Vessavedet hyötykäyttöön - liete tuottaa kolmanneksen biokaasusta
- Kehitimme hankintaan julkisen materiaalin ja mallin, joka on nyt kaikkien vesihuoltolaitosten käytössä ja jota kaikki voivat kehittää edelleen omiin tarpeisiinsa, Turun seudun puhdistamon toimitusjohtaja Mirva Levomäki kertoo.
Jätevedenpuhdistamoilla syntyy vuosittain noin miljoona tonnia raakalietettä. Se sisältää ravinteita ja orgaanista ainesta, mutta myös haitta-aineita. Seuraavassa esitellään vaihtoehtoja, mitä lietteelle kannattaa tehdä.
Turun seudun puhdistamolta Kakolanmäen uumenista kuljetetaan esikuivattu puhdistamoliete Gasumin Topinojan laitokselle. Yhteistyöhön päädyttiin kymmenen vuotta sitten kilpailutuksen kautta, jolloin laitoksen omisti vielä Biovakka Suomi.
-Vuonna 2015 halusimme kilpailutukseen strategiamme mukaisia laatutekijöitä kuten ravinteiden kierrätys, hiilineutraalius ja vesistökuorman vähentäminen, Turun seudun puhdistamon toimitusjohtaja Mirva Levomäki sanoo.
Avoin kilpailutusmalli
Puhdistamoyhtiö sai kilpailutuksen kehittämiseen sekä Ympäristöministeriön Ranku-rahoitusta että Tekesiltä Innovatiiviset julkiset hankinnat -tukea. Syken ja Luken kanssa luotiin malleja, joiden pohjalta siirryttiin markkinavuoropuheluun ja siitä varsinaiseen kilpailutukseen. Siinä määriteltiin ehdottomat ravinnepäästöjen raja-arvot, energiapositiivisuus sekä hiilidioksidinegatiivisuus.
-Kehitimme hankintaan julkisen materiaalin ja mallin, joka on nyt kaikkien vesihuoltolaitosten käytössä ja jota kaikki voivat kehittää edelleen omiin tarpeisiinsa.
Uuden sopimuksen mukainen ensimmäinen toimintavuosi täyttyy 2019 lopussa.
-Rejektivedestä otetaan kaksi kertaa kuukaudessa näytteet, joista tehdään kuormituslaskelmat. Energiatase ja hiilidioksidilaskelma raportoidaan vuositasolla. Tähän saakka tilanne näyttää hyvältä, Levomäki sanoo.
Uusi toimintamalli on pudottanut kustannuksia niin, että Turun seudun puhdistamo on voinut laskea asiakasomistajakuntien maksuja, josta ovat hyötyneet myös kuntien 300 000 asukasta alhaisempina palvelumaksuina.
Yksi syy on lietteenkuivauksen tehostaminen, johon vaikutti puhdistamolle hankitut lingot. Lietteen kuiva-aineosuus oli ennen 22 prosenttia ja nyt noin 30 prosenttia. Lietemäärä laski 50 000 tonnista 40 000 tonniin vuodessa, mikä merkitsee satoja autokuormia vähemmän ajoa sekä tehokkaampaa prosessointia Gasumin lietteenkäsittelylaitoksella.
Biokaasua tankkiin
Yhdyskuntien jätevesilaitosten lietteestä hyödynnetään 50 prosenttia biokaasutuotannossa, arvioi Gasumin biokaasuyksikön kiertotaloudesta vastaava johtaja Ari Suomilammi. Hän korostaa liikennekaasutuotannon merkitystä, koska silloin biokaasusta saadaan paras hyöty irti.
-Karkeasti arvioiden liikennepolttoaineen tuotantoon päätyy noin kymmenen prosenttia Suomen puhdistamolietteestä. Sähkön ja lämmön tuotanto ovat biokaasutuotannon suurimmat käyttökohteet.
Jos lietteestä saadusta kaasusta tuotetaan sähköä laitoksen omaan tarpeeseen, säästyy muun muassa siirtomaksut. Tällainen tuotanto on laitokselle kannattavaa. Omalle sähköntuotannolle saa myös verohyötyjä. Sama koskee myös lämmöntuotantoa, kun raaka-aine tulee omasta takaa.
