Nitrifikaatio talousveden jakelussa ja jäteveden puhdistuksessa – Syyt, seuraukset ja orgaanisen aineen vaikutus

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tämä väitöskirja käsittelee nitrifikaatiota erilaisissa ympäristöissä. Nitrifikaatiossa ammoniumtyppi hapettuu biokemiallisesti nitriitiksi ja edelleen nitraatiksi. Talousveden jakeluverkostoissa nitrifikaatio voi aiheuttaa terveydelle haitallisen nitriitin pitoisuuksien nousua. Toisaalta jätevedenpuhdistuksessa ammoniumtyppeä poistetaan biologisesti nitrifikaation avulla. Väitöskirjassa tutkittiin nitriitin muodostumista talousveden jakeluverkostoissa spatiaalisesti ja kausitarkastelun avulla. Nitriitti muodostuu verkostoissa joko lisätystä desinfiointikemikaali monoklooriamiinista tai raakaveden sisältämästä ammoniumista. Lisäksi väitöskirjassa selvitettiin orgaanisen aineen vaikutusta nitrifikaatioon täyden mittakaavan jätevedenpuhdistamolla sekä laboratoriossa simuloiduissa talousveden jakeluverkostoissa. Talousveden laadun paikkatietoon perustuva tarkastelu paljasti, että jakeluverkoston veden nitriittipitoisuudet nousivat jo lähellä vesilaitosta. Pitkään verkostossa viipyneessä vedessä nitriittipitoisuudet olivat enimmäkseen matalia. Talousveteen normaalisti lisättävä pieni monoklooriamiiniannos (0,35–0,4 mgCl2 L-1) ei estänyt nitriitin muodostumista, mutta rajoitti sen maksimipitoisuuksia. Nitriittipitoisuudet vaihtelivat kausittain niin, että pitoisuuksien huippu osui joko lämpimään aikaan, kylmään aikaan, tai sitä ei esiintynyt lainkaan. Tärkeimmät nitriitin kausivaihteluun vaikuttavat tekijät olivat veden lämpötila ja veden ikä. Kylmässä lämpötilassa hidastunut ammoniumin hapettuminen aiheutti kylmään aikaan osuvat nitriittihuiput. Veden iän ollessa lyhyt nitriittipitoisuuksia hallitseva reaktio oli ammoniumin hapettuminen nitriitiksi ja veden iän ollessa pitkä hallitseva reaktio oli nitriitin hapettuminen nitraatiksi. Käytännössä tämän väitöskirjan tulokset puoltavat ympärivuotista ja koko jakeluverkoston kattavaan nitriitin tarkkailua. Jäteveden puhdistuksessa ammoniumtypen poisto nitrifikaation avulla yllättäen tehostui, kun liukoisen ja helposti hajoavan orgaanisen aineen pitoisuutta lisättiin esiselkeytyksen tilalle jälkiasennetun esifermentaation avulla. Lähemmässä tarkastelussa paljastui, että nitrifikaatiota edeltävät denitrifikaatio ja biologinen fosforinpoisto itse asiassa vähensivät nitrifikaatio-osastoon tulevaa orgaanisen aineen kuormaa esifermentaatiolinjalla verrattuna esiselkeytyslinjaan. Talousveden orgaanisen aineen (NOM) vähentäminen (TOC  1,0  mg L-1) laboratoriomittakaavan simuloiduissa jakeluverkostoissa ilman desinfiointia esti nitriittipitoisuuksien nousun verrattuna siihen, että NOM-pitoisuutta ei vähennetty (TOC 1,6 mg L-1). Kun tuloksia tulkittiin ensimmäisen kertaluvun reaktionopeusmallilla, havaittiin, että nitriittipitoisuuksien väheneminen johtui tehostuneesta nitriitin hapettumisesta nitraatiksi. Teoreettiset maksiminitriittipitoisuudet riippuivat voimakkaasti ammoniumin hapettumisen ja nitriitin hapettumisen keskinäisestä suhteesta. Tulokset puoltavat NOM-pitoisuuden vähentämistä vedenkäsittelyssä myös terveydelle haitallisten nitriittipitoisuuksien vähentämiseksi. Väitöskirjan tulokset antavat lisää keinoja hallita nitrifikaatiota talousveden jakeluverkostoissa ja jätevedenpuhdistamoilla.
Julkaisun otsikon käännösNitrifikaatio talousveden jakelussa ja jäteveden puhdistuksessa – Syyt, seuraukset ja orgaanisen aineen vaikutus
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Vahala, Riku, Vastuuprofessori
  • Ahonen, Merja, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
  • Keinänen-Toivola, Minna M., Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0121-8
Sähköinen ISBN978-952-64-0122-5
TilaJulkaistu - 2020
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • nitrifikaatio
  • nitriitti
  • talousveden jakelu
  • jäteveden puhdistus

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Nitrifikaatio talousveden jakelussa ja jäteveden puhdistuksessa – Syyt, seuraukset ja orgaanisen aineen vaikutus'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä