Mikrosiivilöinti jätevedenpuhdistamon esikäsittelyvaiheena – vaikutusten arviointi staattisen mallinnuksen avulla
Nissinen, Petri Veli Tuomas (2017)
Nissinen, Petri Veli Tuomas
2017
Ympäristö- ja energiatekniikka
Teknis-luonnontieteellinen tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-11-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201710262080
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201710262080
Tiivistelmä
Tässä työssä selvitettiin mikrosiivilöinnin kokonaisvaikutuksia jätevedenpuhdistamossa prosessin toiminnan, puhdistamon taloudellisuuden ja ravinteiden talteenoton kannalta. Mikrosiivilän vaikutuksien tutkimiseksi luotiin laskentamalli, jolla tutkittiin puhdistamoprosessin toimintaa erilaisilla esikäsittelymenetelmillä. Kohdelaitoksena käytettiin Nokian Vesi Oy:n suunnitteilla olevaa uutta jätevedenpuhdistamoa ja jäteveden ominaisuuksien lähtötietoina Nokian Kullaanvuoren jätevedenpuhdistamon tietoja.
Mallinnetun prosessin sisältämät yksikköprosessit ovat hiekanerotus, esikäsittely, denitrifikaatio-nitrifikaatioprosessi, jälkisuodatus ja lietteen tiivistys. Esikäsittelymenetelmänä voidaan käyttää vaihtoehtoisesti esiselkeytystä tai mikrosiivilöintiä. Mikrosiivilän toiminta mallissa kalibroitiin Kullaanvuoren puhdistamolla tehtyjen pilot-koeajojen pohjalta. Mallin sisällytettiin jätevedenpuhdistamon sisäisten palautuskiertojen lisäksi myös mädätteen rejektiveden laskenta. Malli luotiin Excel-taulukkolaskentapohjalle, ja jätevesi parametrisoitiin käyttäen 21 jäteveden koostumusta kuvaavaa parametria. Yksikköprosessien laskenta tehtiin kirjallisuudessa esitettyihin laskentatapoihin ja tyypillisiin toimintaparametreihin perustuen. Luotu malli sisältää prosessin mitoituksen, materiaalitaseiden laskennan ja energian sekä kemikaalien kulutuksen laskennan.
Mallilla tehtiin vertailu, johon sisällytettiin viisi tapausta erilaisilla esikäsittelymenetelmillä ja saostuskemikaloinneilla. Lisäksi vertailuun otettiin tapaus, jossa mikrosiivilöinnin tehokkuus oletettiin kirjallisuuden pohjalta pilot-kokeita korkeammaksi ja tapaus, jossa mädätyksen rejektivedestä poistettiin typpeä ennen palautusta puhdistamoprosessin alkuun. Tapauksien vertailussa tarkasteltiin ilmastusaltaiden tilavuutta, lietteentuottoa, metaanintuottopotentiaalia, lietteen ravinnemääriä, sähkön ja kemikaalien kulutusta sekä käyttökustannuksia.
Partikkelimaista ainetta tehokkaasti poistavat esikäsittelytekniikat saavuttivat useita etuja tehottomampiin verrattuna. Tehokkaasti toimivalla mikrosiivilöinnillä tarvittava ilmastusaltaan tilavuus oli 22–29 % pienempi ja ilmastuksen energiankulutus 17–23 % pienempi kuin esiselkeytyksellä. Tehokkaasti toimivalla mikrosiivilällä lietteeseen sitoutui 13 - 20 % enemmän haihtuvaa kiintoainetta (VSS), lietteen arvioitu metaanintuottopotentiaali oli 21–31 % korkeampi ja lietteeseen sidotun typen määrä 16–24 % korkeampi kuin esiselkeytyksellä. Fosforin määrä lietteessä oli riippumaton esikäsittelymenetelmästä, ja 66–71 % siitä oli metalliin sidottuna riippumatta metallin syöttöpisteistä prosessissa. Pilot-kokeiden mukaisilla tuloksilla mikrosiivilä saavutti vähemmän etuja esiselkeytykseen verrattuna. Merkittävimmät erot olivat metaanintuottopotentiaalissa, joka oli korkein mikrosiivilöinnillä polymeeriä käytettäessä, ja käyttökustannuksissa, jotka olivat mikrosiivilöinnillä 9 – 15 % korkeammat kuin esiselkeytyksellä. Mädätyksen rejektiveden poistolla saavutettiin etuja kemikaalien ja sähkön kulutuksessa. Denitrifikaation kapasiteetin riittävyyden ja ulkoisen hiilenlähteen tarpeen havaittiin olevan kriittinen puhdistusprosessin kokonaistaloudellisuuden kannalta.
