Effectiveness of biopolymer coagulants in agricultural wastewater treatment at two contrasting levels of pollution

Agricultural diffuse pollution is a major environmental problem causing eutrophication of water bodies. Despite the problem is widely acknowledged, there has been relatively few major advances in mitigating the problem. We studied the effectiveness of biopolymer-based (tannin, starch, chitosan) natural coagulants/flocculants in treatment of two different agricultural wastewaters that differed in their level of phosphorus pollution and turbidity. We used jar-tests to test the effectiveness of the biopolymer coagulants in reducing water turbidity, total phosphorus, and total organic carbon (TOC) from the wastewaters. In more polluted water (total phosphorus: 300 µg/L, turbidity: 130 FNU, TOC: 30 mg/L), all tested biopolymers performed well. The best reductions for different biopolymer coagulants were 64–95%, 80–98% and 14–27%, for total phosphorus, turbidity and TOC, respectively. Tannin and chitosan coagulants performed the best at doses of 5–10 mL/L, whereas starch coagulants had the best performance at 1–2 mL/L doses. Tannin and chitosan coagulants performed clearly better than the starch coagulants. In less polluted water (total phosphorus: 74 µg/L, turbidity: 3.9 FNU, TOC: 21 mg/L), chitosan and starch coagulants did not produce flocs at any of the tested doses. Tannin coagulant performed the best at doses of 5–8 mL/L, where reductions were 70%, 82%, and 22%, for total phosphorus, turbidity and TOC, respectively. The great reductions of phosphorus and turbidity suggests that biopolymer coagulants could be applied in treatment of agricultural water pollution. The high phosphorus retention in the biodegradable biopolymer sludge suggests that the sludge can be readily used as a phosphorus fertilizer, which would aid the recycling of nutrients

Kenttämittausvertailu 11/2014 - Luonnonvesien happi, lämpötila, pH, sähkönjohtavuus ja sameus

Proftest SYKE järjesti lokakuussa 2014 vesistöjen kenttämittausvertailun, jossa testattavina suureina olivat veden happipitoisuus, lämpötila, pH, sameus ja sähkönjohtavuus Oulunjoessa. Vertailumittaukseen osallistui 9 toimijaa ja 16 mittaria. Hyväksyttäviä tuloksia vertailumittauksessa oli 88 %, kun sallittiin 5-10 % poikkeama asetetusta vertailuarvosta. Vuonna 2013 Keravan joessa järjestetyssä vertailumittauksessa hyväksyttäviä tuloksia oli 82 % ja kesällä 2014 järjestetyssä 91 %. Vertailumittaus osoittaa, että kenttämittareilla saadaan luotettavaa ja toistettavaa tulosta, kun laadunvarmistustoimenpiteet on suoritettu riittävän huolellisesti. Kenttämittarit oli kalibroitu valmistajan ohjeiden mukaisesti. Lisäksi useimmilla toimijoilla oli hyviä laadunvarmistuskäytäntöjä. Usein mittareille oli määritelty vastuuhenkilö, mutta perehdytykseen ja mittareiden oikeaoppiseen käyttöön sekä antureiden toimintaperiaatteisiin tulisi kiinnittää entistä enemmän huomiota. Mittausepävarmuuksia ei mittareille ollut laskettu. Kenttämittareiden tuottamien tulosten luotettava laadunvarmistus on välttämätöntä ennen kuin mittareita voidaan laajemmin hyödyntää esimerkiksi ympäristön tilan seurannassa. Mittausepävarmuuden tunteminen on avainasemassa tulosten käyttökelpoisuuden kannalta. Kenttämittareiden tulosten mittausepävarmuuden arviointiin tarvitaan ohjeistusta. Hyödyllistä tietoa siihen saadaan laadunvarmistustoimenpiteiden säännöllisestä seurannasta

Geopolymers as active capping materials for in situ remediation of metal (loid)-contaminated lake sediments

