Kasvihuonekaasupäästöt ja niiden vähentämismahdollisuudet aktiivilieteprosessia käyttävillä yhdyskuntajätevedenpuhdistamoilla

Abstract

Yhdyskuntajätevedenpuhdistamot ovat merkittävä osa jätehuoltoa ja jäteveden puhdistusvaatimukset on kirjattu lakiin. Suomi on osana Pariisin ilmastosopimusta sitoutunut vähentämään kasvihuonekaasupäästöjään. Kunnianhimoisten ilmastotavoitteiden myötä päästövähennyspaineita kohdistuu myös jätehuoltosektoriin ja tätä myötä edelleen jätevedenpuhdistamoihin, joissa on tähän asti keskitytty haihduntapäästöjen sijaan laitosten energiankulutukseen ja varmistamaan mahdollisimman tehokas puhdistustulos. Jätevedenpuhdistamoilla syntyvää hiilijalanjälkeä voidaan pienentää joko vähentämällä prosessien energiankulutusta, lisäämällä tuotetun energian määrää tai vähentämällä prosesseissa syntyviä haihduntapäästöjä. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tutkia aktiivilieteprosessiin perustuvilla yhdyskuntajätevedenpuhdistamoilla syntyviä kasvihuonekaasupäästöjä ja niiden syntypaikkoja sekä muodostumista. Tämän jälkeen etsitään alan kirjallisuuslähteistä keinoja, joilla mahdollisia haihduntapäästövähennyksiä olisi mahdollista saavuttaa. Jätevedenpuhdistusprosessi koostuu mekaanisesta, biologisesta ja kemiallisesta puhdistusosuudesta. Yleisin käytössä oleva biologinen puhdistusprosessi on niin sanottu aktiivilieteprosessi, jossa lietteen sisältämät mikrobit käyttävät jäteveden orgaanista ainetta ravinnokseen. Jätevedenpuhdistamoilla syntyvät haihduntapäästöt koostuvat dityppioksidista N₂O, metaanista CH₄ ja hiilidioksidista CO₂. Prosesseissa haihtuvia hiilidioksidipäästöjä ei IPCC:n linjausten mukaisesti lasketa mukaan laitosten kasvihuonekaasupäästöihin, koska jäteveden orgaaninen aines ei ole fossiiliperäistä. Dityppioksidipäästöistä jopa 90 % muodostuu aktiivilieteprosessin ilmastusaltaissa nitrifikaation ja denitrifikaation seurauksena. Metaanipäästöistä arviolta 75 % on peräisin lietteenkäsittelyprosessista ja etenkin primääri- ja sekundäärilietteen anaerobisesta mädätyksestä. Metaanin lämmityspotentiaali ilmakehässä on 84- ja dityppioksidilla 264-kertainen hiilidioksidiin verrattuna. Lisääntynyt kasvihuonekaasupitoisuus ilmakehässä lisää Maasta avaruuteen säteilevän infrapunasäteilyn absorboitumista ilmakehään, jolloin entistä suurempi osa lämpösäteilystä palaa Maan pinnalle nostaen keskilämpötilaa. Dityppioksidipäästöjä voidaan vähentää optimoimalla ilmastusprosessin toimintaa, jolloin olosuhteet pysyvät nitrifikaatiolle ja denitrifikaatiolle optimaalisina eikä dityppioksidipäästöjä pääse muodostumaan liikaa. Vaihtoehtoisesti dityppioksidipäästöt voidaan ohjata erilaisten biosuodattimien läpi, jolloin voidaan saavuttaa jopa 75–99 % reduktio. Tutkimuksessa on myös uudenlaisia ja entistä tehokkaampia typenpoistoprosesseja, jotka perustuvat metaanin hapettamiseen dityppioksidilla CANDO-prosessissa, anaerobiseen mikrobien hyödyntämiseen Anammox-prosessissa tai mikrolevien käyttöön. Metaanipäästöjen vähentämiseksi voidaan käyttää jo yleisesti käytössä olevaa ylijäämämetaanin ja -biokaasun soihtupolttoa. Kehitteillä on lisäksi menetelmiä myös metaanin hapetukseen kaasufaasista biosuodattimien avulla. Kirjallisuuskatsauksen perusteella kasvihuonekaasupäästöt vaihtelevat hyvin paljon laitoksittain ja riippuvat voimakkaasti myös jäteveden koostumuksesta ja fysikaalisista ominaisuuksista. Vaikka jätevedenpuhdistamoiden kasvihuonekaasupäästöt ovat yhteiskunnallisessa mittakaavassa pienet, ne ovat merkittävä osa jätehuoltosektorin päästöistä. Päästöjä on mahdollista pienentää merkittävästi jo olemassa olevilla laitoksilla ja haihduntapäästöt tulisi ehdottomasti huomioida tulevien investointien ja laitosten suunnittelussa. Huomioitavaa on kuitenkin myös se, ettei haihduntapäästöjä huomioidessa voi unohtaa myöskään laitosten puhdistustehoa ja energiatehokkuutta.