Puhdas makea vesi on yksi elämän perusedellytyksistä, mutta sen saatavuus heikkenee jatkuvasti ilmastonmuutoksen ja kasvavan kulutuksen myötä. Erilaisten suolanpoistoteknologioiden avulla vettä voidaan kierrättää ja puhtaan veden saatavuus turvata ympäristöystävällisesti.
Yksi suolanpoistoteknologioista on käänteisosmoosi. Käänteisosmoosissa vesi virtaa suolanpoisto- eli membraanikalvoista rakentuvan moduulin läpi, jolloin suola ja muut molekyylit jäävät kalvon toiselle puolelle ja puhdasta vettä saadaan talteen.
Suodatusprosessin aikana membraanit likaantuvat, kun niihin kertyy epäpuhtauksia, kuten mineraaleja, bakteereja ja orgaanisia aineita. Likaantuminen vähentää membraanin tehokkuutta ja estää veden virtaamista kalvon läpi. Lopulta membraanisuodattimista syntyy valtava määrä jätettä, kun ne poistetaan käytöstä ja viedään kaatopaikalle tai poltettaviksi. Siksi LUT-yliopistossa tutkitaan, miten membraaneille voidaan antaa uusi elämä.
”Käytöstä poistetuista membraaneista syntyy ympäristölle valtava kuormitus, sillä membraanimoduuleja jää vuosittain jätteeksi noin kaksi miljoonaa”, kertoo membraaniteknologian professori Mika Mänttäri LUT-yliopistolta.
Membraaneille uusi elämä puhdistamalla ja pinnoittamalla
Jotta membraanien elinkaarta voidaan pidentää, LUTin tutkijat ovat kehittäneet uusia tekniikoita kalvojen pinnan puhdistamiseen ja uudelleenaktivointiin. Tämä vähentää suolanpoistolaitoksissa syntyvän jätteen määrää ja säästää samalla resursseja, kun uusia membraaneja ei tarvitse valmistaa yhtä usein.
Puhdistusprosessissa membraanin pinnalle kertynyt likakerros pestään kemiallisesti pois tai se pilkotaan hapettamalla. Tämä kuitenkin rikkoo myös kalvon tiiviin pintakerroksen heikentäen sen erotuskykyä ja kierrätettävyyttä huomattavasti.
LUTissa tutkittava ratkaisu perustuu uudelleenpinnoitukseen. Siinä uusi pintakerros luodaan kerrostamalla vuorotellen positiivisesti ja negatiivisesti varautunutta polymeerisistä yhdistettä eli polyelektrolyyttiä voimakkaasti varautuneelle kalvopinnalle. Eri tavoin varautuneet polymeeriset yhdisteet vuorottelevat kerros kerrokselta, kunnes kalvo saavuttaa halutun tiiviyden ja erotuskyvyn.
”Suolanpoistossa membraanin pinnan pitää olla erittäin tiivis, mikä on todella haastavaa saavuttaa uudelleen pinnoittamalla. Puhdistusprosessissa membraanit voidaan kuitenkin pinnoittaa löysemmin, jolloin ne soveltuvat hyvin paperi-, elintarvike- ja lääketeollisuuden tarpeisiin, jäteveden puhdistukseen sekä pehmentävät juomavettä poistamalla siitä kalkkia”, Mänttäri sanoo.
LUTin tutkimukset osoittavat, että kierrätetyt membraanit tarjoavat varteenotettavan vaihtoehdon kaupallisiin membraaneihin verrattuna. Testeissä pinnoitetut membraanit pystyivät läpäisemään jopa 100 prosenttia enemmän vettä kuin kaupalliset membraanit säilyttäen yhä saman erotuskyvyn.
Membraanien puhdistamisen lisäksi LUT tutkii myös mahdollisuuksia membraanimoduulien uusiokäyttöön ilman, että membraaneja täytyy poistaa tai avata puhdistusta varten. Näin koko moduuli voi säilyttää toimintakykynsä pidempään.
”Jotta membraaneja voidaan kierrättää isossa mittakaavassa, niitä tulee voida pinnoittaa moduuleina. Tällaiset ratkaisut pidentävät moduulien käyttöikää ja vähentävät syntyvän jätteen määrää entisestään”, Mänttäri avaa.
Tilaa Curious People -uutiskirje
Kokonaisvaltainen ratkaisu jätevesien kasvavaan puhdistustarpeeseen
EU julkaisi vuonna 2024 uuden yhdyskuntajätevesidirektiivin, joka velvoittaa lääkkeiden ja kosmetiikan valmistajat maksamaan siitä, että myrkylliset mikroepäpuhtaudet poistetaan yhdyskuntien jätevesistä. Mänttärin mukaan kierrätettyjen membraanien käyttö voi tarjota direktiivin käytännön toteutukseen toimivan ratkaisun.
”Lääkeaineita voidaan poistaa vesistä hapettamalla, mutta se ei tehoa esimerkiksi fosforiin. Membraanisuodatus on kokonaisvaltainen ratkaisu, sillä se poistaa vedestä käytännössä kaiken”, hän lisää.
Ratkaisut pidentävät käyttöikää ja vähentävät syntyvän jätteen määrää.
LUTin ainutlaatuinen membraanikalvojen kierrätystutkimus on herättänyt myös kansainvälistä kiinnostusta, ja esimerkiksi University of Twente on ilmaissut kiinnostusta yhteistyöhön. Mänttäri onkin sitä mieltä, että membraanisuodatukselle on vielä paljon uusia, selvittämättömiä mahdollisuuksia.
“Toistaiseksi membraanien uudelleenpinnoituksessa on tutkittu vain muutamia polyelektrolyyttipareja, vaikka erilaisten yhdistelmien käytössä on valtavasti mahdollisuuksia. Myös kysymys käytettyjen membraanien kierrätyksestä on yhä avoin. Nämä asiat vaativat lisää tutkimusta ja pitkäaikaisia kokeita”, hän pohtii.
Lisätietoja:
