TUTKIMUS SALON KESKUSJÄTEVEDENPUHDISTAMON RAVINTEIDEN POISTON TEHOSTAMISTOIMENPITEISTÄ

Transkriptio

1 153/ /2015 Liikelaitos Salon Vesi Keskusjätevedenpuhdistamo Aquaflow Oy TUTKIMUS SALON KESKUSJÄTEVEDENPUHDISTAMON RAVINTEIDEN POISTON TEHOSTAMISTOIMENPITEISTÄ WATER TECHNOLOGIES AQUAFLOW Head office: P.O.Box 116, Kirkkokatu 7 B, FIN SAVONLINNA, FINLAND off (0) fax +358 (0) Ruosilantie 1 A, FIN HELSINKI, FINLA ND Lisenssikatu 11, FIN NAANTALI, FINLAND

2 SISÄLTÖ: 1. Johdanto Laitokselta lähtevän veden laatu ja lupaehdot Laitokselle tulevan veden määrä v Ennustetut laitoksen kuormitusmuutokset Jälkidenitrifikaatioprosessin tehostaminen Biostyr suodattimen tekninen tarkastus Rakenne- ja koneistotekniikka Prosessitekniikka Automaatio Yhteenveto jälkidenitrifikaatioprosessin tehostamistoimenpiteistä Alustava hinta-arvio Biostyr-laitoksen tehostamisesta Sisäisen typpikierron hallinnan parantaminen Sisäisen typpikierron määrä ja sen vaikutukset puhdistusprosessiin ANITA Mox prosessi ANITA Mox prosessin pilottikokeet ANITA Mox pilottikokeiden tulokset ANITA Mox pilottikokeiden yhteenveto ANITA Mox prosessin mitoitus Prosessisuunnittelu ANITA Mox prosessin alustava hinta-arvio Fosforin poiston tehostaminen jälkikäsittely-yksiköllä Hydrotech-kiekkosuodattimen pilottikokeet Pilottilaitteiston toiminta Pilottikokeiden tulosten yhteenveto Hydrotech-kiekkosuodattimen mitoitus jälkikäsittelyyn Hydrotech-kiekkosuodattimen toimintaperiaate Hydrotech-kiekkosuodatinlaitoksen alustava hinta-arvio Hydrotech-kiekkosuodatinlaitoksen käyttökulut Yhteenveto ja toimenpidesuositukset LIITTEET Liite 1. Hydrotech-kiekkosuodattimen pilottikoe: fosforinpoiston tehostaminen jälkikäsittelyllä 2 (41)

3 YLEISTÄ Hankkeessa selvitetään nykyisen puhdistamon ravinteiden poiston tehostamista sekä typen, että fosforin osalta 1. Typen osalta kartoitetaan nykyisen jälkidenitrifikaatioprosessin toiminta ja ne toimenpiteet millä jälkidenitrifikaatioprosessia saadaan tehostettua. Selvityksen tuloksena tehdään toimenpideohjelma investointi- ja käyttökustannuksineen nykyisen jälkidenitrifikaatioprosessin toiminnan tehostamisesta ja arvio saavutettavista typenpoistotuloksista Tehostamalla nykyisen biologisen suodattimen toimintaa, voitaisiin mahdollisesti pienellä investoinnilla ja vähäisellä käyttökustannuksen lisäyksellä varmistaa laitoksen riittävä typenpoistotehokkuus myös uusien lupaehtojen asettamien vaatimusten mukaan 2. Lisäksi typen osalta selvitetään laitoksen sisäisen typpikierron hallintamahdollisuuksien parantamista. Tuloksena on yleissuunnitelma sisäisen typpikuorman hallinnan parantamistoimenpiteistä investointi- ja käyttökustannuksineen. Selvittämällä sisäisen typpikierron suuruus ja sen pienentämismahdollisuuden ja vaikutus käyttökuluihin saadaan laskettua ko. investoinnin takaisin maksuaika ja voidaan arvioida investoinnin mielekkyyttä. Osaltaan pienentynyt typen sisäinen kierto varmistaa pienemmät typpipäästöt 3. Fosforin poiston tehostamiseksi tutkitaan jälkikäsittelyosan toimivuutta ja tehokkuutta kokonaisfosforikuorman pienentämiseksi. Tuloksena on raportti fosforin poiston tehostamisesta jälkikäsittelyssä, sekä yleissuunnitelma jälkikäsittelyn investoinnista ja käyttökuluista. Jälkikäsittelyselvityksellä varmistetaan tekniikan toimivuus ja tehokkuus fosforin poitossa myös jälkidenitrifikaation jälkeiselle vedelle ennen mahdollista investointia 3 (41)

