10 tekoa puhtaamman veden puolesta

LUT-yliopisto käynnisti vedenjalostuksen uuden aikakauden. Kokosimme 10 tekoa, joiden ansiosta haitallinen kemikaalivirta luontoon katkaistaan ja jätevesien ravinteet saadaan entistä paremmin uusiokäyttöön.

1. LUTissa veden arvoa kunnioitetaan ja vaalitaan monitieteisesti

LUT-yliopiston strategiassa vettä kunnioitetaan suojeltavana, puhdistettavana, jalostettavana ja mahdollisimman pitkälle hyödynnettävänä resurssina. Monitieteiset tutkimusryhmät tekevät jatkuvaa työtä luonnonvarojen säästämisen, tehokkaamman materiaalikierron sekä puhtaamman ympäristön ja veden saavuttamiseksi. LUT-yliopisto tunnetaan Suomen laajimpana vedenkäsittelyn tutkimuskeskittymänä sekä erotustekniikan johtavana koulutus- ja tutkimusyhteisönä.

LUT haluaa katkaista luontoon päätyvät kemikaalivirrat puhdistamalla jätevedet paremmin. LUTin tuottamilla ratkaisuilla jätevesien sisältämät arvoaineet saadaan talteen ja uudelleen hyödynnettäviksi.

"Kiinnostuksemme on kasvanut viime aikoina esimerkiksi kaivos- ja metsäteollisuuden jätevesien sisältämää suolaa sekä elintarviketeollisuuden veden sisältämää proteiinia kohtaan", erotustekniikan professori Mari Kallioinen alustaa.

2. LUT ratkoo käytännön ongelmia fysikaalisten ja kemiallisten ilmiöiden osaamisella

Tehokkaille erotus- ja puhdistustekniikoille sekä niiden hybridiratkaisuille on tarve, sillä perinteisiä teknologioita ei ole suunniteltu poistamaan haitta-aineita ja mikromuoveja, joita syydämme vesiin nykyisin. Kiertotaloudellisella toiminnalla optimoidaan ympäristön, tuotannon ja kulutuksen kokonaiskestävyyttä.

LUTin osaamisen perustana ovat fysikaalisten ja kemiallisten ilmiöiden ymmärrys sekä luonnon- ja prosessivesien karakterisointi ja mallinnus. Erotustekniikan osastoa johtava Mari Kallioinen kertoo, että useat teollisuuden alat hyödyntävät LUTin tuottamia ratkaisuja nestevirtojensa käsittelyssä. Samalla yritykset vahvistavat energia- ja resurssitehokkuuttaan, kun puhdistettu vesi käytetään uudelleen prosesseissa ja raakaveden sisäänottoa voidaan vähentää.

"Teemme neste-kiintoaine erotusta, erotusta nestefaasissa ja pystymme käsittelemään myös kaasumaisia päästöjä", Kallioinen kertoo.

LUT-yliopiston strateginen ajattelutapa ja ratkaisukeskeinen asenne tunnetaan yrityskentässä.

"Tavoitteena on hyödyntää päästöistä kaikissa eri olomuodoissaan kaikki mahdolliset resurssit", Kallioinen kiteyttää.

3. Hybridiratkaisut yhdistävät modernit vedenkäsittelymenetelmät perinteisiin

Teollisuuden, maatalouden ja kotitalouksien jätevedet on puhdistettava, jotta väestön terveys ja ympäristön hyvinvointi turvataan. Isoissa teollisuuslaitoksissa nestevirtojen puhdistus tapahtuu tyypillisesti omalla laitteistolla. Kuntien sekä pienempien toimijoiden jätevedet käsitellään useasta kohteesta vastaanottavalla kunnallisella jätevedenpuhdistamolla.

LUTin hyödyntämillä tehokkailla erotusprosesseilla vaativistakin nesteistä saadaan erotettua monia yhdisteitä yhä pienemmillä pitoisuuksilla. Membraaniteknologian professori Mika Mänttäri avaa jätevesien erilaisia puhdistustekniikoita.

