Lämmöntalteenotto harmaista vesistä: Syntypaikkaeroteltujen harmaiden vesien vertailu kotitalouksien jätevesiin

Abstract

Rakennusten lämmitys vie lähes kolmasosan Suomen energiankulutuksesta, ja myös käyttöveden lämmitykseen kuluu huomattavasti energiaa. Lämmityksen energiankulutuksen vähentämiseksi jätevesien sisältämää lämpöenergiaa voidaan hyödyntää kotitalouksissa käyttöveden tai rakennuksen lämmittämisessä. Tässä työssä käsitellään lämmöntalteenottoa syntypaikkaerotelluista harmaista vesistä. Harmailla vesillä tarkoitetaan kotitalouksien jätevesiä, jotka ovat peräisin esimerkiksi keittiöstä ja hygieniakäytöstä. WC:stä peräisin olevat mustat vedet eivät kuulu harmaisiin vesiin. Tavoitteena on selvittää, soveltuvatko harmaat vedet kotitalouksien jätevesiä paremmin lämmöntalteenottoon. Lisäksi tavoitteena on selvittää, miten harmaista vesistä otetaan lämpöä talteen ja miten lämmöntalteenotto vaikuttaa harmaiden vesien käsittelyyn. Työ toteutetaan kirjallisuuskatsauksena. Lisäksi tavoitteena on havainnollistaa harmaiden vesien lämmöntalteenottopotentiaalia laskennallisesti käsittelemällä osaa Tampereen Hiedanrannan tulevasta asuinalueesta.

Kotitalouksien jätevesistä suurin osa, noin 85 %, on harmaita vesiä. Harmaiden vesien syntypaikkaerottelussa ravinnerikkaat mustat jätevedet johdetaan erilleen puhtaammista harmaista vesistä. Seurauksena harmaiden vesien kiintoaine- ja ravinnepitoisuus on huomattavasti pienempi kuin sekaisin johdetuissa kotitalouksien jätevesissä. Harmaat vedet sisältävät noin 60 % kotitalouksien jätevesien orgaanisesta aineesta, 7 % kokonaistypestä ja 19 % kokonaisfosforista. Harmaiden vesien laadussa ja määrässä esiintyy kuitenkin huomattavaa ajallista ja paikallista vaihtelua, sillä esimerkiksi keittiöstä peräisin olevat jätevedet voivat sisältää paljon orgaanista ainesta. Harmaiden vesien suhteellisen matalan kiintoaine- ja ravinnepitoisuuden seurauksena vesien käsittelyprosesseilta vaadittu teho ei ole niin suuri kuin kotitalouksien jätevesillä.

Kotitalouksista lähtevien jätevesien lämpötila on noin 20 °C. Harmaiden vesien lämpötila on keskimäärin korkeampi. Lämmöntalteenotolla voidaan laskea jätevesien lämpötilaa 2–20 °C. Jätevedenkäsittelyssä vesien lämpötilalla on merkittävä vaikutus biologisten prosessien, kuten typenpoiston, toimintaan. Kotitalouksien jätevesien lämmöntalteenottopotentiaali on harmaita vesiä rajoitetumpi, jotta aktiivilieteprosessin toiminta ei häiriinny ja saavutetaan Valtioneuvoston yhdyskuntajätevesiasetuksen mukainen typenpoiston tehokkuus. Typenpoiston tehokkuus on määritetty sille ajalle, kun jätevesien lämpötila on yli 12 °C. Harmaiden vesien pienemmän ravinnepitoisuuden takia käsittelyn laatutavoitteet on mahdollista saavuttaa matalammissakin lämpötiloissa keinotekoisten kosteikkojen tai kalvobioreaktoreiden avulla. Keinotekoisten kosteikkojen ja kalvobioreaktoreiden käyttö harmaiden vesien puhdistuksessa Suomen ilmastossa vaatii kuitenkin lisää tutkimusta.

Harmaista vesistä voidaan ottaa lämpöä talteen passiivisesti lämmönvaihtimilla tai hyödyntämällä lämpöpumppua. Tampereen Hiedanrannan tulevalla asuinalueella kiinteistökohtainen lämmöntalteenotto harmaista vesistä lämmönvaihtimia hyödyntäen voisi potentiaalisesti kattaa noin 13 % kiinteistöjen lämmitystarpeesta. Vastaavasti noin 6 % kiinteistöjen lämmöntarpeesta voidaan kattaa, jos lämmönlähteenä käytetään kotitalouksien jätevesiä. Harmaiden vesien aiheuttama lämmönvaihdinten likaantuminen ja sen vaikutus lämmönsiirron tehokkuuteen vaatii lisää tutkimusta. Oletettavasti harmaat vedet kuitenkin aiheuttavat vähemmän likaantumista kuin kotitalouksien jätevedet niiden pienemmän kiintoaine- ja ravinnepitoisuuden takia.