Highlights • Geopolymers are novel active capping materials for contaminated sediments. • Metal(loid) bioavailability decreased compared to unamented sediment. • Slag-based geopolymer was more effective than metakaolin geopolymer or vermiculite. • The overall best material, alkali-activated slag, was suitable for Al, Cu, Fe and Ni. • Metakaolin geopolymer was suitable for Cu, Cr, and Fe and vermiculite for Al and Zn.Metal(loid) contamination in sediments is a widespread environmental issue. Sediments act normally as metal(loid) sinks, but if chemical conditions (such as pH or redox potential) change, they can become sources of secondary pollution. Consequently, various strategies for both in and ex situ remediation of contaminated sediments have been developed. One promising method is active capping, which involves the injection of adsorbents as a layer on the sediment surface or the mixing of adsorbents within the sediment. Adsorbents decrease the bioavailability of metal(loid)s. In the present work, the suitability of alkali-activated blast-furnace-slag, metakaolin geopolymer, and exfoliated vermiculite were evaluated for in situ stabilization of two metal(loid)-contaminated lake sediments through laboratory-scale experiments. The results indicated that adsorbent amendments had metal(loid)-specific performance: alkali-activated blast-furnace slag was suitable for Al, Cu, Fe, and Ni; metakaolin geopolymer for Cu, Cr (total), and Fe; and vermiculite for Al and Zn. None of the materials could stabilize Ba, Sr, or Ti. Furthermore, the amendments performed differently in two different lake sediments, implying that the effectiveness of the amendments needs to be confirmed on a case-by-case basis

Turvetuotannon vesistökuormituksen ennakointi ja uudet hallintamenetelmät

Turvetta nostetaan Suomessa vuosittain n. 25 miljoonaa kuutiometriä, josta energiaturpeen osuus on n. 23 milj. kuutiometriä. Suomessa tuotetaankin yli 50 % maailman energiaturpeesta. Turpeen noston aiheuttamat muutokset valunnassa ja biogeokemiallisissa prosesseissa johtavat kiintoaine- ja ravinnekuormituksen lisääntymiseen alapuolisissa vesistöissä, mikä on nähtävissä erityisesti pohjien liettymisenä. Turvetuotannon kuormitusta onkin pyrittävä vähentämään koko elinkaaren vesistövaikutukset huomioon ottavilla parhailla käyttökelpoisilla tekniikoilla. Pintavalutus on vakiintunut parhaaksi käytettävissä olevaksi tekniikaksi (BAT) turvetuotannon valumavesien puhdistuksessa. Myös ojitettujen vesiensuojelukosteikkojen käyttö käytännön vesiensuojelussa on yleistynyt, koska pinnaltaan ojittamatonta suoaluetta ei enää useinkaan ole tarjolla turvetuotantosoiden läheisyydessä. Myös veden kemiallinen puhdistus on yleistynyt BAT menetelmänä. Kemiallisen puhdistuksen käyttöä rajoittavat korkeat kustannukset. Tämän vuoksi kustannuksiltaan alempi ns. pienemmän mittakaavan kemikalointi on käytössä jo nyt sellaisilla pienillä turvetuotantosoilla, joille on asetettu korkeat puhdistusvaatimukset. Vielä ei kuitenkaan ole riittävästi tietoa mm. ojitettujen kosteikkojen sekä pienkemikaloinnin puhdistustehokkuudesta ja toimintavarmuudesta sekä niihin vaikuttavista tekijöistä. Viime aikoina on myös useissa eri yhteyksissä noussut esiin tarve kyetä entistä paremmin ennustamaan ja arvioimaan turvetuotantosoilta vesistöihin kohdistuvaa kuormitusta turvetuotantosoiden paikallisten ominaisuuksien perusteella. Tätä tietoa tarvitaan erityisesti kuormituksen tason paikallisen arvioinnin tarkentamiseen. Turvetuotannon vesistökuormituksen ennakointi ja uudet hallintamenetelmät (TuVeKu) – hankkeen osatavoitteina oli I) arvioida aiemmin seurannan kohteina olleiden turvetuotantosoiden paikallisten ominaisuuksien vaikutusta syntyvään vesistökuormitukseen sekä löytää syitä pintavalutuskentillä ja ojitetuilla vesiensuojelukosteikoilla havaittuun puhdistuskyvyn vaihteluun sekä II) selvittää millaisin toimenpitein Vapo Oy:llä käytössä olevan rakeisen saostuskemikaalin syöttöön perustuvan pienkemikalointiaseman toimintaa voidaan tehostaa. Osatavoitteen I osalta tutkimuksessa pyrittiin löytämään kuormituksen muodostumiseen ja vesiensuojelukosteikkojen puhdistustehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä sekä todentamaan aiempia tutkimustuloksia laajalla aineistolla. Osatutkimuksessa II keskityttiin pienkemikalointimenetelmän saostusprosessin eri osa-alueiden optimointiin laboratorio-olosuhteissa neljälle rakeiselle kemikaalille. Kokeiden tarkoituksena oli selvittää, millaisin edellytyksin puhdistustuloksen saisi maksimoitua, pienentäen samalla käsittelyssä tarvittavia kemikaalimääriä