"Pilkomme vesien epäpuhtauksia pienemmiksi esimerkiksi hyödyntäen valoa katalyyttisten partikkelin kanssa tai pulssitettua koronapurkausta. Suodatinkalvomenetelmällä eli membraaniteknologialla suodatamme vedestä pois myös siihen liuenneita yhdisteitä kuten lääkeaineita tai vesistöjä rehevöittäviä ravinteita."

Moderneimmat puhdistamot hyödyntävät useaa eri menetelmää hybridimäisesti ja yhdistävät niitä biologisiin prosesseihin, katalyysiin ja hapetukseen. LUTin tuottamat ratkaisut, kuten membraanisuodatus tai mikroleväteknologia, ovat lisättävissä uudeksi vaiheeksi myös vanhoihin puhdistamoihin.

4. LUTin membraaniosaaminen on kansainvälistä kärkeä

Membraani- eli suodatinkalvoteknologia on yksi osa LUTin laajaa vedenkäsittelyosaamista. Membraanitekniikan tutkimusryhmä kehittää energiatehokkaita ja ympäristöystävällisiä puhdistus-, talteenotto- ja erotusprosesseja sellu- ja paperiteollisuuteen, elintarviketeollisuuteen, metalliteollisuuteen sekä muille aloille.

Membraaniteknologiaa voidaan hyödyntää myös kunnallisten jätevesien käsittelyssä. LUTilla on näyttöjä fosforin poistamisesta kunnallisesta jätevedestä kemikaalittomasti suodatinkalvomenetelmällä. Hyvin tiiviillä suodatinkalvoilla fosforipitoisuudet on saatu erittäin pieniksi Lappeenrannan, Kouvolan, Savitaipaleen ja Luumäen puhdistamoiden vesillä.

Tiheä suodatinkalvo ei päästä lävitseen myöskään virusbakteereja, orgaanisia aineita, mikromuoveja tai muita kiintoaineita. Teollisuudessa membraanisuodatusta voidaan käyttää jätevedenkäsittelyn lisäksi tehtaissa kiertävän veden puhdistuksessa.

"Kun virukset saadaan pois, ei puhdistusprosessissa tarvita myöskään ultraviolettivalolla tehtävää desinfiointia", professori Mika Mänttäri kertoo.

5. Suodatinkalvoissa hyödynnetään jopa vanhat lakanat

Kiertotalouden ja resurssitehokkuuden nimissä LUTissa keskitytään myös käytettäviin suodatinkalvoihin, ja niitä kehitetään yhä tehokkaammiksi.

"Lisäksi niitä pyritään valmistamaan jo kertaalleen käytetyistä materiaaleista, kuten selluloosaa sisältävistä jätteistä, vaikkapa vanhoista lakanoista", professori Mari Kallioinen kertoo.

Selluloosamembraanit ovat muihin membraaneihin verrattuna haluttuja kasvavilla, globaaleilla vedenkäsittelymarkkinoilla. Se johtuu niiden hydrofiilisestä eli imukykyisestä ja nesteen tasaisesti levittävästä pinnasta, sekä siitä, että niitä on mahdollista valmistaa biopohjaisesta materiaalista.

"Yhdestä neliöstä puuvillalakanaa saadaan alustavien tulosten mukaan jopa 35 neliömetriä selluloosamembraania. Tekstiilijakeen erilliskeräys muusta jätteestä olisi lisäksi mahdollista ja jopa helppoa", Kallioinen sanoo.

6. Kasvavaa lääkejäämäkirjoa vähennetään päästölähteillä ja puhdistamoilla

Siitä, että vesi on saatu jäännösfosforin poistossa kiintoaineettomaksi, on selkeää hyötyä myös poistettaessa lääkejäämiä nanosuodatuksella tai hapetuksella. Lääkejäämät ovat LUTin kestotutkimuskohteita, sillä niitä on vesissä yhä enemmän, koska lääkkeitä käyttävää väestöä on enemmän. Lääkkeet ja ympäristö ovat teemana esimerkiksi Suomen Akatemian rahoittamassa, monitieteisessä SUDDEN-hankekonsortiossa.

