|
|
|
Hankekoodi: A74981
Hankkeen nimi: Materiaalien karakterisointiin ja instrumenttianalytiikkaan liittyvän tutkimusinfrastruktuurin kehittäminen
Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen
Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen
Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.1.2019 ja päättyy 31.12.2020
Toiminnan tila: Toiminta päättynyt
Vastuuviranomainen: Etelä-Savon maakuntaliitto
Hakijan virallinen nimi: Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto LUT
Organisaatiotyyppi: Yliopisto
Y-tunnus: 0245904-2
Jakeluosoite: Yliopistonkatu 34
Puhelinnumero: 0294 462 111
Postinumero: 53850
Postitoimipaikka: Lappeenranta
WWW-osoite: http://www.lut.fi
Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Ritva Tuunila
Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: tutkijaopettaja
Yhteyshenkilön sähköpostisoite: ritva.tuunila(at)lut.fi
Yhteyshenkilön puhelinnumero: +358 405296855
Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:
Resurssien rajallinen saatavuus tulee aiheuttamaan muutoksia yhteiskunnan toiminnoissa, ja myös jätevesien käsittelyssä pyritään tulevaisuudessa kohti resurssien talteenottoa. Tähän tavoitteeseen pyritään vastaamaan kehittämällä monipuolisia, kustannustehokkaita menetelmiä, joilla jätevesien sisältämät resurssit saadaan kerättyä ja muutettua käyttökelpoisiksi tuotteiksi. Käsiteltyjen jätevesien tarkka ja toistettava analysointi on tärkeää, erityisesti hyvin pieninä pitoisuuksina esiintyvien haitta-aineiden osalta. Jäteveden analysointi sekä ennen että jälkeen käsittelyn on tarpeellista. Myös jätevedenkäsittelystä syntyvän lietteen ominaisuuksien määrittely on tärkeää, jotta liete voidaan edelleen hävittää tai hyödyntää erilaisissa käyttökohteissa, kuten maantäytössä tai adsorbenttimateriaalien kehittämisessä, sekä ylipäätään kerätä talteen lietteessä esiintyviä resursseja. Jotta jäteveden ja lietteen ominaisuuksista voidaan tuottaa tarkkaa tietoa, vaaditaan herkkää laitteistoa, kuten kenttäemissiopyyhkäisyelektronimikroskooppi energiadispersiivisella röntgenspektroskopialla (FESEM-EDS), nestekromatografi tandem-massaspektrometrillä (LC-MS/MS) ja ultravioletti/näkyvän valon diffuusireflektanssispektrometri (UV-vis-DRS). Esitetyn hankkeen tavoitteena on edellä mainittujen, kehittyneiden analyysilaitteiden hankinta. Näitä laitteita tullaan hyödyntämään membraanibioreaktorille (MBR) tulevan ja MBR-prosessissa käsitellyn jäteveden analysoinnissa, membraanikalvojen ominaisuuksien ja käyttäytymisen tutkimisessa sekä lietteen ja valokatalyyttien karakterisoinnissa. Esitettyjen laitteiden hankkiminen mahdollistaa tutkijoita toteuttamaan uusia kattavia ja nopeita analyysejä, mikä antaa uutta tietoa ja lisää ymmärrystä kehittyneiden jätevedenkäsittelyprosessien toiminnasta ja edistää siten kiertotalouteen liittyvää tutkimusta. Jäteveden MBR-käsittelyssä membraanien tukkeutuminen on yksi merkittävistä haasteista. Membraanien pinnan morfologiaa voidaan analysoida FE-SEM-laitteella, jolloin saadaan käsitys membraanin kunnosta. Tämä antaa olennaista tietoa esimerkiksi Mikkelin jätevedenpuhdistamon MBR-prosessin toiminnasta ja edistää siten membraanin ominaisuuksien ja tukkeutumisen tutkimusta. MBR-käsittelyyn