Quantification and valuation of ecosystem services to optimize sustainable re-use for low-productive drained peatlands

LIFEPeatLandUse (LIFE12 ENV/FI/000150) 2013 – 2018, LAYMAN’S REPORT201

Added Value of Vaisala AQT530 Sensors as a Part of a Sensor Network for Comprehensive Air Quality Monitoring

Poor air quality influences the quality of life in the urban environment. The regulatory observation stations provide the backbone for the city administration to monitor urban air quality. Recently a suite of cost-effective air quality sensors has emerged to provide novel insights into the spatio-temporal variability of aerosol particles and trace gases. Particularly in low concentrations these sensors might suffer from issues related e.g., to high detection limits, concentration drifts and interdependency between the observed trace gases and environmental parameters. In this study we characterize the optical particle detector used in AQT530 (Vaisala Ltd.) air quality sensor in the laboratory. We perform a measurement campaign with a network of AQT530 sensors in Helsinki, Finland in 2020-2021 and present a long-term performance evaluation of five sensors for particulate (PM10, PM2.5) and gaseous (NO2, NO, CO, O-3) components during a half-year co-location study with reference instruments at an urban traffic site. Furthermore, short-term (3-5 weeks) co-location tests were performed for 25 sensors to provide sensor-specific correction equations for the fine-tuning of selected pollutants in the sensor network. We showcase the added value of the verified network of 25 sensor units to address the spatial variability of trace gases and aerosol mass concentrations in an urban environment. The analysis assesses road and harbor traffic monitoring, local construction dust monitoring, aerosol concentrations from fireworks, impact of sub-urban small scale wood combustion and detection of long-range transport episodes on a city scale. Our analysis illustrates that the calibrated network of Vaisala AQT530 air quality sensors provide new insights into the spatio-temporal variability of air pollution within the city. This information is beneficial to, for example, optimization of road dust and construction dust emission control as well as provides data to tackle air quality problems arising from traffic exhaust and localized wood combustion emissions in the residential areas.Peer reviewe

Sulfaattimailla syntyvän happaman kuormituksen ennakointi- ja hallintamenetelmät – SuHE-hankkeen loppuraportti