4 1. Johdanto Liikelaitos Salon Veden nykyisin voimassaolevat lupaehdot (2006) edellyttävät, että laitokselta lähtevän veden kokonaisfosfori on alle 0,5 mg/l ja laitoksen kokonaisfosforin poistoteho on vähintään 95%. Lisäksi todetaan, että kokonaisfosforin osalta käytön tavoitteena on oltava fosforipitoisuus alle 0,3 mg/l. Etelä-Suomen Aluehallintovirasto on antanut Salon jätevedenpuhdistamolle uudet lupaehdot (Dnro EASVI/26/04.08/2010), jotka astuvat voimaan vuoden 2017 alusta. Uuden lupaehdon mukaan kokonaisfosforin on oltava lähtevässä vedessä alle 0,3 mg/l ja vastaavasti laitoksen puhdistustehon fosforin osalta on oltava yli 95%. Puhdistusarvot lasketaan neljännesvuosikeskiarvona. Typenpoiston tehokkuusvaatimus (kokonaistypen poistoteho >70% vuosikeskiarvona) pysyy ennallaan uusissa lupaehdoissa, ja se on saavutettu hyvin jo nykyiselläkin typenpoistoprosessilla. Nitrifikaatio on ollut laitoksella riittävän tehokas ympärivuoden, mutta uusi kokonaistypen pitoisuusvaatimus <10 mg/l edellyttää nykyisen Biostyr-jälkidenitrifikaatiolaitoksen kapasiteettilisäystä sekä joitakin prosessin ohjaustapamuutoksia. Vaihtoehtona Biostyr-DN-laitoksen kapasiteetin lisäykselle on koko laitoksen sisäisen typpikierron vähentäminen. Biokaasulaitoksen rejektivedet voidaan käsitellä erikseen niille suunnitellulla tekniikalla (Anammox), jolloin typpikuorma alenee sekä nitrifikaatioon että denitrifikaatioon. Uusien lupaehtojen mukaisen fosforipitoisuuden saavuttaminen nykyisellä laitoksella on suurimman osan vuodesta mahdollista, mutta ongelmia on ollut suurien virtaamavaihteluiden seurauksena. Lisäksi tulokuormituksen ennustetaan kasvavan, kun jätevedenpuhdistusta keskitetään Salon keskusjätevedenpuhdistamolle. Fosforinpoistoa voidaan tehostaa mm. erilaisilla jälkikäsittelytekniikoilla, joita ovat esimerkiksi kemikaaleilla tehostettu mikrosuodatus ja perinteisempi hiekkasuodatus. Mikrosuodatuksen etuja ovat mm. pienempi tilantarve ja alhaisempi energian kulutus verrattuna hiekkasuodatukseen. Laitokselle johdettavan vesimäärän ennustetaan kasvavan kun pieniä aluepuhdistamoita lakkautetaan ja uusia siirtoviemäreitä rakennetaan. Kriittistä on, pystytäänkö verkostosaneerauksella joko pienentämään tulevia vesimääriä, tai ainakin hillitsemään niiden kasvua. Edellä mainituista syistä johtuen Salon jätevedenpuhdistamolla tutkitaan eri vaihtoehtoja nykyisen laitoksen saneeraukseen, ja nykyisten prosessin tehostamiseen. Tämä raportti on Varsinais-Suomen ELY-keskuksen rahoittaman ravinteiden poiston tehostamisprojektin loppuraportti: VAR Itämerirahaa jätevedenkäsittelyn tehostamiseen. Hankkeessa selvitettiin ja suunniteltiin toteutettavia tehostamistoimenpiteitä, joilla nykyisestä puhdistamosta saataisiin mahdollisimman hyvä puhdistustulos erityisesti fosforin- ja typenpoiston osalta. 4 (41)

