Maailman kasvava vesipula, väestönkasvu ja ilmastonmuutoksen aiheuttama kuivuus ovat pakottaneet keksimään uusia tapoja valmistaa juomakelpoista vettä. Merivettä on paljon ja lähes jokaisen saatavilla, mutta se ei sovellu sellaisenaan juotavaksi, johtuen korkeasta ominaissuolapitoisuudesta. Suolanpoisto on ratkaisu, mutta siinä tulevat vastaan ympäristöä ja kustannuksia koskevat haasteet. Näiden haasteiden lisäksi puhdistetun meriveden on täytettävä talousvedelle asetetut laatuvaatimukset ja laatusuositukset.
Kirjoittajat: Satu Kunnas, Annakaisa Juutilainen & Sakari Halmemies
Mitä suolanpoisto on ja tulee olemaan?
Suolaa voidaan poistaa sekä isommissa suolanpoistolaitoksissa että pienemmissä kotitalouksiin tulevissa puhdistuslaitteistoissa. Suolanpoisto laitoksissa on nykyisellään kallista, mutta muutokset ilmastossa ja väestönkasvussa ovat kasvattaneet juomavesituotannon kiinnostusta puhtaan juomaveden tuottamiseen meriveden avulla. Kiinnostuksen lisääntymiseen on vaikuttanut myös kehitys käänteisosmoositeknologiassa. Kehityksen myötä suolanpoistetun veden kustannukset ovat laskeneet ja energiankäyttö on vähentynyt 80 prosentilla viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana (Voutchkov 2016). Maailman juomavedestä yksi prosentti katetaan suolanpoistetulla merivedellä (Ylänen 2012, 29) ja nykyään suolanpoistolaitoksilla tuotetaankin jopa 87 miljoonaa m3/vrk juomakelpoista vettä (Waterworld 2016).
Talousveden laatuvaatimukset ja laatusuositukset määrittävät raja-arvojen avulla, millaista juomakelpoisen veden on oltava. Talousvedellä tarkoitetaan ”juomavettä sekä elintarvikkeiden tuotannon, valmistuksen, jalostuksen, säilyttämisen tai kaupanpidon yhteydessä käytettävää vettä” (Terveydensuojelulaki 763/1994, 16§).
Tulevaisuudessa suolapoistetun veden osuuden odotetaan yhä kasvavan ja siitä tulee todennäköisesti yksi varteenotettava kilpailija juomavesituotannossa. Uusia suolanpoistoteknologioita ja kehittyviä välineistöjä julkaistaan muutaman vuoden välein, ja suolanpoiston kustannusten odotetaan laskevan 20 prosenttia seuraavan viiden vuoden aikana ja 60 prosenttia seuraavan kahdenkymmenen vuoden aikana. (Voutchkov 2016.)
Suolanpoiston menetelmät ja vaikutukset ympäristöön
Suolanpoistoon käytetyimpiä menetelmiä ovat kalvo- ja kuumennustekniikka sekä näiden yhdistelmät, jotka ovat hyvin energiaintensiivisiä, ja niitä kehitetäänkin jatkuvasti vähemmän energiaa kuluttaviksi (Waterworld 2016). Lisäksi kehityksen alla on grafeeni. Grafeeni on ohut, vain yhden hiiliatomin paksuinen hiilikalvo, joka on maailman ohuin ja samalla maailman kestävin materiaali. Sillä saadaan 500 kertaa ohuempia kalvoja, kuin mitä käänteisosmoositekniikassa on käytössä. Ympäristöystävällisemmän vaihtoehdon siitä tekee se, kun ohuempien kalvojen myötä tarvittava paine pienenee ja prosessi kuluttaa vähemmän energiaa. (Hamilo 2013.)
Prosessi suolanpoistolaitoksissa kuluttaa paljon energiaa. Jos prosessissa käytetään lähteenä fossiilia polttoaineita, aiheutuu siitä ilmakehään joutuvia kasvihuonekaasuja. Meriveden sisäänottoaukon kohdalla oleva liian kova virtaus voi aiheuttaa eliöiden kuolemaa, kun ne joutuvat kiinni sisäänottoaukkoon. Suolanpoistoprosessissa käytetään puhdistuskemikaaleja ja ulosvirtauksen mukana näitä voi joutua mereen. Voimakas suolaliuos voi myös aiheuttaa meren tasapainon horjumista ja sen myötä vahinkoa meren populaatiolle. Suolanpoistolaitoksesta voi myös aiheutua meluhaittaa, johtuen korkeapainepumpusta ja talteenottoturbiinista. (Danoun 2007, 20; Hietanen 2016, 11.)
