Aktiivilieteprosessin energiatehokkuuden ja ravinnekierron kehittäminen

Abstract

Tähän asti jätevedenpuhdistamoiden tärkein tehtävä on ollut poistaa jätevedestä orgaanista ainesta ja ravinteita. Tämä on välttämätöntä vesistöjen suojelemiseksi, mutta kuluttaa paljon energiaa ja kemikaaleja, joiden tuotannolla on omat ympäristövaikutuksensa. Jätevedenpuhdistuksen ekologisen kestävyyden kehittämisessä energian ja ravinteiden talteenotto ovat keskeisessä roolissa. Energian ja ravinteiden talteenoton myötä jätevedenpuhdistus ei ainoastaan kuluta resursseja vaan myös tuottaa niitä.

Tämä työ on kirjallisuuskatsaus jätevedenpuhdistuksessa hyödynnetyn aktiivilieteprosessin energiatehokkuudesta ja ravinnekierrosta. Työn tavoitteena on selvittää, mitkä ovat prosessin ongelmakohdat energiatehokkuuden ja ravinnekierron näkökulmasta sekä millaisia keinoja niiden ratkaisemiseksi on kehitetty.

Energiatehokkuuden parantamiseksi tulee pienentää prosessin energiankulutusta ja kasvattaa jätevedestä tuotetun energian osuutta. Vaikuttavin keino pienentää prosessin energiankulutusta on optimoida ilmastamista, jonka osuus jätevedenpuhdistamon kokonaisenergiankulutuksesta on noin 50 %. Ilmastuksen energiankulutuksen vähentämisessä tärkeitä tapoja ovat jäteveden esikäsittelyn tehostaminen, nitrifikaation tilan seuraaminen ja typpipitoisten rejektivesien erillinen käsitteleminen. Ilmantarpeen määrittämisessä ja siihen reagoimisessa prosessiautomaation merkitys on keskeinen.

Tärkein keino tuottaa jätevedestä energiaa on mädättää lietettä anaerobisissa olosuhteissa, jolloin muodostuu biokaasua. Jäteveden esikäsittelyn tehostaminen parantaa myös biokaasun tuottoa, koska sen ansiosta orgaaninen aines saadaan tehokkaammin talteen. Muita keinoja biokaasun tuoton parantamiseksi ovat lietteen esikäsittelymenetelmät ja lietteen ja ruokajätteen yhteismädätys.

Jäteveden ammoniumtyppeä tulisi ottaa talteen, koska sekä ammoniumin poistaminen jätevedestä että ammoniakin teollinen tuotanto Haber–Bosch-prosessissa ovat energiaintensiivisiä prosesseja. Kokonaistypenpoisto kuluttaa nitrifikaation vaatiman ilmastamisen takia paljon energiaa, ja Haber–Bosch-prosessin arvioidaan kuluttavan jopa 1–2 % maailmassa käytetystä energiasta. Ammonium talteenotetaan strippaamalla se ammoniakkikaasuksi ja adsorboimalla kaasu happamaan liuokseen.

Fosforin talteenottoon kannustavat sen varantojen rajallisuus ja epätasainen jakaantuminen maapallolla. Fosforin talteenottaminen on väistämätöntä, koska lopulta sen raakavarannot loppuvat. Talteenottamalla fosforia parannettaisiin myös paikallisen ruoantuotannon omavaraisuutta, koska tällä hetkellä lähes kaikki valtiot ovat riippuvaisia ulkomaisen fosforin tuonnista. Hyvin Suomen olosuhteisiin soveltuvia talteenottotekniikoita ovat fosforin jälkisaostaminen RAVITA-prosessissa tai fosforin talteenottaminen lietteenpolton tuhkasta PAKU-prosessissa.

Tämän kirjallisuuskatsauksen perusteella aktiivilieteprosessin energiatehokkuus ja ravinnekierto ovat kiinteästi yhteydessä toisiinsa, minkä takia niiden tarkastelu rinnakkain on hyödyllistä. Pienentämällä energiankulutusta ja parantamalla biokaasun tuottoa voi jätevedenpuhdistamoista tulla energiaomavaraisia ja energiaa tuottavia laitoksia. Tässä ammoniumin poistolla ja talteenotolla on tärkeä rooli. Jätevirtojen fosforin talteenottaminen taas on elintärkeää ruoantuotannon turvaamiseksi nyt ja tulevaisuudessa.