5 1.1. Laitokselta lähtevän veden laatu ja lupaehdot Taulukko 1. Keskimääräinen käsitellyn veden puhdistustulos vuonna 2013 neljännesvuosijaksottain ja lupaehdot v.2013 ja 2017 Parametri Laatu I/IV II/IV III/IV IV/IV Lupa, nykyinen Lupa 2017 BOD 7 ATU mg/l 5,9 4,9 8,9 8,6 <10 <10 % 98,4 97,6 92,8 91,3 >95 >95 COD Cr mg/l <125 <60 % 95,9 91,0 84,2 72,0 >75 >90 Kiintoaine mg/l 3,4 4,0 2,4 1,3 <35 <15 % 99,3 97,8 97,8 97,2 >90 >95 Kok-N mg/l 12,3 11,9 11,1 13,5 -- <10 % 83,1 75,8 80,5 65,0 >70 >70 NH 4 -N mg/l 0,7 2,0 0,2 0,5 <4 - % 99,1** 95,8** 99,7** 98,6** >90 - Kok-P mg/l 0,25 0,26 0,25 0,23 <0,5 (<0,3)* <0,3 % 98,1 97,3 96,2 94,6 >95 >95 *) Käytön tavoitteena oltava fosforipitoisuus <0,3 mg/l **) Nitrifikaatioaste kokonais-% 1) Salon jätevedenpuhdistamon tarkkailututkimusten neljännesvuosi- ja vuosiyhteenvedot 2013 Nitrifikaatioaste on ollut erinomainen muulloin paitsi II vuosineljänneksellä, joskin silloinkin se täyttää hyvin nykyiset lupaehdot. Kokonaistypen määrä lähtevässä vedessä ylittää uuden lupaehdon raja-arvon, 10 mg/l, jokaisella vuosineljänneksellä. Kokonaisfosforin pitoisuudet täyttävät myös uuden lupaehdon vaatimukset Laitokselle tulevan veden määrä v.2013 Tulevan veden virtaama vaihtelee vuodenaikojen mukaan merkittävästi. Vuorokauden sisällä yöaikaan virtaama on alimmillaan alle 100 m 3 /h. Q, kokonaisvirtaama m 3 /v (2013) q, keskiarvo m 3 /d q, maksimivirtaama m 3 /d q, minimi m 3 /d 5 (41)

6 Kuva 1. Salon jätevesilaitos, tulevan veden virtaama vuonna 2013 m3/d Salon jätevedenpuhdistamo Tulevan veden vuorokausivirtaamat v d Salon jätevedenpuhdistamolle on ominaista verrattain suuret virtaamavaihtelut sekä eri vuodenaikojen aikana (kevät ja syksy), että vuorokauden sisällä: yöaikana virtaama putoaa lähes olemattomaksi. Koko laitoksen ohituksia ei ole kuitenkaan ollut v Virtaamien suuret vaihtelut asettavat haasteita nykyisen prosessin hallinnalle. Virtaamien tasaukseen voitaisiin käyttää laitoksen vanhaa n. 35 ha:n lammikkopuhdistamoa. Lammikkopuhdistamo toimii tänä päivänä lähinnä varayksikkönä ja varastoaltaana. Lammikkopuhdistamossa 10 cm pinnan nousu vastaa m 3 :n vesitilavuutta. Tämä pinnanvaihtelu vastaa v aikana esiintyneitä vuorokauden huippuvirtaama-arvoja. Lammikkopuhdistamon muutos toimivaksi tasausaltaaksi edellyttäisi vesijohtojen ja pumppujen uudelleen suunnitelun ja pumppausautomatiikan kytkemisen nykyiseen ohjausjärjestelmään. Virtaaman tasaus parantaisi prosessin toimivuutta kokonaisuutena ja helpottaisi prosessiajoa. Vaihtoehtoisesti virtaaman tasaus voitaisiin tehdä viemäriverkostossa. Viemäriverkostossa toetutettavalla tasauksella saavutettaisiin myös muita etuja, kuten jäteveden pumppauksen parempi energiatehokkuus ja mahdolliset säästöt siirtoviemäreiden putkikooissa Ennustetut laitoksen kuormitusmuutokset Salon seudun vesihuollon kehittämissuunnitelman (Pöyry, 2010) mukaan kaikki liitoskuntien (Perniö, Kisko, Kuusjoki, Muurla, Mathildedal, Teijo, Särkisalo ja Suomusjärvi) puhdistamot lakkautetaan vaiheittain ja jätevedet johdetaan käsiteltäväksi keskusjätevedenpuhdistamolle. Vuoden 2008 jätevesimääristä liitoskuntien jätevedet edusti n. 12,5%:a Liikelaitos Salon veden jätevesimäärästä. 6 (41)

7 Jätevesiviemärin liittymisasteen ennustetaan nousevan lineaarisesti 80%:iin vuoteen 2030 mennessä (v n. 73%). Liittymisasteen nousu 80%:iin edellyttäisi Salon keskuspuhdistamon kapasiteetin lisäystä. Jätevesien käsittelyn keskittäminen aluepuhdistamoilta keskuspuhdistamolle edellyttäisi merkittävää vuotovesien määrän vähentämistä vuotovesien osuus käsitelystä jätevedestä on tällä hetkellä lähes 50%:a. Viemäriverkoston saneerauksella pystyttäisiin vähentämään merkittävästi laitoksen hydraulista kuormaa. Seuraavassa käydään tarkemmin läpi typenpoiston ja fosforinpoiston tehostamisvaihtoja. 7 (41)