Energiatuotannon lisäksi Suomilammi korostaa lietteessä olevien kierrätettävien ravinteiden eli typen ja fosforin talteenottoa. Niillä voidaan korvata neitseellisiä kaivostoiminnasta saatavia raaka-aineita tai fossiilisista lähteistä tuotettuja ravinteita ja näin säästetään luontoa.
Omavaraisuutta biokaasun poltolla
Helsingin Seudun Ympäristöpalvelut -kuntayhtymän (HSY) Viikinmäen ja Suomenojan puhdistamot tuottivat viime vuonna vajaat 100 000 tonnia kuivattua ja mädätettyä lietettä.
-Hyödynnämme Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla mädättämöistä saadun biokaasun voimalaitoksemme polttoaineena. Omavaraisuutemme oli vielä kymmenen vuotta sitten 40-50 prosenttia, nyt olemme 97-100 prosentissa. Parantunut omavaraisuutemme on saavutettu ensisijaisesti kaasuvoimalan tehokkuuden kasvun ansiosta, kertoo HSY:n jätevedenpuhdistuksen osastonjohtaja Mari Heinonen.
Mädätetty liete kompostoidaan Porvoon Metsäpirtin kompostikentällä. 6-9 kuukauden aerobisen prosessin jälkeen se jalostetaan multatuotteiksi. Kompostoinnissa lietteeseen lisätään turvetta, sitä käännetään säännölliset, sen lämpötilaa seurataan ja siihen lisätään happea. Lämpötilaseurannalla varmistetaan, että mahdolliset taudinaiheuttajat kuolevat. Käsittelyn jälkeen massaan lisätään turvetta ja hiekkaa ennen kuin se myydään maanparannusaineeksi tai mullaksi.
HSY:llä on muitakin ajatuksia lietteen arvoaineiden käyttöön.
-Pellot tarvitsevat ravinteiden lisäksi orgaanista ainetta. Molempien kierrätys on tärkeää. Mietimme jatkuvasti uusia menetelmiä, joista yksi on pyrolyysi. Pilotoimme pyrolyysiprosessia ensi vuonna valmistuvassa koelaitoksessamme Ämmässuolla.
Pyrolyysissä liete käsitellään korkeassa lämpötilassa, jolloin siitä syntyy hiilenkaltaista massaa. Parhaillaan selvitetään, kuinka tehokkaasti menetelmä tuhoaa mahdolliset haitta-aineet kuten lääkejäämät ja mikromuovit.
Tiukempi seula fosforille
Nykyprosessissa fosforista voidaan poistaa 97 prosenttia kemiallisella saostuksella. Saostettu fosfori päätyy lietteeseen ja kiertää mullan mukana maanparannukseen ja viherrakennukseen. Tästä huolimatta mereen kulkeutuu fosforia 25-30 tonnia vuodessa. Jätevettä muodostuu vuosittain 125-140 miljoonaa kuutiota.
Fosforin kierrätykseen etsitään uusia, kehittyneempiä ratkaisuja. HSY tutkii parhaillaan Ravita-hankkeessa (kts. laatikko) fosforin talteenottoa fosforihappona.
-Nykyprosessilla on hyvin vaikeaa päästä fosforipäästöissä alaspäin. Kun Blominmäen laitos avataan ensi vuonna, pääsemme tiputtamaan läntisen valuma-alueen käsitellyn veden fosforitason alle 0,15 milligrammaan litrassa, mikä on jo niin sanottua extreme low –tasoa. Tämä laskee HSY-alueen fosforikuorman mereen 20-25 tonniin vuodessa, Mari Heinonen kertoo.
Typpiravinne poistetaan jätevedestä biologisesti bakteerien avulla. 20-30 prosenttia laitokselle tulevasta typestä sitoutuu lietteeseen biologisen prosessin vaikutuksesta. Suurin osa typestä kuitenkin muuntuu prosessissa nitraatiksi ja siitä N2-typpikaasuksi. Se vapautuu puhdistamolla ilmaan puhtaana typpikaasuna. Typestä puhdistetaan Viikinmäessä noin 90 prosenttia. Puhdistuksen jälkeen mereen päätyy vuodessa 1000 – 1200 tonnia typpeä.