Kansallisessa EPIC-hankkeessa LUT tarkasteli lääkejäämien poistamiseen parhaiten soveltuvia puhdistustekniikoita ja yhdistelmiä. Niitä ovat hapetus, kalvosuodatus ja adsorptiomenetelmät.

"Koronapurkausmenetelmällä tehdyllä hapetuksella valtaosa lääkeaineista saatiin poistettua. Jäteveden kokonaisvaltaisessa puhdistuksessa kalvosuodatus havaittiin lähes ainoaksi vaihtoehdoksi. Nanosuodatus- tai käänteisosmoosikalvoilla vedestä saatiin pois lääkeaineiden lisäksi bakteerit, virukset ja ravinteet", professori Mika Mänttäri tiivistää.

EPIC-hankkeessa havaittiin, että lääkejäämien poistaminen jätevedestä on teknisesti tehokkaampaa alkuperäisillä päästölähteillä, kuten sairaaloissa ja hoitolaitoksissa. Onko jätevesien puhdistaminen yleisesti ottaen tehokkainta päästöjen lähteellä vai jätevedet kokoavalla puhdistamolla?

"Aina, kun toiminnan päästöinä syntyy raskasmetallia, mikromuovia tai lääkeainejäämiä, on syytä selvittää, voisiko päästöt poistaa päästölähteillä ja puhdistetun veden kierrättää takaisin käytettäväksi prosessissa", Mari Kallioinen vastaa.

7. LUT suojelee vettä vaikuttamalla tietoisuuteen ja asenteisiin

LUTilla on käynnissä tutkimus, jossa pyritään ymmärtämään, mikä on yksittäisten päästölähteiden menettelyn merkitys vesiympäristön kokonaisuudessa. Hyvä kysymys on sekin, millaiset laitokset voidaan reilulla tavalla velvoittaa puhdistamaan omat jätevetensä. Haitta-aineiden päästöjen kannalta mahdollisia kohdepuhdistuspaikkoja voisivat olla esimerkiksi sairaalat ja hoitolaitokset, pesulat ja autopesulat.

Membraaniteknologian professori Mika Mänttäri nimeää puhdistamisen motivaattoriksi, tai pikemminkin antimotivaattoriksi, veden kustannukset.

"Suomessa puhtaan sekä jäteveden edullisuus ei motivoi yrityksiä tarpeeksi veden säästämiseen ja jätevesien puhdistamiseen siellä, missä jätevedet syntyvät. Emme maksa Suomessa ihan hirveästi vedestä, joka tulee hanasta ja päätyy melkein suoraan viemäriin."

Professori kertoo, että LUT pyrkii vaikuttamaan tieteen, yritysyhteistyön sekä erilaisten tapahtumien kautta siihen, että vedellä nähdään Suomessakin arvonsa mukainen asema ja hinta. Myös LUT Junior University edistää tätä tavoitetta.

LUT Junior University on yliopiston ja koulujen koulutusyhteistyömalli ja Lappeenrannassa myös osa koulujen opetussuunnitelmia. Sisällöt on suunniteltu yhdessä opettajien kanssa ja ne pohjautuvat LUTin strategisiin painopisteisiin. Junior University on LUTin iso satsaus ja ainutlaatuinen tapa edistää strategisia tavoitteita tiedekasvatuksen keinoin.

Junior Universityn yksi päätemoista on vesi.

"Peruskoulun kolmasluokkalaisille pidettävällä Puhdas vesi -oppitunnilla käsittelemme luonnonvesien kiertoa, vesiensuojelua, käyttö- ja jätevesiasioita sekä veden säästämisen ja puhtaan veden arvostamisen teemoja", Junior Universityn koordinaattori Laura Jouhkimo kertoo.