Mallinnetun prosessin sisältämät yksikköprosessit ovat hiekanerotus, esikäsittely, denitrifikaatio-nitrifikaatioprosessi, jälkisuodatus ja lietteen tiivistys. Esikäsittelymenetelmänä voidaan käyttää vaihtoehtoisesti esiselkeytystä tai mikrosiivilöintiä. Mikrosiivilän toiminta mallissa kalibroitiin Kullaanvuoren puhdistamolla tehtyjen pilot-koeajojen pohjalta. Mallin sisällytettiin jätevedenpuhdistamon sisäisten palautuskiertojen lisäksi myös mädätteen rejektiveden laskenta. Malli luotiin Excel-taulukkolaskentapohjalle, ja jätevesi parametrisoitiin käyttäen 21 jäteveden koostumusta kuvaavaa parametria. Yksikköprosessien laskenta tehtiin kirjallisuudessa esitettyihin laskentatapoihin ja tyypillisiin toimintaparametreihin perustuen. Luotu malli sisältää prosessin mitoituksen, materiaalitaseiden laskennan ja energian sekä kemikaalien kulutuksen laskennan.
Mallilla tehtiin vertailu, johon sisällytettiin viisi tapausta erilaisilla esikäsittelymenetelmillä ja saostuskemikaloinneilla. Lisäksi vertailuun otettiin tapaus, jossa mikrosiivilöinnin tehokkuus oletettiin kirjallisuuden pohjalta pilot-kokeita korkeammaksi ja tapaus, jossa mädätyksen rejektivedestä poistettiin typpeä ennen palautusta puhdistamoprosessin alkuun. Tapauksien vertailussa tarkasteltiin ilmastusaltaiden tilavuutta, lietteentuottoa, metaanintuottopotentiaalia, lietteen ravinnemääriä, sähkön ja kemikaalien kulutusta sekä käyttökustannuksia.
Partikkelimaista ainetta tehokkaasti poistavat esikäsittelytekniikat saavuttivat useita etuja tehottomampiin verrattuna. Tehokkaasti toimivalla mikrosiivilöinnillä tarvittava ilmastusaltaan tilavuus oli 22–29 % pienempi ja ilmastuksen energiankulutus 17–23 % pienempi kuin esiselkeytyksellä. Tehokkaasti toimivalla mikrosiivilällä lietteeseen sitoutui 13 - 20 % enemmän haihtuvaa kiintoainetta (VSS), lietteen arvioitu metaanintuottopotentiaali oli 21–31 % korkeampi ja lietteeseen sidotun typen määrä 16–24 % korkeampi kuin esiselkeytyksellä. Fosforin määrä lietteessä oli riippumaton esikäsittelymenetelmästä, ja 66–71 % siitä oli metalliin sidottuna riippumatta metallin syöttöpisteistä prosessissa. Pilot-kokeiden mukaisilla tuloksilla mikrosiivilä saavutti vähemmän etuja esiselkeytykseen verrattuna. Merkittävimmät erot olivat metaanintuottopotentiaalissa, joka oli korkein mikrosiivilöinnillä polymeeriä käytettäessä, ja käyttökustannuksissa, jotka olivat mikrosiivilöinnillä 9 – 15 % korkeammat kuin esiselkeytyksellä. Mädätyksen rejektiveden poistolla saavutettiin etuja kemikaalien ja sähkön kulutuksessa. Denitrifikaation kapasiteetin riittävyyden ja ulkoisen hiilenlähteen tarpeen havaittiin olevan kriittinen puhdistusprosessin kokonaistaloudellisuuden kannalta.