syntetisoituja valokatalyyttejä voidaan vuorostaan karakterisoida UV-vis-DRS ja FESEM-EDS-laitteilla. Valokatalyyttejä hyödynnetään MBR-prosessilla puhdistetun veden jälkikäsittelyssä, mikä on keskeisessä roolissa rinnakkaisen Kiertovirrat-hankkeen MBR-tekniikkaan liittyvässä työpaketissa. LC-MS/MS mahdollistaa MBR-käsitellyn jäteveden sisältämien haitta-aineiden, kuten lääkeaineiden, antibioottien, henkilökohtaisten hygieniatuotteiden (PCPs) ja hormonihäiriköiden, luotettavan analysoinnin riippumatta niiden alhaisista pitoisuuksista, mikä on olennaista rinnakkaisen Kiertovirrat-hankkeen MBR-prosessiin liittyvän työpaketin kannalta. Kaikki yllä kuvatut hankkeen laitehankinnat tukevat rinnakkaiset Kiertovirrat-hankkeen tavoitteita. Esitetyt analyysilaitteistot ovat välttämättömiä tarkan aineiston keräämiseksi. Kyseisiä analyysilaitteita käytetään jätevedenkäsittelyhankkeissa säännöllisesti koko hankkeiden ajan, joten laitteistojen olemassaolo on välttämätöntä hankkeiden suorittamiselle sujuvasti esitetyissä aikatauluissa.
Kenttäemissiopyyhkäisyelektronimikroskooppi energiadispersiivisella röntgenspektroskopialla (FESEM-EDS) -laitteiston oltua ennakoitua kalliimpi, johtuen rinnakkaishankkeissa (mm. Kiertovirrat) vaaditusta analyysitarkkuudesta, hankitaan alkuperäisessä suunnitelmassa olleen ultravioletti/näkyvän valon diffuusireflektanssispektrometri (UV-vis-DRS) -peruslaitteiston tilalle huomattavasti monipuolisempi kokonaisuus, jolla voidaan esimerkiksi pienetkin muutokset valokatalyytteissä voidaan analysoida tarkemmin, mikä ei peruslaitteella ole mahdollista. Loppurahalla hankitaan suunnitellun nestekromatografi tandem-massaspektrometrillä (LC-MS/MS) -analysaattorin tilalle kokonaishiilen ja -typen analysaattori (TOC/TN), joka on perustyökalu hankkeessa, jossa tutkitaan erilaisten jätevedenpuhdistusprosessien toimivuutta. TOC/TN -analysaattorilla saadaan selville hiili- ja typpikuorman muuttuminen, joten siitä saatu tulos indikoi, onko ei-toivotun materiaalin hajoamista ylipäätään tapahtunut. Tämä laitekokonaisuus palvelee monia muita samaan aikaan menillään olevia hankkeita esim. Kiertovirrat ja Kalvobioreaktori.
Laitteistot ovat erittäin hyödyllisiä LUT-yliopiston Vihreän kemian osaston käynnissä olevissa projekteissa, joissa tutkitaan jätevedenkäsittelyä ja uusien materiaalien tuottamista. Myös muut LUT-yliopistossa työskentelevät, saman tutkimusalan tutkijat tulevat käyttämään ostettavia laitteistoja tutkimustyössään. MBR-pilotlaitoksella tehtävässä tutkimuksessa jätevedenpuhdistamolla käsitellystä jätevedestä ja lietteestä kerätään näytteitä, näytteiden analysointia tehdään säännöllisesti ja analyysitulokset raportoidaan myös jätevedenpuhdistamolle. Hankittavaksi esitettyä laitteistoa tullaan hyödyntämään myös Mikkelin EcoSairilaan rakennettavan, uuden MBR-laitoksen jäteveden ja lietteiden analysoinnissa. Hankkeen kohderyhminä ovat ensisijaisesti MBR-prosessia hyödyntävät vesilaitokset sekä kyseistä teknologiaa tarjoavat laitetoimittajat ja konsultit. LUT-yliopiston Vihreän kemian - nykyisin Separation Science -osaston kattavan, ympäristötekniikan yritysten asiakasrekisterin avulla pystymme maksimoimaan laitteiden hyödyntäjäjoukon, miin Mikkelissä kuin Lappeenrannassa.
