Metsärinne Sirpa (FM) 7.4.2006

Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta

Ympäristötiede

Degradiation of Novel and Conventional Complexing Agents (Uusien ja perinteisten kompleksinmuodostajien hajoaminen

Vastaväittäjä: Professori Aimo Oikari Jyväskylän yliopisto
Kustos: Professori Mika Sillanpää, Kuopion yliopisto


Väitöskirjan tiivistelmä:

Ympäristöä säästäviä metallinsitojia sellunvalkaisuun

Korvaamalla nykyisin käytössä olevat biologisesti huonosti hajoavat metallinsitojat eli kelatointiaineet helpommin hajoavilla yhdisteillä pystytään vähentämään selluteollisuuden vesistökuormitusta. Selluteollisuus käyttää kelatointiaineita eli kompleksinmuodostajia sitomaan prosessista metalleja, kuten rautaa, mangaania ja kuparia, jotka heikentävät happikemikaaleihin perustuvan valkaisun tehoa. Nykyisin käytössä olevat kelatointiaineet, EDTA ja DTPA eivät hajoa biologisesti, joten ne kulkeutuvat jätevedenpuhdistuksen läpi purkuvesistöön. On esitetty tutkimustuloksia, joiden mukaan Euroopan joissa ja järvissä esiintyvistä orgaanisista kemikaaleista EDTA:n pitoisuudet ovat kaikista suurimpia.

Väitöstutkimus oli osa Kemira Oyj:n hanketta, jonka tavoitteena oli kehittää paperi- ja selluteollisuuden käyttöön uusi biologisesti hajoava kelatointiaine. Väitöstyössä testattiin uusien aminohappojohdannaisiin perustuvien kelatointiaineiden biologista hajoamista sekä hajoamista auringon valon vaikutuksesta järvivedessä. Mukana oli myös yksi pesuaineissa käytetty kelatointiaine, EDDS, joka tiedettiin biologisesti hajoavaksi.

Biohajoavuuden kannalta parhaaksi vaihtoehdoksi osoittautui EDDS, tutkitut aminohappojohdannaiset hajosivat hieman paremmin biologisesti kuin EDTA ja DTPA, mutta yksikään niistä ei ollut täysin biohajoava kuten EDDS. EDDS hajosi myös auringon valon vaikutuksesta nopeammin kuin EDTA ja DTPA. Aminohappojohdannaiset hajosivat auringonvalossa yhtä hyvin tai paremmin kuin EDTA ja DTPA. EDDS:n soveltuvuutta sellunvalkaisun apuaineeksi on tutkittu, ja se voisi olla potentiaalinen vaihtoehto EDTA:lle ja DTPA:lle.

Työssä kehitettiin analyysimenetelmät uusille kelatointiaineille erilaisista näytteistä. Biologista hajoamista, eli sitä kuinka orgaaninen aine hajoaa mikrobien vaikutuksesta hiilidioksidiksi ja vedeksi, tutkittiin käyttäen standardoituja menetelmiä, jotka perustuvat vapautuvan hiilidioksidin tai kulutetun hapen mittaamiseen. Kelatointiaineiden käyttäytymistä biologisessa jätevedenpuhdistuksessa selvitettiin käyttäen laboratoriomittakaavan jätevedenpuhdistamoita. Kelatointiaineen hajoamista seurattiin lisäämällä puhdistamolle tulevaan jäteveteen tutkittavaa kelatointiainetta ja analysoimalla kyseisen aineen pitoisuus tulevasta ja puhdistamolta poislähtevästä vedestä.

Vesistöissä kelatointiaineiden hajoaminen tapahtuu pääasiassa valokemiallinen hajoamisen kautta eli auringon valon vaikutuksesta. Valohajoamista tutkittiin laboratoriossa auringonvaloa jäljittelevillä lampuilla sekä kesäisin ulkona auringonvalossa akvaariokokeilla.

Kelatointiaineet ovat yhdisteitä, jotka muodostavat vahvoja sidoksia, komplekseja, metalli-ionien kanssa. Kelatointiaineita käytetään selluteollisuuden lisäki metallien hallinnassa pesuaine-, elintarvike-, valokuvaus-, kosmetiikka-, tekstiili-, nahka-, kumi-, lääke- ja metalliteollisuudessa. Aineita myydään yksin Suomessa noin 10 000 t vuodessa.

Runsaan käytön ja vähäisen biologisen hajoamisen johdosta kelatointiaineita esiintyy pintavesissä. EDTA (etyleenidiamiinitetraetikkahappo) ja DTPA (dietyleenitriamiinipentaetikkahappo) eivät ole suoranaisesti ympäristölle haitallisia, suurin ongelma on niiden pysyvyys. EDTA:n ja DTPA:n käyttöä pyritään rajoittamaan; esimerkiksi pohjoismaista ympäristömerkintää, Joutsen-merkkiä, ei myönnetä pesuaineille, jotka sisältävät kyseisiä aineita.

Suurten pintavesipitoisuuksien takia Saksan ympäristöviranomaiset yhdessä juomaveden toimittajien kanssa julkaisivat vapaaehtoisen EDTA:n käytön rajoittamisohjelman jo 1990-luvun alussa. Korvaavien aineiden löytäminen on välttämätöntä. Kemiran kelatointiaineprojektille myönnettiin vuonna 2003 Kemianteollisuuden innovaatiopalkinto.

 


Väitöskirja on julkaistu sarjassa Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet. ISBN 951-27-0353-X. Sitä voi tilata yliopiston kirjaston julkaisumyynnistä sähköposti: yrjo.valtanen@uku.fi tai verkko-osoitteesta http://www.uku.fi/kirjasto/julkaisutoiminta/julkmyyn.shtml


Kuopion yliopisto
Viestintä
tiedotus_at_uku.fi