Teollisuusprosessien yhteydessä syntyy usein jätevesiä, jotka sisältävät epäpuhtauksia monista eri lähteistä. Erityisen haastavia ovat raskasmetallit, jotka esiintyvät jätevesissä useissa eri muodoissa: liuenneina ioneina, komplekseina tai kiinteinä partikkeleina. Näistä liuenneet muodot – sekä vapaat metalli-ionit että metallikompleksit – ovat yleisimpiä happamissa teollisuusjätevesissä, eikä niitä voi poistaa mekaanisilla suodatusmenetelmillä.
Liuenneina metallit kulkeutuvat helposti vesistöihin, mistä ne voivat rikastua ravintoketjussa ja aiheuttaa pitkäaikaisia ympäristö- ja terveysriskejä. Vapaat metalli-ionit ovat suoraan vuorovaikutuksessa eliöiden kanssa ja siksi erityisen haitallisia, kun taas kompleksimuodoissa olevien metallien käyttäytyminen vaihtelee sen mukaan, mitä muita aineita vedessä on.
Metallien poistaminen riippuu niiden esiintymismuodoista vedessä, ja yksi keskeinen ratkaisu on kemiallinen saostus, jonka avulla liukoiset metallit voidaan muuttaa kiinteään muotoon ja erottaa jätevedestä. Erityisesti vaikeasti käsiteltävät metallit, kuten esimerkiksi nikkeli, kromi ja arseeni, edellyttävät optimoitua saostusprosessia, joka mukautetaan kunkin jätevesijakeen ominaisuuksiin. Onnistunut metallien poisto ei ole yksinkertainen toimenpide, vaan edellyttää syvällistä ymmärrystä liukoisuuksista, reaktioista ja siitä, miten eri epäpuhtaudet vaikuttavat toisiinsa.
Miten saostus toimii?
Saostus on prosessi, jossa liuoksessa olevat liukoiset epäpuhtaudet muunnetaan kiinteään muotoon, jotta ne voidaan poistaa esimerkiksi sedimentaation, suodatuksen tai muun erotustekniikan avulla. Tässä yhteydessä muodostuvaa kiinteää ainetta kutsutaan sakaksi tai saostumaksi.
Saostusta käytetään yleisesti metallien poistamiseen ja talteenottoon, erityisesti happamien teollisuuden jätevesien käsittelyssä (Lewis, 2010). Saostusmenetelmät jaetaan kahteen päätyyppiin: kemialliseen saostukseen, jossa käytetään reagensseja, ja ei-kemialliseen saostukseen, joka perustuu fysikaalisiin tai biologisiin menetelmiin (Mullin, 2003). Menetelmän valintaan vaikuttavat mm. veden koostumus, poistettavat aineet ja kustannukset (EPA, 2000). Kemiallinen saostus onkin yleisimmin käytetty menetelmä metallien poistamiseen, sillä se on tehokas, yksinkertainen ja kustannustehokas (Blais et al., 2008).
Metallien saostuminen vedestä perustuu ensisijaisesti niiden liukoisuuteen (S) eri pH-arvoissa ja siihen, minkä tyyppisiä yhdisteitä ne voivat muodostaa liuoksessa olevien ionien kanssa. Saostuminen käynnistyy, kun liuoksessa olevien ionien määrä ylittää tietyn ylikylläisyyden rajan, jota kutsutaan yhdisteen liukoisuustuloksi (Ksp). Jokaisella yhdisteellä on oma Ksp-arvonsa, joka ei kuitenkaan ole vakio, vaan vaihtelee muun muassa lämpötilan ja liuoksessa olevien epäpuhtauksien vaikutuksesta. pH ei muuta Ksp-arvoa, mutta vaikuttaa siihen, saavutetaanko saostumiseen tarvittava ylikylläisyys – erityisesti hydroksidisaostuksessa, jossa pH säätelee hydroksidi-ionien pitoisuutta. Kaikki metallit osoittavat erilaista saostumiskäyttäytymistä hapetusluvustaan ja pH-olosuhteista riippuen (EPA 2000; Benalia, Youcef & Menasra, 2021).
pH:n merkitys metallien saostuksessa
Yleinen tapa saostaa metalleja on nostaa veden pH:ta emäksillä, kuten kalsium- tai natriumhydroksidilla. Tämä lisää liuokseen hydroksidi-ioneja (OH⁻), jotka vähentävät vetyionien määrää ja tekevät vedestä emäksisempää. Korkeassa pH:ssa monet metallit muodostavat huonosti liukenevia yhdisteitä hydroksidien kanssa ja saostuvat.
Kaikki metallit eivät kuitenkaan käyttäydy samalla tavalla, vaan jokaisella metallilla on oma optimaalinen pH-arvonsa, jossa se saostuu parhaiten. Osa metalleista liukenee uudelleen korkean pH:n seurauksena, muodostaen anionisia hydroksyylikomplekseja. Tämä liittyy niiden amfoteeriseen luonteeseen, eli kykyyn toimia sekä happoina että emäksinä. Esimerkiksi nikkeli ja alumiini esiintyvät usein samoissa jätevesissä, mutta niiden saostaminen vaatii erilaiset pH-olosuhteet. Alumiini saostuu matalammassa pH:ssa kuin nikkeli, jolloin nikkelin optimaalisen pH:n saavuttaminen voi johtaa alumiinin takaisinliukenemiseen (Lewis, 2010; Fu & Wang, 2011). Monimetallisissa jätevesissä tämä tekee saostuksesta erityisen haastavaa.
EPSE™ Menetelmä muodostaakin stabiilimpia yhdisteitä, eikä liian korkea pH-taso aiheuta takaisinliukenemista pH:n ylittäessä optimaalisen alueen. Tämä mahdollistaa useiden metallien samanaikaisen poistamisen yhdellä käsittelyvaiheella – myös silloin, kun perinteinen saostus epäonnistuu takaisinliukenemisen vuoksi. Lisäksi on erityisen haitallisia metalleja, kuten kromi(VI) ja arseeni(V), jotka eivät muodosta metallihydroksideja, jolloin pelkkä pH:n säätö ei riitä niiden saostamiseen (Mukhopadhyay et al. 2007; Smedley & Kinniburgh 2002).
Mitä onnistunut saostusprosessi edellyttää?
Kemiallisen saostuksen onnistumiseen vaikuttavat monet fysikaaliskemialliset tekijät, kuten lämpötila, ionivahvuus, sekoituksen tehokkuus ja reaktioaika. Monimetallisissa jätevesissä optimointi on erityisen vaativaa, sillä eri metallit voivat reagoida hyvin eri tavoin samoissa olosuhteissa. Siksi prosessi on suunniteltava huolellisesti niin, että olosuhteet tukevat haluttujen yhdisteiden muodostumista ja pysyvyyttä (Benalia, Youcef & Menasra, 2021).
Prosessia voivat lisäksi häiritä liuoksen ionikoostumus, epäpuhtaudet ja metallien väliset vuorovaikutukset, jotka vaikuttavat saostumisen tasapainoon. Esimerkiksi nikkeli, kupari ja sinkki muodostavat helposti pysyviä komplekseja orgaanisten yhdisteiden, kuten sitraatin, ammoniakin tai EDTA:n kanssa. Tällaisia kompleksinmuodostajia päätyy jätevesiin usein tietyistä teollisista prosesseista – esimerkiksi metallien pintakäsittelystä, galvanoinnista tai teollisista pesu- ja huuhteluvaiheista, joissa käytetään kelatoivia aineita liukoisuuden lisäämiseksi tai metallien hallitsemiseksi. Kun nämä yhdisteet ovat mukana jätevedessä, ne sitovat metalleja kompleksimuotoon ja estävät niiden reagoimisen hydroksidi-ionien kanssa, jolloin perinteinen hydroksidisaostus ei yksin riitä vaan kompleksit on usein hajotettava erikseen (Mullin, 2003; Vardhan, Kumar & Panda 2019; Kowalski n.d.). Prosessin onnistunut optimointi edellyttää muun muassa näiden ilmiöiden hallintaa ja metallien saostusreaktioiden erityispiirteiden ymmärtämistä.
EPSE™ Menetelmä metallien saostamisessa
EPSE™ Menetelmä pohjautuu kemiallisen saostuksen periaatteisiin, mutta se on suunniteltu erityisesti monimetallisten ja vaikeasti käsiteltävien jätevesien puhdistukseen. Menetelmä mahdollistaa metallien tehokkaan poistamisen myös silloin, kun ne esiintyvät kompleksimuodoissa tai haastavina seoksina – ilman riskiä takaisinliukenemisesta pH:n muuttuessa. EPSE-käsittely tuottaa stabiilin metallisakan, joka kestää pH-muutoksia ja vähentää uudelleenliukenemisen riskiä. Tämä tekee prosessista hallitun ja pitkäkestoisesti toimivan myös loppusijoituksessa.
Jokaiselle jätevesijakeelle kehitetään yksilöllinen resepti tutkimustiedon pohjalta, jota optimoidaan vaiheittain laboratoriosta pilotointiin – haasteet ratkaistaan aina uutta tietoa ja kokeiluja hyödyntäen.
Menetelmän tarkka optimointi pienentää kemikaalien kulutusta ja mahdollistaa resurssitehokkaat, räätälöidyt ratkaisut vaativaan jätevesikäsittelyyn. Tehokas käsittely on välttämätöntä, sillä liuenneet metallit ovat haitallisimmassa muodossaan juuri silloin, kun ne kulkeutuvat vapaasti vesistöihin. Ilman asianmukaista poistoa ne voivat aiheuttaa pitkäaikaisia ympäristövaikutuksia ja terveysriskejä.
Tämän artikkelin on kirjoittanut
Anette Anttonen
Laboratory Engineer
anette.anttonen(a)epse.fi
Seuraa meitä sosiaalisessa mediassa!
Lähteet esiintymisjärjestyksessä:
Lewis, A.E. 2010. Review of metal sulphide precipitation. Hydrometallurgy. 104 (2). Published online 2 September 2010. Available at: https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.06.010 (Accessed: 14 July 2025)
Mullin, J.W. 2003. Crystallization and Precipitation. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry (10). Access restricted. http://dx.doi.org/10.1002/14356007.b02_03 (Accessed: 29.12.2024)
EPA (Environmental Protection Agency). 2000. Wastewater Technology Fact Sheet. Chemical Precipitation. Available at: https://www3.epa.gov/npdes/pubs/chemical_precipitation.pdf (Accessed: 14 July 2025)
Blais, J.-F., Djedidi, Z., Ben Cheikh, R., Tyagi, R. D., & Mercier, G. 2008. Metals Precipitation from Effluents: Review. Practice Periodical of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste Management 12(3). Access restricted. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-025X(2008)12:3(135) (Accessed: 3.1.2025)
Benalia, M., Youcef, L., Bouaziz, M., Achour, S. & Menasra, H. 2021. Removal of Heavy Metals from Industrial Wastewater by Chemical Precipitation: Mechanisms and Sludge Characterization. Arab J Sci Eng. 47. Access restricted. https://doi.org/10.1007/s13369-021-05525-7 (Accessed: 9 May 2025)
Fu, F. & Wang, Q. 2011. Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review, Journal of Environmental Management 92 (3). Access restricted. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.11.011 (Accessed: 3.1.2025.)
Mukhopadhyay, B., Sundquist, J. & Klaas, B. 2000. Chromium(VI) removal from groundwater by granular activated carbon. Journal of Hazardous Materials, 129(1–3). Access restricted. http://dx.doi.org/10.2175/106143000X137086
Smedley, P. L. & Kinniburgh, D.G. 2002. A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters. Applied Geochemistry. 17(5). Access restricted. https://doi.org/10.1016/S0883-2927(02)00018-5
Vardhan, K., Kumar, P. & Panda, R. 2019. A review on heavy metal pollution, toxicity and remedial measures: Current trends and future perspectives. Journal of Molecular Liquids. 290. Published online 15 september 2019. Access restricted. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111197 (Accessed: 14 July 2025)
Kowalski, A. n.d. Metals removal to low levels using chemical precipitants. Presented at the AESF/EPA Conference for Environmental Considerations in Electroplating and Metal Finishing, Orlando, FL. Available at: https://sterc.org/pdf/awk02/awk02l02.pdf (Accessed: 14 July 2025)
Kuvat:
Anna Kivimäki. 2024. Veden purkulinja luontoon.
Alison Emslie Lewis. Review of metal sulphide precipitation. Hydrometallurgy, Volume 104, Issue 2,
2010, Pages 222-234, ISSN 0304-386X, https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.06.010 (Accessed: 2 September 2025)