Puhdistusmenetelmät testiin
Juutilaisen & Kunnaksen (2017) opinnäytetyössä tutkittiin meriveden muuttamista juomakelpoiseksi. Opinnäytetyön tutkimus oli empiirinen ja se toteutettiin Niemen kampuksen laboratoriossa. Pienimuotoisessa tutkimuksessa testattiin kahta eri puhdistusmenetelmää. Testeillä haluttiin nähdä miten puhdistusmenetelmät toimivat kotioloissa. Ensimmäiseksi testattiin perinteisesti käytössä olevaa hiekkasuodatusta, joka viimeisteltiin aktiivihiilellä. Toisessa testissä käytettiin kuivattuja banaaninkuoria, joilla haluttiin poistaa merivedestä rautaa. Tämä testi sai alkunsa brasilialaisten tutkijoiden 16. helmikuuta 2011 julkaisemasta artikkelista, jossa kerrottiin banaaninkuorien poistavan jokivedestä myrkyllisiä raskasmetalleja, kuparia ja lyijyä (Castro et al. 2011).
Hiekkasuodatuksessa käytettiin 1,5 litran muovipulloa, johon laitettiin kerroksittain lasivillaa, aktiivihiiltä ja puhdistettua suodatinhiekkaa raekoolla 2 mm (kuva 1). Raakavesi laskettiin tämän pullon läpi ja lopputuloksena oli kirkasta vettä.
Kuva 1. Hiekkasuodatin ja vesi sekä ennen että jälkeen suodatuksen (Annakaisa Juutilainen)
Banaaninkuorissa oli enemmän alkuvalmisteluja. Pieneksi pilkotut (1 cm2) banaaninkuoret kuivattiin lämpökaapissa 3 vuorokautta 105 asteessa. Kuivauksen jälkeen ne jauhettiin morttelilla ja seulottiin raekokoon 0,5 mm. Seulomisen jälkeen jauhe laitettiin kolmeen litran vetoiseen korkilla varustettuun muovipulloon ja pidettiin ravistimessa tasan tunti. Ravistuksen jälkeen seos suodatettiin kahvisuodatinpussien avulla. Lopputuloksena vesi oli oranssinkeltaista (kuva 2) ja siinä oli voimakas banaanimainen haju.
Kuva 2. Vesi ravistelun jälkeen (Annakaisa Juutilainen)
Johtopäätökset
Taulukossa 1 on nähtävillä alkutilanne ennen puhdistusten aloittamista sekä puhdistusmenetelmien tulokset.
Taulukko 1. Merivesi = alkutilanne, Hiekka = hiekkasuodatuksen jälkeen, Banaani = ravistimen jälkeen
Tuloksista huomattiin, että hiekkasuodatus poistaa sekä rautaa että bakteereja, mutta bakteerien poisto ei ole tarpeeksi tehokasta, jotta vesi täyttäisi talousveden laatuvaatimukset ja laatusuositukset. Banaaninkuoret laskivat pH:n hyvin happamaksi, joten jo sen vuoksi se ei ole juomakelpoista. Muut arvot kasvoivat ja todennäköisesti raudan kohdalla banaaninkuoret lisäsivät itsessään veden rautapitoisuutta. (Juutilainen & Kunnas 2017.)
Opinnäytetyön tutkimustulosten sekä niiden analysoinnin pohjalta voidaan todeta, etteivät käytetyt tekniikat yksinään sovi meriveden puhdistamiseen. Yksi huomionarvoinen seikka todettiin jauhettujen banaaninkuorien käsittelyssä. Materiaali on hyvin tiivistä eikä päästä vettä läpi. Tätä ominaisuutta saattaisi voida hyödyntää esimerkiksi paikkausmateriaaleissa. (Juutilainen & Kunnas 2017.)
Kalvotekniikka mullistaa juomavesien valmistuksen
Viime vuosina on tehnyt monia merkittäviä innovaatioita kalvotekniikan alalla. Markkinoilla olevista laitteista löytyy myös tavalliseen kotitalouteen soveltuvia malleja. Esimerkkinä mainittakoon Biolan markkinoima vedenpuhdistuslaite (kuva 3), jonka sanotaan poistavan epäpuhtaudet alle yhden prosentin suolapitoisesta järvi-, meri- ja kaivovedestä. Kalvosuodatuksessa vedestä voidaan poistaa maaperästä veteen liuenneita mineraaleja kuten nikkelin ja fluoria, mutta myös suolaa, rautaa, bakteereita, viruksia ja lääkejäämiä. Puhdistuskapasiteetti on 100 l/h ja se vaatii energiaa vain n. 0,5 kWh. (Uusimaa 2015)
Kuva 3. AquaThor-vedenpuhdistuslaite (Rakentajat.fi 2015)
Energianlähteen vaihdosta liikkeelle
Merivesi on varteenotettava vaihtoehto juomavesituotannossa, mutta siihen liittyvissä prosesseissa riittää vielä työsarkaa. Energiankulutus on suolanpoistoprosesseissa suurta ja tällä hetkellä energia tulee pääosin vielä fossiilisista polttoaineista. Energianlähteen muuttaminen uusiutuviin olisi tärkeää. On olennaista, että kehityksessä otetaan huomioon ympäristövaikutukset ja toimitaan niin, ettei ympäristö joudu kärsimään. Juutilaisen & Kunnaksen (2017) opinnäytetyön avulla siihen voi saada uusia ajatuksia, joita lähteä kehittämään eteenpäin.
Lähteet
Castro, R.S.D., Caetano, L., Ferreira, G., Padilha, P.M., Saeki, M.J., Zara, L.F., Martines, M.A.U. & Castro, G.R. 2011. Banana Peel Applied to the Solid Phase Extraction of Copper and Lead from River Water: Preconcentration of metal ions with a fruit waste. Brasilia : Industrial & Engineering Chemimistry Research. [Verkkolehti]. Vol. 50 (6), 3446–3451. [Viitattu 14.12.2017] Saatavissa: http://dx.doi.org/10.1021/ie101499e
Danoun, R. 2007. Desalination Plants: Potential impacts of brine discharge on marine life. [Verkkodokumentti]. Sydney: University of Sydney, The Ocean Technology Group. Final project 5.6.2017. [Viitattu 14.12.2017]. Saatavissa: http://cdn.waleedzubari.com/envi%20impact%20of%20desalination/Desalination%20Plants.pdf
Hamilo, M. 2013. Grafeenilla saadaan suola pois merivedestä. Suomen kuvalehti [Verkkolehti]. 21.7.2013. [Viitattu 6.11.2017]. Saatavissa: https://suomenkuvalehti.fi/jutut/ulkomaat/grafeenilla-saadaan-suola-pois-merivedesta/
Hietanen, J. 2016. Environmental impacts of desalination technologies. [Verkkodokumentti]. Bachelor of engineering thesis. Helsinki : Metropolia University of Applied Sciences, Chemical engineering. [Viitattu 14.12.2017]. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016053010839
Juutilainen, A. & Kunnas, S. 2017. Juomakelpoista merivettä: Teoriassa ja käytännössä. [Verkkodokumentti]. Lahti: Lahden ammattikorkeakoulu, Energia ja ympäristötekniikka. [Viitattu 14.12.2017]. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2017121220865
Rakentajat.fi. 2015. Puhdasta juomavettä kaivosta, järvestä – tai vaikka merestä! 28.1.2015. [Viitattu 14.12.2017]. Saatavissa: https://www.rakentaja.fi/artikkelit/12373/aquathor_puhdasta_juomavetta.htm
Terveydensuojelulaki 763/1994, 16 § 1994. Finlex [Viitattu 14.12.2017]. Saatavissa: http://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/1994/19940763?search%5Btype%5D=pika&search%5Bpika%5D=763%2F1994%20talousvesi#Pidp450930112
Uusimaa. 2015. Merivedestä juotavaa – uusi innovaatio päästää kalvosuodattimesta vain vesimolekyylin. Uusimaa [Verkkolehti] 31.1.2015. [Viitattu 14.12.2017]. Saatavissa: https://www.uusimaa.fi/artikkeli/263451-merivedesta-juotavaa-uusi-innovaatio-paastaa-kalvosuodattimesta-vain-vesimolekyylin
Voutchkov, N. 2016. Desalination – Past, Present and Future. International Water Association. [Viitattu 14.12.2017]. Saatavissa: http://www.iwa-network.org/desalination-past-present-future/
Waterworld. 2016. Desalination and water reuse markets continue to recover. Water and Wastewater International [Verkkolehti]. 4.11.2016. [Viitattu 21.11.2017]. Saatavissa: http://www.waterworld.com/articles/wwi/2016/11/desalination-and-water-reuse-markets-continue-to-recover.html
Kirjoittajat
Satu Kunnas ja Annakaisa Juutilainen ovat opiskelleet Lahden ammattikorkeakoulussa ympäristöteknologian koulutusohjelmassa ja valmistuvat insinööreiksi, Satu joulukuussa 2017 ja Annakaisa myöhemmin keväällä 2018.
TkT Sakari Halmemies toimii Lahden ammattikorkeakoulun tekniikan alalla energia- ja ympäristötekniikan koulutusvastuussa yliopettajana.
Julkaistu 8.1.2018
Artikkelikuva: https://pixabay.com/en/sea-ocean-water-waves-nature-blue-2596588/ (CC0)
Viittausohje
Kunnas, S., Juutilainen, A. & Halmemies, S. 2017. Merivesi – hukkaan heitettyä juomavettä? LAMK Pro. [Verkkolehti]. [Viitattu pvm]. Saatavissa: http://www.lamkpub.fi/2018/01/08/merivesi-hukkaan-heitettya-juomavetta