Konsepti on noteerattu kansainvälisestikin erinomaisena kumppanuusesimerkkinä. Vuonna 2020 junnuyliopistotoiminta tavoitti koronapandemiasta huolimatta 4 500 lasta ja aikuista.

"Meillä on jo kolmen kaupungin alueella, Lappeenrannassa, Lahdessa ja Imatralla, opetussuunnitelmiin sidottua tai muuten koulujen kautta kaikki ikäluokat tavoittavaa junnuyliopistotoimintaa, joka pohjautuu vahvasti LUTin tutkimukseen. Parhaassa tapauksessa lapset vievät oppinsa myös koteihin ja esimerkiksi vettä suojeleva ja arvostava asenne leviää koko yhteisöön", Jouhkimo toteaa.

8. LUTin ratkaisuilla jätevesilietteen kuivauskaasuista saadaan talteen typpeä

Jätevedenpuhdistamoilla syntyvä lopputuote on märkää mönjää eli lietettä. Tyypillisesti se käytetään kompostoinnin jälkeen multana maanrakennuskohteissa, kuten meluvalleissa. Mädättämisessä syntyviä kaasuja voidaan puolestaan käyttää autojen biokaasupolttoaineina tai energiantuotannossa.

Lääkeainejäämät, mikromuovit tai raskasmetallit voivat estää lietteiden hyödyntämisen maanparannustuotteina kompostoinnin tai mädätyksen jälkeen. Silloin liete joudutaan polttamaan, jolloin yleensä menetetään sen arvokkaatkin ravinteet, kuten typpi ja fosfori. Ne ovat muun muassa teollisuuden tarvitsemia raaka-aineita.

LUT-yliopiston kestävyystieteilijät ovat tarttuneet asiaan hyödyntääkseen jätevesilietteen ravinnepotentiaalin tehokkaammin. Kestävyystutkimuksen osastoa johtava ympäristötekniikan professori Mika Horttanainen kertoo, että meneillään olevassa hankkeessa kehitetään teolliseen käyttöön soveltuvaa ratkaisua, jolla lietteen kuivauksen yhteydessä otetaan kuivauskaasuista talteen typpeä.

Fosforia on mahdollista saada talteen tuhkasta, joka syntyy kuivatun lietteen polttamisessa.

"Fosfori on ehtyvä luonnonvara ja rehevöittävä pahis luonnossa. Siksi sen kerääminen on tärkeää. Typpi ei ole ehtyvä luonnonvara, mutta sen tuottaminen vie paljon energiaa ja on yksi kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttaja. Kun nämä aineet saadaan talteen lietteestä, edistetään ympäristökestävyyttä", Horttanainen perustelee.

Meneillään olevassa tutkimuksessa etsitään tapoja saada talteen typpiravinne myös lietteen polton yhteydessä. Hieman aiemmin LUTin tutkimuksessa on havaittu, että tuhkaa sopivasti käsittelemällä ja erottelemalla, se voidaan saada käyttökelpoiseksi fosforilannoitteeksi.

"Jätevesiliete on yksi ravinnerikkaimpia ihmisen aiheuttamia sivuvirtoja. Sitä syntyy yksin Suomessa miljoona tonnia vuodessa kosteana lietteenä. Yhdyskuntajätettä syntyy joka puolella maailmaa, missä jätevesiä käsitellään", Mika Horttanainen kertoo.

9. LUT-kauppakorkeakoulu kaupallistaa veteen liittyviä innovaatioita

LUTin tuottamat monitieteiset vedenkäsittelyn ratkaisut tähtäävät ympäristön ja luonnonvarojen suojeluun, puhtaan veden saatavuuteen sekä kiertotalouden ja yritystoiminnan tehokkuuden edistämiseen. Erottamalla jätevedestä sen sisältämät aineet, ne voidaan uudelleen hyödyntää liiketoiminnassa.

LUT-kauppakorkeakoulussa tutkija Gregory O'Shea pyrkii tutkimusryhmineen kaupallistamaan kemiantekniikkaa hyödyntävää superaktiivihiili-innovaatiota (Super activated  carbon, SAC). Siinä aktiivihiili käsitellään kemiallisesti niin, että se on valtavan huokoinen ja siksi äärimmäisen tehokas erotusmateriaali. Sen avulla nesteestä, kaasusta ja ilmasta voidaan adsorboida eli erottaa ei-toivutut ainekset kuten lääkejäämät pois juomavedestä ja puhdistaa nesteitä, kaasua ja ilmaa.

Eri puolilla maailmaa pula puhtaasta juomavedestä, ontuva vesihuolto ja kasvava tahtotila käsitellä teollisuuden prosessivesiä yhä kiertotaloudellisemmin tarjoavat LUT-yliopiston innovaatiolle globaalin markkinan.

"Superaktiivihiilen liiketoimintamahdollisuudet ovat jäteveden puhdistamisessa ja juomaveden valmistamisessa. Huomasimme, että tämä superaktiivihiili on kolme kertaa tehokkaampi kuin aktiivihiili, jota nykyisin käytetään vesienpuhdistusprosesseissa", Gregory O'Shea paljastaa.

Paikallisempaa markkinaa valtaa mikrobipohjaisen EM-teknologian (Effective Microorganisms) sekä shungiittisuodattimen yhdistävä suodatinkennoratkaisu. Se suodattaa kaupunkipinnoilta valuneita hulevesiä muun muassa Lappeenrannassa Sammonlahden kosteikolla. Professori Satu-Pia Reinikainen kertoo, että suodattimia vaihtelevin koostumuksin ollaan jo kaupallistamassa muussakin kuin hulevesiyhteydessä.

"Lappeenrannan kaupungin ratkaisussa Shungiitti-mineraali poistaa hulevedestä öljyjä, raskasmetalleja ja hajuhaittoja. EM-teknologiassa mikrobit tehostavat ympäristön itsensä kykyä käsitellä ja sitoa ravinteita ja haitallisia aineita. Suodatin on edistyksellinen, sillä se ei sisällä kemikaaleja, ja sen kennojen shungiitti-raaka-aine voidaan kierrättää", Reinikainen kertoo.

10. LUT käynnisti käytäntöön sovellettavan vedenjalostuksen uuden aikakauden

LUT-yliopistossa vedentutkimus on siis muutakin kuin kunnallisen jäteveden puhdistamista. LUTilla ei katsota vierestä luonnonvarojen hupenemista tai vesiympäristön likaantumista, eikä silmien edessä virtaavia raaka-aineita jätetä hyödyntämättä. Tekniikan ja kauppatieteiden asiantuntijat pyrkivät ymmärtämään systeemistä kokonaisuutta: missä ja miten vettä on ekologisesti ja taloudellisesti kannattavinta käsitellä ja miten talteen saadut ravinteet ja ainekset voidaan tehokkaimmin hyödyntää.

Strategiansa mukaisesti LUT on käynnistänyt vedenjalostuksen uuden aikakauden, jossa jätevedenpuhdistamot ovat kokonaisvaltaisia monituotetehtaita, joista ravinteet saadaan uusiokäyttöön, resurssivedet kiertämään ja haitallinen kemikaalivirta luontoon pysähtymään.

"Olemme onnistuneet tutkimustyössämme, kun tuloksena syntyy ideoita, joita muut voivat hyödyntää omissa sovelluskohteissaan", professori Satu-Pia Reinikainen kiteyttää.

Juttua editoitu 6.4.2021. Lisätty kohta LUT Junior Universityn toiminnasta lukuun numero 7.

Lisätiedot:

etunimi.sukunimi@lut.fi

Tutustu myös:

Lue lisää: