Biokaasuteknologian ja polton vertailu puhdistamolietteen käsittelyssä

Abstract

Globaalin kaupungistumisen myötä kasvavat lietemäärät vaativat yhä tehokkaampaa käsittelyä ja hyödyntämistä. Yhdyskuntien jätevedenpuhdistamoilta peräisin oleva puhdistamoliete sisältää kaikki jätevedestä poistetut haitta-aineet ja ravinteet, jotka vaikuttavat lietteen käsittelyyn ja käsittelyjäännöksen hyödyntämiseen. Tässä työssä tutkitaan kahta eri lietteen käsittelymenetelmää ja verrataan niiden kykyä poistaa haitta-aineita ja ottaa talteen ravinteita. Lisäksi tutkitaan käsittelyjäännöksien hyödyntämisen mahdollisuuksia ja haasteita. Työn tavoite on selvittää puhdistamolietteen haitta-aineiden ja ravinteiden vaikutus käsitellyissä menetelmissä, ja verrata niiden soveltuvuutta puhdistamolietteen käsittelyyn. Työssä tarkasteltavat menetelmät ovat biokaasun tuotanto ja lietteen poltto. Kirjallisuustutkimuksessa esitellään puhdistamolietteen muodostumisen periaate. Käsitellyille menetelmille esitetään tekniikan perusteet ja tarkastellaan biokaasun tuotannon ja polton yleistä käyttöä globaalilla tasolla sekä Suomessa. Molemmista menetelmistä käsitellään käytetyimmät tekniikat, joka biokaasun tuotannossa on lietteen hapettomissa olosuhteissa tapahtuva mädätys, ja lietteen erillispoltossa leijupeti- sekä arinapoltto. Menetelmiä verrataan perustuen niiden kykyyn poistaa lietteen haitta-aineita ja mahdollisuuteen hyödyntää käsittelyjäännös, eli mädäte ja tuhka. Tutkimus osoittaa, että puhdistamolietteen käsittelymenetelmien vertailu on olennaista etenkin käsittelyjäännöksen hyödyntämisen kannalta. Biokaasun tuotannolla voidaan tukea uusiutuvien energianlähteiden käyttöä sekä hyödyntää prosessissa saatavaa mädätettä esimerkiksi lannoitekäytössä ja näin ollen korvata teollisesti tuotettuja lannoite- ja fosforivalmisteita. Poltolla puolestaan pystytään poistamaan tehokkaasti puhdistamolietteen haitta-aineet, mutta proses-sissa syntyvän tuhkan hyödyntäminen on vielä merkittävä haaste. Tutkimuksen perusteella paras vaihtoehto puhdistamolietteen käsittelylle on biokaasun tuotannon ja lietteen polton käyttö rinnakkaisina menetelminä. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi tuottamalla lietteestä ensin biokaasua, jonka jälkeen saatu mädäte poltetaan. Toinen vaihtoehto menetelmien rinnakkaiselle hyödyntämiselle on lietteen suorapoltossa syntyneen tuhkan hyödyntäminen mädätysprosessissa. Sillä voidaan nostaa metaanin tuotantoastetta. Menetelmien yhdistäminen vaatii keskisuuren tai suuren laitoskoon, jotta toiminta on energiatehokasta ja taloudellisesti kannattavaa. Tutkimuksessa todetaan lietteen suorapolton olevan mädätteen polttoa edullisempi menetelmä, koska orgaanisen aineksen muuttuminen metaaniksi laskee lietteen tehollista lämpöarvoa merkittävästi. Myöskään pelkkä biokaasun tuottaminen puhdistamolietteestä ei ole paras mahdollinen käsittelymenetelmä, koska tällä hetkellä biokaasun tuotantoaste on melko alhainen. Tulevaisuudessa menetelmien yhdistäminen on mahdollista suuremmilla laitoksilla, mutta pienemmillä laitoksilla on kannattavampaa soveltaa vain yhtä lietteen käsittelymenetelmää.