Biokaasun tuotanto syö euroja
Biokaasun tuotanto vaatii suuria investointeja ja ne aiheuttavat melkoisesti käyttökuluja, ollakseen kustannustehokkaita laitosten on oltava suuria. Näin on esimerkiksi Gasumin Turun Topinojalle laitos, joka käsittelee noin 100 000 tonnia esikuivattua lietettä ja muista biomassoja vuodessa.
Biokierto- ja biokaasu ry:n toiminnanjohtaja Anna Virolainen-Hynnän mukaan jätevesilaitosten lietteitä hyödynnetään hyvin. Alan tutkimus on laajaa ja uusia ratkaisuja otetaan koko ajan käyttöön. Yhdelle sopii biokaasu, toiselle pyrolyysi ja kolmannelle kompostointi. Lietteen jalostaminen biohiileksi voi myös olla yksi vaihtoehto.
Lietteiden käsittely on lisääntynyt voimakkaasti biokaasulaitoksissa samalla kun kompostoinnin määrä vähenee.
-Samalla pyritään varmistamaan se, että jäljelle jäävä mädätemassa voidaan hyödyntää turvallisesti ja kustannustehokkaasti, Virolainen-Hynnä sanoo.
Yksi keino on ollut Biokierto- ja biokaasuyhdistyksen ja Vesilaitosyhdistyksen vetämä sekä Ympäristöministeriön rahoittama kehityshanke, jossa luodaan kierrätyslannoitteiden laatujärjestelmää.
Ravinteet talteen
Kierrätysravinteiden eli typen ja fosforin hyödyntäminen kasvaa Virolainen-Hynnän mukaan tulevaisuudessa.
-Liete on ravinnerikasta ja määrät ovat suuret. Tarve hyvälaatuisten jätevesilietteiden hyödyntämiseen kasvaa. Ravinteiden talteenotto kannattaa yhdistää biokaasulaitosten toimintaan, Virolainen-Hynnä sanoo.
Jos lietteessä on paljon haitta-aineita, kannattaa hyödyntää pyrolyysia, mutta silloin menetetään myös orgaaniset aineet. Lietettä pitäisi polttaa vain, jos liete ei heikon laatunsa vuoksi kelpaa mihinkään muuhun.
Lietteen ravinteiden kierrätys ei ole kuitenkaan Virolainen-Hynnän mukaan itseisarvo, sillä monissa tapauksissa se vaatii paljon energiaa. Tällöin kuivatun lietteen poltto on parempi tapa toimia.
Samalla kun toimialalla tehdään koko ajan uusia ratkaisuja, pitää muistaa, etteivät uusia tekniikoita voi suoraan monistaa paikasta toiseen. Malleja kuitenkin jaetaan ja niistä pyritään soveltamaan jätevesilaitokselta toiselle.
Ongelmat eivät ole yksin teknisiä.
-Yhteistyö kunnallisen sähkölaitoksen, jätevesilaitoksen, vesilaitoksen ja jätehuollon välillä ei aina ole riittävää, koska monissa kunnissa nämä ovat eri yhtiöitä. Asioita pitäisi aina katso kokonaisuuden kannalta, jotta päästään kunnan kannalta parhaaseen mahdolliseen ratkaisuun. Kyseessä on vuosikymmenten investoinnit, joita pitäisi miettiä yhdessä pöydässä.
Ravinteet kiinni ajoissa
Jätevesien ravinteiden talteenotossa yksi keskeinen näkökulma on erottaa arvokkaat aineet ennen niiden päätymistä lietteeseen.
-Käymäläjätevesien erottelu pesuvesistä on yksi keino ravinteiden talteenottoon. Näin saamme ravinteet nykyistä tehokkaammin ja puhtaampina kiertoon, Syken tutkimusinsinööri Riikka Malila sanoo.
Syntypaikkaerottelu on helpointa toteuttaa ensisijaisesti uusilla asuinalueilla tai saneerausten yhteydessä, sillä varhaisen vaiheen erottelu vaatii kaksoisputkituksen talojen sisään. Muun muassa Tampereen Hiedanrantaan suunniteltavalla uudella asuinalueella on vertailtu nykyistä kaikki jätevedet yhdessä käsittelevää jätevesienkäsittelyprosessia käymäläjätevedet ja pesuvedet erotteleviin vaihtoehtoihin.
