Emäksen vaikutus saostumisen kulkuun
Kemiallisessa saostuksessa pH:n säätö nähdään usein yksinkertaisena teknisenä vaiheena. Käytännössä saostuksen lopputulos ei kuitenkaan määräydy pelkän pH-arvon perusteella, vaan siitä, miten pH saavutetaan ja millaisessa kemiallisessa ympäristössä reaktiot tapahtuvat.
Teollisuusjätevesien koostumus vaihtelee merkittävästi, mikä muuttaa saostusreaktioiden kulkua ja siten myös optimaalista emäsvalintaa. Sama pH tai käytetty emäs ei johda samaan lopputulokseen eri jätevesijakeissa.
Emäsvalinta vaikuttaa samanaikaisesti reaktionopeuteen, ylikyllästymiseen ja siihen, millainen kiinteä faasi muodostuu (Lewis 2017; Schikarski et al. 2022; Furcas et al. 2024). Natriumhydroksidi nostaa pH:n nopeasti, kalsiumhydroksidi liukenee rajoitetusti ja reagoi hitaammin, ja magnesiumhydroksidi toimii puskurimaisemmin. Nämä erot näkyvät suoraan saostumisen kulussa. Esimerkiksi nopea pH:n nousu voi aiheuttaa paikallisia piikkejä ennen sekoittumista, mikä johtaa hienojakoisen sakan muodostumiseen, kun taas hitaampi reaktio voi tuottaa karkeampaa ja paremmin laskeutuvaa kiintoainetta (Lewis 2017).
Emäksen mukana tulevat ionit eivät ole vaikutuksettomia
Emäksen mukana liuokseen tulevilla ioneilla on myös merkittävä vaikutus koko järjestelmään (Fu & Wang 2011). Natrium ei yleensä osallistu suoraan saostusreaktioihin, kun taas kalsium ja magnesium voivat osallistua. Mukana tulevat ionit vaikuttavat sakan määrään ja rakenteeseen sekä koko kemiallisen järjestelmän tasapainoon. Lisäksi liuoksen ionivahvuus ja ionikoostumus ohjaavat kemiallista tasapainoa ja saostumisreaktioita (Benjamin 2002, 25–27; Lin et al. 2005).
Samalla emäsvalinta vaikuttaa liuenneiden suolojen määrään. Käytännössä kemiallisissa käsittelyissä pyritään usein hyödyntämään jätevedessä jo valmiiksi esiintyviä pääioneja, jolloin järjestelmään ei tuoda tarpeettomasti uusia ionikomponentteja. Esimerkiksi natriumhydroksidin käyttö lisää Na+ -ioneja, jotka tyypillisesti jäävät veteen ja kasvattavat johtokykyä. Korkea suolapitoisuus voi rajoittaa veden kierrätettävyyttä ja lisätä jatkokäsittelyn tarvetta (Lv et al. 2024).
Metallien poistaminen ei yksin riitä, jos samalla kasvatetaan suolakuormaa. Tämä voi näkyä käytännössä kierrätysveden laadun heikkenemisenä ja mm. korroosion lisääntymisenä sekä kertymien muodostumisena.
Käytännössä valinta on kompromissi
Käytännössä emäsvalinta ei kuitenkaan perustu pelkästään kemiaan. Kemiallisesti paras ratkaisu ei ole aina käytännössä paras, vaan valinta tehdään kokonaisuuden perusteella. Teollisuudessa kalkki on usein ensisijainen valinta sen alhaisen hinnan, hyvän saatavuuden ja soveltuvuuden vuoksi (EPA 2000; Fu & Wang 2011). Joissakin tapauksissa optimaalinen ratkaisu ei ole yksittäinen emäs, vaan niiden yhdistelmä. Vaiheistettuja ratkaisuja käytetään vain, kun niille on selkeä kemiallinen perustelu ja prosessihyöty.
Teollisessa mittakaavassa emäsvalinnan merkitys korostuu, kun tarkastellaan koko materiaalivirtaa eikä pelkästään veden puhdistusta. Tällaisessa ympäristössä emäsvalinta vaikuttaa suoraan siihen, kasvatetaanko järjestelmän kokonaiskuormaa. Valinnalla on vaikutusta paitsi syntyvän sakan määrään ja laatuun, myös siihen, voidaanko metalleja talteenottaa tai vesi kierrättää tehokkaasti takaisin prosessiin. Emäsvalinta ei siis ole pelkkä kemiallinen optimointikysymys, vaan osa koko prosessin materiaalikierron hallintaa.
Laskenta ei riitä, tarvitaan kokeellista tietoa
Edellä kuvatut ilmiöt eivät ole luotettavasti ennustettavissa pelkän laskennan perusteella. Monimutkainen matriisi, puskurijärjestelmät ja samanaikaiset reaktiot vaikuttavat siihen, kuinka paljon kutakin emästä todellisuudessa tarvitaan. Tämän vuoksi kemikaalikulutus ja käsittelyn toimivuus on varmistettava kokeellisesti. (Barakat 2010; Fu & Wang 2011; Benalia et al. 2021; EPA 2000).
EPSE Lab PoC -prosessissa emäsvalinta perustuu mitattuun tietoon ja kokeellisiin havaintoihin. Reseptin kehittäminen alkaa näytteen analysoinnilla, minkä jälkeen testataan nykyisen emäksen toimivuutta ja vertaillaan tarvittaessa vaihtoehtoja. Usein lähtökohtana on asiakkaan jo käyttämä emäs, tyypillisimmin kalkki. Tavoitteena ei ole muuttaa prosessia tarpeettomasti, vaan varmistaa, että valittu ratkaisu vastaa jäteveden todellista kemiaa ja asiakkaan tavoitteita.
Tavoitteena ei ole muuttaa prosessia tarpeettomasti, vaan varmistaa, että valittu ratkaisu vastaa jäteveden todellista kemiaa ja asiakkaan tavoitteita.
Laboratoriotutkimuksessa havaitaan usein, että emästä lisätään moninkertainen määrä todelliseen tarpeeseen nähden. Esimerkiksi ylimäärin lisätty kalkki lisää kemikaalikustannuksia, kasvattaa lietemäärää, heikentää pH:n hallintaa ja vaikeuttaa prosessin hallintaa. Lisäksi laitteistojen kuluminen ja huoltotarve lisääntyvät, mikä heikentää prosessin taloudellisuutta ja ympäristöystävällisyyttä. Kun käsittelyolosuhteet optimoidaan, emäksen kulutusta voidaan vähentää merkittävästi samalla, kun prosessin hallittavuus ja lopputuotteen tasalaatuisuus paranevat.
Lopuksi
Emäsvalintaan vaikuttaa myös se, mitä jätevedenkäsittelyssä muodostuvalle kiinteälle faasille halutaan tehdä. Jos sakka käsitellään jätteenä, korostuu sen määrä, käsiteltävyys, liukoisuus ja erotettavuus. EPSE™ Menetelmässä muodostuva sakka täyttää tyypillisesti pysyvän jätteen kriteerit, mikä mahdollistaa sen turvallisen loppusijoittamisen esimerkiksi kaatopaikalle standardin EN 12457-2 mukaisen liukoisuustestauksen perusteella.
Jos tavoitteena on metallien talteenotto, ratkaisevia ovat sakan koostumus, puhtaus ja rakenne.
Lue lisää EPSE-sakan ominaisuuksista ja arvioinnista sekä metallien talteenoton mahdollisuuksista!
Emäsvalinta ei ole yksittäinen tekninen päätös, vaan osa kokonaisuutta, jossa kemia, käytännön reunaehdot ja tavoitteet yhdistyvät. Parhaat ratkaisut eivät synny oletuksista tai ideaalilaskelmista, vaan mitatusta tiedosta, kokeellisesta työstä ja kokonaisuuden ymmärtämisestä.
Saman jakeen sama pH-taso eri emäksillä voi johtaa hyvin erilaiseen saostumiseen ja laskeutumiseen. Kuvassa EPSE-käsiteltyjen näytteiden pH:n säätö on tehty joko NaOH:lla (ylärivi) tai Ca(OH)₂:lla (alarivi), ja niissä on esitetty sakan laskeutuminen 1,5 ja 15 minuutin kohdalla.
Tämän artikkelin on kirjoittanut:
Anette Anttonen
Laboratory Engineer
anette.anttonen(a)epse.fi
Follow EPSE in social media!
Lähteet esiintymisjärjestyksessä:
Lewis, A. (2017). Precipitation of Heavy Metals. In: Rene, E., Sahinkaya, E., Lewis, A., Lens, P. (eds) Sustainable Heavy Metal Remediation. Environmental Chemistry for a Sustainable World. Volume 8. Springer, Cham. Access restricted. https://doi-org.libproxy.tuni.fi/10.1007/978-3-319-58622-9_4 Accessed 10.4.2026 Accessed 10.4.2026
Schikarski, T., Avila, M., Trzenschiok, H., Güldenpfennig, A. & Peukert, W. (2022) Quantitative modeling of precipitation processes. Chemical Engineering Journal. Volume 444. Access restricted. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136195. Accessed 10.4.2026.
Furcas, F.E., Mundra, S., Lothenbach, B. & Angst, U. (2024). Speciation Controls the Kinetics of Iron Hydroxide Precipitation and Transformation at Alkaline pH. Environmental Science & Technology, 58(44). https://doi.org/10.1021/acs.est.4c06818. Accessed 10.4.2026
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 10.4.2026
Benjamin, M.M. (2002). Water Chemistry. McGraw-Hill Series in Water Resources and Environmental Engineering. Boston: McGraw-Hill.
EPA (Environmental Protection Agency). (2000). Wastewater Technology Fact Sheet. Chemical Precipitation. https://www3.epa.gov/npdes/pubs/chemical_precipitation.pdf Accessed 10.4.2026
Lv, Y., Wang, Y., Zhang, D., Wu, C., Zhang, J., Zhao, Z., Nabi, M., Luo, X., & Xiao, K. (2024). A Mini-Review on Safe Treatment and Valorization of Salt Waste in Chemical Production Processes in China. Water, 16(11), 1620. https://doi.org/10.3390/w16111620 Accessed 10.4.2026
Benalia, M.C., Youcef, L., Bouaziz, M.G. 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.libproxy.tuni.fi/10.1007/s13369-021-05525-7. Accessed 10.4.2026.
Barakat, M-A. (2010). New trends in removing heavy metals from industrial wastewater. Arabian Journal of Chemistry 4(4). http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2010.07.019. Accessed 10.4.2026.