Tutkimuksen päätavoitteina oli (1) selvittää sulfidisedimenttien esiintymisalueilla sijaitsevien turvetuotantoalueiden maaperän kuivatuksen aiheuttamaa valumavesien happamuus-kuormitusriskiä, (2) kehittää menetelmiä happamien kuormituspulssien ennakointiin ja seurantaan, (3) kehittää menetelmiä happaman kuormituksen neutralointiin ja (4) tarkastella jälkikäyttömahdollisuuksia happamilla sulfaattimailla sijaitsevilla turvetuotantoalueilla. Maaperän kuivatuksen aiheuttamaa riskiä valumavesien happamoitumiselle tutkittiin 15 turvetuotantoalueelta mm. maaperä- ja vesinäytteiden avulla. Turvetuotantoalueilta lähtevän veden laatua mitattiin jatkuvatoimisesti pH- ja/tai sähkönjohtavuusantureilla sekä käyntien yhteydessä kenttämittauksin ja vesianalyysein. Happamien kuormituspulssien ennakointia varten seurattiin myös pohjavedenpinnankorkeuksia sekä sadantaa. Happamien valumavesien neutraloinnissa testattiin isossa mittakaavassa alivirtaamaputkella varustettuja suodinpatoja sekä pienessä koossa mm. neutralointikaivoa ja kippaavaa neutralointilaitteistoa. Jälkikäyttömahdollisuuksien soveltuvuutta selvitettiin 12 tuotannosta poistuneelta alueella mm. maastokartoituksin. Hankkeen koekohteet sijaitsivat pääasiassa Pohjois-Pohjanmaan tai Lapin alueilla. Tutkittujen turvetuotantoalueiden maaperässä ei havaittu merkittäviä hapettuneita sulfidisedimenttikerroksia ja hapan vesistökuormitus oli melko pientä verrattuna maassa piilevään potentiaaliseen kuormitukseen. Jatkuvatoimisesta vedenlaadun seurannasta oli hyötyä kohteilla, joilla vedenlaatu vaihteli paljon. Pohjavedenpintoja ja sadantaennusteita seuraamalla voitiin karkeasti ennakoida happamien kuormituspulssien esiintymistä ja neutralointitarvetta. Testatut neutralointiratkaisut neutraloivat vesiä. Nykyistä tehokkaampi maankuivatus ja -muokkaus voi pahentaa näiden alueiden maaperän happamoitumista ja lisätä hapanta vesistökuormitusta. Suurimman happamuuskuormitusriskin alueilla suositeltavimpia jälkikäyttömuotoja ovat soistaminen tai muu vesitysmuoto sekä luontainen kasvittuminen