Typpeä tarvitaan
Nykyisissä jätevedenpuhdistamoissa suuri osa typestä karkaa typenpoiston seurauksena taivaan tuuliin.
-Fosforin talteenotolla on pidempi historia kuin typen talteenotolla, koska se on ehtyvä luonnonvara. Epäorgaanisten typpilannoitteiden valmistus vaatii kuitenkin paljon energiaa ja typpi on Suomessa monilla pelloilla jopa tärkeämpi lannoite kuin fosfori. Siksi myös typen talteenottoon ja hyödyntämiseen pitäisi kiinnittää huomiota, Malila sanoo.
Jätevesiperäisillä lannoitevalmisteilla on kuitenkin huono imago, eikä niitä pidemmälle prosessoituinakaan hyväksytä ruoan tuotantoon. Ruoan tuotannon sijaan niille voidaan löytää käyttökohteita esimerkiksi teollisuudesta tai metsälannoitteina.
-Typen ohella laitoksilta karkaa ilmaan typpioksiduulia, joka on voimakas kasvihuonekaasu. Jätevedenpuhdistuksen hiilijalanjälkeä on mahdollista pienentää merkittävästi ottamalla ravinteet talteen jo ennen niiden päätymistä puhdistamolle, Malila sanoo.
Jätevedenpuhdistuksen teknologian uudistukset vaativat Malilan mukaan sekä laitosten että alan konsulttien ymmärrystä uusista tekniikoista. Uudet tekniikat vaativat pioneerihenkeä, mutta kukaan ei halua olla ensimmäinen ja maksaa oppirahoja niiden käytöstä.
Ravita-hanke tuottaa fosforihappoa
Helsingin Seudun Ympäristöpalvelu HSY:n Ravita-hankkeessa aiempaa suurempi määrä fosforia otetaan talteen lietteestä. Tällä hetkellä fosfori napataan lietteestä rautasuolalla, jolloin fosfori painuu lietteeseen ja edelleen lietteestä jalostettavaan multaan.
Ravita-prosessissa fosfori jälkisaostetaan aivan jätevedenpuhdistusprosessin lopuksi. Jälkisaostuksen tuloksena saadaan fosfori erotettua kemiallisena massana ja se voidaan jatkoprosessoida ja tuottaa fosforihappoa. Tällöin entistä pienempi määrä fosforia päätyy lietteeseen. Kun teollisuus saa tarvitsemaansa fosforihappoa lietteestä, säästyy osa maaperän neitseellisistä fosforivarannoista.
-Ravita-prosessi on lyhyellä aikajänteellä yksi merkittävimpiä uusia jätevedenpuhdistuksen teknologioita, joka voidaan ottaa käyttöön olemassa oleviin puhdistamoihin myös Suomen oloissa, Syken tutkimusinsinööri Riikka Malila arvioi.
Liete tuottaa kolmanneksen biokaasusta
Vesilaitosyhdistyksen (VVY):n vuonna 2017 julkaisemasta selvityksestä ilmenee, että vedenpuhdistamojen käsitellyn lietteen kuiva-aineen kokonaismäärä oli vuosina 2015 ja 2016 noin 150 000 tonnia. Tämä vastaa noin miljoonaa tonnia käsittelemätöntä lietettä.
Yhden terawattitunnin vuosittaisesta biokaasumäärästä kolmannes saadaan lietteestä. Yksi kolmannes tulee biojätteestä ja loppu kolmannes kaatopaikkakaasusta. Tulevaisuudessa maatalousmassojen rooli biokaasun tuotannossa tulee lisääntymään.
Jätevedenpuhdistamot tuottivat lietteestä sähköä 42 gigawattituntia ja lämpöä 120 gigawattituntia vuonna 2017. Yhteismädätyslaitoksissa, jotka hyödyntävät myös puhdistamolietteiden lisäksi biojätteitä ja jonkun verran lantaa, syntyi puolestaan sähköä 67 gigawattituntia ja lämpöä 230 gigawattituntia. Tiedot ilmenevät tuoreimmasta Suomen Biokaasulaitosrekisteristä vuodelta 2017.
Teksti: Jukka Nortio
Artikkeli on julkaistu Kuntatekniikka-lehden numerossa 5/2019.
Viidestä haastatellusta asiantuntijasta neljä oli naisia. Hienoa. Sentään perinteisesti miehinen ala.