Voidaanko vettä puhdistaa suoloista, kemikaaleista tai metalleista jäädyttämällä? Esimerkiksi siten että vettä jäädytetään, kunnes sulan veden osuus on enää 10 prosenttia alkuperäisestä vesimäärästä ja se lasketaan jätteenä pois?  Mitä näin saadaan poistettua?

Kemian tekniikan professori Marjatta Louhi-Kultanen, Aalto-yliopistosta vastaa:

Jäädyttämällä voidaan poistaa vedestä kaikenlaisia aineita ja epäpuhtauksista, niin suoloja, kemikaaleja kuin metalleja. Niinpä jäädyttämällä on mahdollista tuottaa puhdistunutta vettä ja väkevöidä vesiliuoksia. Menetelmää kutsutaan jäädytysväkevöinniksi – jäätymättä jäänyt osa liuoksesta on väkevöitynyt ja muodostunut jää on puhtaampaa kuin alkuperäinen vesiliuos.  

Jäädytysväkevöinti perustuu veden fysikaalisiin ominaisuuksiin. Vesimolekyylit muodostavat yksin jään kidehilan, joten yksittäinen jääkide on puhdasta vettä.

Käytännössä veteen liuenneista komponenteista jää aina hieman jäämiä jään pinnalle. Joka tapauksessa esimerkiksi merivettä jäädyttämällä ja muodostunutta jäätä sulattamalla saadaan suolattomampaa vettä. 

Jäädytysväkevöintiä hyödynnetään yleisesti muun muassa elintarviketeollisuudessa, kun halutaan poistaa raaka-aineesta vettä. Tähän on olemassa monia kaupallisia prosesseja. Esimerkiksi tuoremehujen valmistamisessa käytetään usein jäädytysväkevöintiä. Etuna on, että myös herkästi haihtuvat aromit säilyvät eivätkä lämpöherkät yhdisteet hajoa toisin kuin haihduttamalla väkevöimällä.

Jäädytysväkevöinnin soveltumista jätevesien puhdistukseen tutkittiin Suomen Akatemian rahoittamassa, Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Aalto-yliopiston yhteishankkeessa 2010-luvun puolivälissä. Tavoitteena oli selvittää jätevesien puhdistuvuutta luonnonpakkasilla talvikuukausina. 

Kenttäkokeet teimme jätevesialtailla Terrafamen kaivoksessa Sotkamossa sekä Vapon turvesoilla. Koska jään tiheys on alhaisempi kuin veden, jää syntyy aina veden pinnalle. Tutkimme talviolosuhteissa syntyneen jääkerroksen epäpuhtauspitoisuuksia sekä mekaanista lujuutta. 

Analyysituloksista nähtiin, että jääkerros sisälsi epäpuhtauksia 2–10 kertaisesti vähemmän kuin jätevesi jään alla. Puhtaustaso alitti ympäristölupien sallimat enimmäispitoisuudet eli ympäristön kannalta saatiin riittävän puhdasta vettä. Juomaveden laatua ei saavutettu. 

Lisäksi havaittiin, että mitä hitaammin jätevesi jäätyy, sitä puhtaampaa vettä jäästä syntyy. Puhdistustehokkuus oli myös suhteellisesti parempi käsiteltäessä laimeita vesiliuoksia. 

Talvipakkasilla jäädyttäminen on siis kustannustehokas tapa melko laimeiden jätevesien puhdistamiseen. Lisää tutkimuksesta voi lukea täältä: "Purity and mechanical strength of naturally frozen ice in wastewater basins", Water Research, Volume 145, 15 November 2018: