuvaavien parametrien käyttäytymistä prosessin aikana. Tällaisia parametreja ovat BOD (biologinen hapenkulutus), COD (kemiallinen hapenkulutus) sekä TOC (kokonaisorgaaninen hiili), jonka avulla voidaan myös ennustaa epäorgaanisten yhdisteiden syntyä. Lisäksi mallin avulla voidaan ennustaa ligniinien pitoisuuden vähenemistä.
Katalyyttinen märkähapetus osoittautui tehokkaaksi ligniinipitoisten vesien hajottamiseksi. Käytettäessä katalyyttinä 1 g/L sähkövoimalaitoksen jäännöstuhkaa, pystyttiin poistamaan liuoksen ligniinistä 86 % ja COD:stä 39 %. Katalyytin käyttö mahdollistaa siis hapetuksen alhaisemmassa lämpötilassa ja paineessa, mikä taas alentaa prosessin kustannuksia. Huomattavaa on, että tuhka-katalyytin läsnäolo aiheutti merkittävää ligniinin hajoamista jo esilämmityksen aikana. 58 % ligniinistä hajosi jo ennen hapen lisäämistä.
Märkähapetus ei yksinään sovellu vesien puhdistamiseksi. Sen sijaan se soveltuu erinomaisesti esikäsittelymenetelmäksi, kun vesistä halutaan poistaa myrkyllisiä tai huonosti biohajoavia yhdisteitä.
Märkähapetuksen jälkeen jätevedessä on tavallisesti jäljellä helposti biologisesti hajoavaa ainesta. Tämän poistamiseen märkähapetuksen jälkeen käytetään yleensä edullisempaa biologista hapetusta.
Märkähapetus yhdistettynä sitä seuraavaan biologiseen käsittelyyn on varteenotettava vaihtoehto ligniiniä sisältävien vaikeasti hajoavien vesien puhdistamiseksi.
Väittelijän tiedot:
Merit Kindsigo
Syntynyt 1980, Kuressaare, Viro
M Sc, University of Tartu, 2004 (Estonia)
2006-2009, Lappeenranta University of Technology, Doctoral study on Chemical Engineering, Separation Technology
2002-2004 University of Tartu, Master’s study on environmental technology
1999-2002 University of Tartu, Türi College, Diploma study on environmental science
Lisätietoja: Merit Kindsigo, merit.kindsigo(at)gmail.com