Hankittavat laitteistot tarjoavat merkittäviä tutkimusyhteistyömahdollisuuksia. Hankinnat eivät tuota tuloa. Hankkeen välillisiä kohderyhmiä edustavat myös kansalliset ja kansainväliset yritykset, jotka tarvitsevat jätevesianalyysejä ja lietenäytteiden karakterisointia. Esitettyjen laitehankintojen toteutuessa entinen DGC, nykyinen Separtion Science -osasto olisi varustettu kaikilla kehittyneillä laitteilla, jotka ovat välttämättömiä vesianalyysien ja materiaalien karakterisoinnin kannalta. DGC eli nykyinen Separation Science voisi tarjota parempia ratkaisuja myös muille yliopistoille ja yrityksille, jotka saisivat siten kaikki tarvitsemansa analyysit samasta paikasta. Tämä voisi vuorostaan houkutella yrityksiä ja yliopistoja kehittämään aiempaa enemmän konsortioita ja toteuttamaan tutkimus- ja kehityshankkeita. Lisäksi täydelliset jätevesianalytiikka- ja materiaalien karakterisointivalmiudet houkuttelevat lisää rahoitusta erilaisilta rahoitustahoilta kehittyneiden vedenkäsittelymenetelmien tutkimiseen. Yhteistyön teollisten jätevesien käsittelylaitoksen ja Mikkelin EcoSairilan jätevedenpuhdistamon kanssa odotetaan jatkuvan myös pitkään tulevaisuudessa. Kaikki EcoSairilaan sijoittuvat tahot hyötyvät prosessiymmärryksen lisääntymisestä.
Erityisesti hankkeella halutaan tukea Mikkelin alueen yritystoimintaa myös laajemminkin kuin edellä mainittua jätevededenpuhdistamotoimintaa.
Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 320 000
Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 310 256
Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 620 000
Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 601 122
Maakunnat: Etelä-Savo
Seutukunnat: Mikkelin
Kunnat: Mikkeli
Jakeluosoite:
Postinumero:
Postitoimipaikka:
Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00
Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0
Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00
| Välitön | Välillinen | |
| Ekologinen kestävyys | ||
| Luonnonvarojen käytön kestävyys | 7 | 3 |
| Hankkeessa toteutetaan bio- ja kiertotalousajattelun periaatteita. Lietteen energiakäyttö vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä. | ||
| Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen | 5 | 1 |
| Suljetun materiaalikierron edistäminen | ||
| Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus | 1 | 3 |
| Jätevedenpuhdistusprosessin tehostaminen | ||
| Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) | 6 | 3 |
| Vedenlaadun parantuminen jätevesien tehostuneen käsittelyn ansiosta | ||
| Natura 2000 -ohjelman kohteet | 0 | 0 |
| Ei vaikutusta | ||
| Taloudellinen kestävyys | ||
| Materiaalit ja jätteet | 7 | 4 |
| Suljettu materiaalikierto Lietevirtojen jatkojalostaminen energiaksi | ||
| Uusiutuvien energialähteiden käyttö | 5 | 3 |
| Lietteen energiakäyttö | ||
| Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen | 2 | 2 |
| Liiketoimintamahdollisuuksien lisääntyminen | ||
| Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen | 1 | 2 |
| Jäljitettävyysratkaisun kehittäminen | ||
| Liikkuminen ja logistiikka | 2 | 1 |
| Teknologiset uudet vaihtoehdot voivat vähentää logistiikan päästöjä. | ||
| Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus | ||
| Hyvinvoinnin edistäminen | 1 | 3 |
| Pintavesien tilan parantuminen | ||
| Tasa-arvon edistäminen | 0 | 0 |
| Ei vaikutusta | ||
| Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus | 0 | 0 |
| Ei vaikutusta | ||
| Kulttuuriympäristö | 0 | 0 |
| Ei vaikutusta | ||
| Ympäristöosaaminen | 7 | 5 |
| Hankkeen toimenpiteiden toteuttaminen lisää ympäristöosaamista alueella. | ||
Hankkeen tavoitteena oli tukea erilaisten sivuvirtojen, erityisesti jätevesien käsittelyyn ja niissä olevien resurssien talteenottoon liittyviä tutkimushankkeita, erityisesti Kiertovirrat -rinnakkaishanketta, hankkimalla tutkimusryhmien käyttöön jätevesien analysoinnissa tarvittavia kehittyneitä analyysilaitteita. Jotta jäteveden ja lietteen ominaisuuksista voidaan tuottaa tarkkaa tietoa, vaaditaan herkkää laitteistoa.