Tinan ja muiden epäpuhtauksien hydrometallurgia teollisissa sinkkiliuoksissa

During the past 40 years, worldwide zinc consumption has doubled which increases need for secondary raw materials in zinc refining. Secondary zinc-containing raw materials that originate from waste electric equipment (WEEE) or coating materials increasingly contain tin and other impurities that are not typically found from primary zinc concentrates. Consequently, zinc refineries that utilize these types of secondaries must evaluate their suitability for the current unit processes used for treatment. If ended up in zinc electrolysis, tin, bismuth, and tellurium could co-deposit on the zinc cathodes, reduce current efficiency and modify the morphology of the deposit. For this reason, the impurity metal concentrations must be minimized in zinc electrolyte by selection of suitable leaching parameters and solution purification methods beforehand. In this thesis, chemistries and hydrometallurgy of tin, bismuth, and tellurium is studied in sulfuric acid media with secondary zinc-containing dusts. Leaching parameters were chosen to cover a wide range of variable conditions in order to determine the hydrometallurgical behavior of these selected impurities. Leaching experiments, where the acidity of the solution was increased step by step, were conducted to ascertain at which acidity the metals start to dissolve in a sulfate solution. Leaching behavior could be predicted based the experiments performed and Pourbaix diagrams constructed by HSC Chemistry modelling. The results of the work indicate that tin has a low solubility in sulfuric acid media, which is in line with the findings from literature. Under higher acidity conditions (Hot acid leaching) less than 1% of tin is leached into solution and although further increase in acidity increases tin recovery, the recovery remains below 10% with a 120 g/l sulfuric acid concentration. An increase in leaching time and inclusion of air purging was found to slightly increase tin recovery, whereas divalent tin sulfate (SnSO4) showed a marginally higher solubility than the quadrivalent tin oxide (SnO2). Based on this work, it can be determined that almost all the tin would end up within the high lead containing leaching residue. In addition, bismuth and tellurium were shown to be insoluble under weak acid leaching conditions but dissolved significantly with hot acid leaching. Closer inspection indicates that bismuth and tellurium start to dissolve within pH < 1 and pH < 0.5, respectively. Air purging and resulting higher oxidation potential in the solution decreased bismuth leaching and increased tellurium leaching. This research strongly indicates that tin can be recovered in lead containing leaching residue, hence minimizing the possible detrimental effects at later process stages of zinc refining.Viimeisen 40 vuoden aikana sinkin kulutus on tuplaantunut maailmassa, mikä lisää sekundääristen raaka-aineiden tarvetta sinkin tuotannossa. Sekundääriset sinkkipitoiset raaka-aineet, jotka ovat peräisin elektroniikkajätteistä tai pinnoitemateriaaleista, sisältävät enenevissä määrin tinaa ja muita epäpuhtauksia, joita ei tyypillisesti löydy primäärisistä sinkkirikasteista. Sulatot, jotka vastaanottavat sekundäärisiä raaka-aineita, joutuvat arvioimaan omien yksikköprosessiensa soveltuvuutta raaka-aineiden käsittelyyn. Päätyessään elektrolyysiin tina, vismutti ja telluuri voivat saostua sinkin mukana katodille, heikentää virtahyötysuhdetta ja muokata katodin rakennetta. Tämän takia kyseiset metallipitoisuudet elektrolyytissä on minimoitava sopivien liuotusparametrien ja liuospuhdistusmenetelmien avulla ennen elektrolyysiprosessia. Tässä opinnäytetyössä tutkittiin tinan, vismutin ja telluuriin käyttäytymistä rikkihappoliuotuksissa yhdessä sekundääristen sinkkipitoisten pölyjen kanssa. Liuotusparametrien valinnassa käytettiin laajasti eri olosuhteita epäpuhtauksien hydrometallurgisen käyttäytymisen arvioimiseksi. Lisäksi suoritettiin liuotuskokeita, joissa liuoksen happamuutta lisättiin asteittain kokeen aikana, minkä tarkoituksena oli selvittää, kuinka korkea happamuus vaaditaan kyseisten metallien liukenemiseen sulfaattiliuoksessa. Epäpuhtauksien liukenemiskäyttäytymistä voidaan ennakoida kokeellisten tulosten ja HSC Chemistry ohjelmalla rakennettujen Pourbaix kaavioiden avulla. Tulokset osoittavat, että tina on niukkaliukoinen metalli rikkihappoliuoksissa, mikä on myös linjassa aiemmin raportoitujen tutkimusten kanssa. Väkevissä happopitoisuuksissa alle 1 % tinasta päätyy liuokseen ja happamuutta yhä nostettaessa tinan liukenevuus lisääntyy, mutta on edelleen alle 10 % 120 g/l rikkihappo konsentraatiossa. Liuotusajan pidentäminen ja ilman puhaltaminen lisäävät tinan liukoisuutta, ja kahdenarvoinen tina sulfaatti (SnSO4) liukenee hieman tehokkaammin kuin neliarvoinen tina oksidi (SnO2). Tulosten perusteella voidaan todeta, että sinkin teollisessa liuotusprosessissa lähes kaikki tina päätyisi osaksi liuotusjäännöstä, lyijysakkaa. Vismutti ja telluuri ovat tinan ohella liukenemattomia heikkohappoliuotuksessa, mutta liukenevat jo merkittävästi väkevimmissä happopitoisuuksissa. Tarkempi tarkastelu osoittaa, että vismutti liukenee, kun pH < 1 ja telluuri liukenee, kun pH < 0.5. Ilmapuhallus ja korkeampi hapetuspotentiaali, pienensi vismutin liukoisuutta ja vastaavasti lisäsi telluurin liukoisuutta. Tämä tutkimus osoittaa, että tina voidaan talteen ottaa lyijysakkaan, mikä näin ollen minimoi tinan mahdollisesti haitalliset vaikutukset myöhemmissä sinkin tuotannon prosessivaiheissa