Ravinteiden talteenotto biokaasureaktorin mädätteestä

Abstract

Teollisesti tuotetut typpi- ja fosforiravinteet, joita käytetään esimerkiksi lannoitteina maataloudessa, ovat loppumassa maapallolta kysynnän kasvaessa. Maapallon fosforivarannot vähenevät vauhdilla. Lisäksi hiilidioksidipäästöiltään korkea typentuotantoprosessi tarvitsisi ekologisemman vaihtoehdon tukemaan tuotantoa. Yksi ratkaisu on ravinteiden talteenotto ja kierrättäminen yhdyskunnassa syntyvästä jätteestä. Diplomityössä tutkittiin hajautetusti kerätyn keittiöjätteen ja mustan jäteveden sisältämien ravinteiden pitoisuuksia sekä mitä ravinteille tapahtuu, kun niitä käsitellään biokaasuprosessissa. Lisäksi tarkasteltiin ravinteiden talteenoton toimivuutta paikallisesti pienessä mittakaavassa kohdealueen biokaasureaktorin mädätteestä. Biokaasureaktorin syötteenä käytettiin kohdealueen mustaa jätevettä ja keittiöjätettä. Tarkastelu tehtiin kirjallisuuden pohjalta käyttäen vastaavanlaista mädätettä tutkineita tutkimuksia. Ravinteiden talteenottoa tarkasteltiin kokonaistypen ja kokonaisfosforin osalta mädätteestä saadusta nestejakeesta. Mädätteen kuivajakeen sisältämät ravinteet jätettiin tarkastelun ulkopuolelle kuivajakeen pienen virtaaman vuoksi Työssä vertailtiin kirjallisuuden pohjalta eri talteenottoprosesseja ja selvitettiin kohdealueelle parhaiten soveltuva ravinteiden talteenottoprosessi mädätteen sisältämien ravinteiden talteen ottamiseen ja kierrättämiseen. Tarkasteluun valituista kolmesta erityyppisestä talteenottoprosessista tarkasteltiin niiden toimivuutta kyseiselle mädätteelle sekä kustannustehokkuutta. Talteenottoprosessit olivat typen strippaus, struviitin saostuksen ja typen strippauksen sisältävä prosessi sekä typen strippauksen ja käänteisosmoosin sisältävä prosessi. Tulosten perusteella talteenottoprosesseista valittiin kohdealueelle parhaiten soveltuva prosessi. Kohdealueen biokaasureaktorista saatu mädäte soveltui ravinteiden talteenottoon. Mädätettä arvioitiin syntyvän n. 130 m3/d alueen asukasluvun ollessa 25 000. Suurin osa mädätteen sisältämästä kokonaistypestä (1 890 mg/l) ja kokonaisfosforista (158 mg/l) esiintyi liukoisessa muodossa ammoniumtyppenä (1 435 mg/l) ja fosfaattifosforina (93 mg/l). Tehokkuudeltaan parhaaksi talteenottoprosessiksi osoittautui typen strippauksen ja käänteisosmoosin sisältävä prosessi, jolla oli mahdollista saada talteen 167 kg/d kokonaistyppeä, josta 152 kg/d on liukoista ammoniumtyppeä, sekä 13 kg/d kokonaisfosforia, josta 9 kg/d on liukoista fosfaattifosforia. Vuositasolla tämä vastaisi 60,9 t/a kokonaistyppeä, josta ammoniumtyppeä on 55,4 t/a sekä 4,7 t/a kokonaisfosforia, josta 3.2 t/a on fosfaattifosforia. Kohdealueen kokonaistyppi-saannolla lannoittaisi n. 1 000 ha peltoa ja kokonaisfosforisaannolla lannoittaisi n. 100 ha peltoa. Ravinteiden talteenotto ja kierrätys biokaasuprosessin mädätteestä on vaihtoehtoinen keino kierrättää asutuksien ravinteita. Ravinteiden paikallinen talteenotto mädätteestä on tuore idea ja prosessien lisätutkimuksia tarvitaan. Talteenottoprosessien toimivuus ja tehokkuus riippuu mädätteen ominaisuuksista ja käytettävien prosessien valinnat on tehtävä tapauskohtaisesti. Prosessien ravinnesaannoille löytyy varmasti käyttöä, mutta kustannustehokkuuden selvittäminen vaatii lisätutkimusta.