Tässä hankkeessa hankittiin kenttäemissiopyyhkäisyelektronimikroskooppi energiadispersiivisella röntgenspektroskopialla (FESEM-EDS), kokonaishiilen ja -typen analysaattori (TOC/TN), ja ultravioletti/näkyvän valon diffuusireflektanssispektrometri (UV-vis-DRS). FE-SEM-laitteella voidaan tutkia muun muassa MBR-prosessia hyödyntävissä jätevedenpuhdistamoissa käytössä olevien membraanien pinnan morfologiaa ja saada siten käsitys membraanin toimintakunnosta. MBR-käsittelyyn syntetisoituja valokatalyyttejä voidaan vuorostaan karakterisoida UV-vis-DRS ja FESEM-EDS-laitteilla. Valokatalyyttejä hyödynnetään MBR-prosessilla puhdistetun veden jälkikäsittelyssä. TOC/TN -analysaattorilla saadaan selville hiili- ja typpikuorman muuttuminen, joten siitä saatu tulos indikoi, onko ei-toivotun materiaalin hajoamista jätevesien käsittelyssä ylipäätään tapahtunut.
Laitteista hankittiin ensimmäisenä FE-SEM EDS-lisäosalla. FE-SEM-EDS -analysaattoria on ehditty jo hyödyntämään tämän karakterisointihankkeen aikana useammassa eri tutkimushankkeessa. Sillä on mm. tutkittu vedenkäsittelyprosessissa käytettyjen kalvojen tilaa, metallin talteenottoon käytettyjä polymeerejä, vedenkäsittelyssä käytettävien valokatalyyttijauheita, geopolymeerejä sekä kuituja.
TOC/TN-analysaattori asennettiin syksyllä 2020 ja sitä monissa eri projekteissa erilaisten näytteiden hiili- ja typpipitoisuuksien analysoimiseen. Näitä analyysejä on tehty myös nyt raportoitavan hankkeen Kiertovirrat -rinnakkaishankkeessa.
Hankittu FE-SEM-EDS laitteisto osoittautui alkuperäistä arviota kalliimmaksi, joten hankkeessa jouduttiin tekemään keväällä 2020 muutosanomus alkueräisessä hankehakemuksessa esitetyn nestekromatografi tandem-massaspektrometrillä (LC-MS/MS) -laitteen korvaamiseksi edullisemmalla TOC/TN-analysaattorilla. Toisaalta tämä alkuperäisen ns. perus-UV-vis-DRS:n tilalle pystyttiin hankkimaan herkempi ja monipuolisempi kokonaisuus. Tämä viivästytti muiden laitehankintojen käynnistämistä kesään 2020 saakka, jonka vuoksi TOC/TN sekä UV-vis-DRS laitteistot pystyttiin hankkimaan vasta loppuvuodesta 2020 eli juuri ennen karakterisointihankkeen päättymistä. Myös COVID-pandemia viivästytti laitteiden toimitusta ja asennuksia niin, että näistä kahdesta viimeksi hankitusta laitteesta ainoastaan TOC/TN -analysaattoria ehdittiin käyttämään muutamissa tutkimushankeanalyyseissä.
Kokonaisuudessa Karakterisointihankkeessa suunnitellut investoinnit toteutettiin hankkeen aikana, mutta analyysilaitteiden tuottamat tulokset näkyvät käytännössä vasta viiveellä muissa vielä käynnissä olevissa tutkimushankkeissa saavutettavien tulosten myötä.