8 2. Jälkidenitrifikaatioprosessin tehostaminen 2.1. Biostyr suodattimen tekninen tarkastus Tarkastuksen tarkoituksena oli tutkia Biostyr suodatinlaitoksen nykyinen toiminta ravinteiden poiston osalta ja selvittää, voidaanko suodatinlaitoksen kapasiteetia lisätä niin, että uudet entisiä tiukemmat lupaehdot pystytään saavuttamaan. Tarkastus suoritettiin: - perehtymällä suodatinlaitoksen toiminnasta Vera-tiedonkeruuohjelmistoon kerättyyn aineistoon - haastattelemalla puhdistamon käyttöhenkilökuntaa - perehtymällä puhdistamon ohjausautomaatioon - tarkkailemalla ja tutkimalla suodatinlaitoksen toimintaa paikan päällä 2.2. Rakenne- ja koneistotekniikka Seuraavassa kuvataan rakenne- ja koneistotekniikassa havaitut toimintaongelmat ja esitetään toimenpide-ehdotukset ongelmien korjaamiseksi. Suodatinlaitoksen tulopumppujen kapasiteetti: Suurilla virtaamilla Biostyr suodattimien tulopumppujen (yht. 3 kpl, 2 käytössä, yksi varalla) kapasiteetti ei riitä pumppaamaan suodatinlaitokselle niin paljon jätevettä kuin suodatinlaitos pystyisi ottamaan vastaan. Tulopumput pystyvät pumppaamaan runsaat 900 m 3 /h, kun suodatinlaitoksen hydraulinen kapasiteetti on m 3 /h. Tämä aiheuttaa suurilla virtaamilla suodattimen ohituksen pumppaamosta ja lisää näissä tilanteissa koko laitoksen ravinnepäästöjä. Toimenpide-ehdotus: Suodattimen syöttölinjassa on staattinen putkisekoitin, jolla varmistetaan metanolin hyvä sekoittuminen DN-soluille johdettavaan veteen. Tämän putkisekoittimen aiheuttamasta painehäviöstä ei ole saatavilla tietoa, mutta se vaikuttaa osaltaan tulopumppujen kapasiteettiin. Jotta tulopumppujen mitoitukselle saadaan luotettavat lähtötiedot, ehdotamme painemittarien tai lähettimien asentamista syöttölinjassa olevan putkisekoittajan tulo- ja lähtöpuolelle. Mittauksella saadaan selville kuinka suuren painehäviön ko. sekoitin aiheuttaa eri virtauksilla. Mikäli sekoittimen painehäviö on kohtuuttoman suuri, tulee harkita sekoittimen sisäisen rakenteen muuttamista tai sen korvaamista uudella. 8 (41)

9 Tämän selvityksen ja toimenpiteiden jälkeen tulee selvittää, voidaanko nykyiset tulopumput varustaa suuremmilla, tehokkaammilla juoksupyörillä ja paljonko lisäkapasiteettiä näillä toimenpiteillä saadaan. Mikäli em. lisäkapasiteetti ei riitä, tulee nykyiset pumput korvata uusilla, tehokkaammilla pumpuilla. Fosforihappopumppu: Biostyr suodattimelle syötetään fosforihappoa tarvittaessa. Tällä varmistetaan, että kantoaineprosessin biofilmi saa kasvua varten riittävästi liukoista fosforia. Fosforihapon syöttöpumppu oli rikkoutunut ja vaihdettu tuotoltaan erilaiseen pumppuun kuin alkuperäinen pumppu. Fosforihapon syöttölinjassa ei ole virtausmittaria vaan syötön määrä on säädetty automaatioon syöttöpumpun (kalvopumppu) max. iskutilavuuden ja taajuuden mukaan. Alkuperäisestä pumpusta poikkeavalla iskutilavuudella ja iskutaajuudella varustettu pumppu ei syötä oikeaa happomäärää ellei automaatioasetuksia säädetä ko. pumpun mukaisiksi. Toimenpide-ehdotus: Uuden pumpun tekniset tiedot selvitetään ja muutetaan automaatioon oikeat arvot, jotta fosforihapon annostelu saadaan tarkemmaksi. Toimilaiteventtiilit: Pneumaattisissa toimilaiteventtiileissä on ollut jonkin verran toimintahäiriöitä ja toimilaitteita on jouduttu uusimaan. Mahdollisesti ongelmat ovat johtuneet venttiilien paineilman kosteudesta (ruostuminen). Venttiileiden luotettavalla toiminnalla on luonnollisesti ratkaiseva merkitys laitoksen toimintaan. Toimenpide-ehdotus: Paineilman kosteuspitoisuus tulee mitata eri vuodenaikoina (putki kulkee ulkona useita kymmeniä metrejä), ja tarvittaessa varustaa suodatuslaitos omalla paineilman kuivaimella. 9 (41)

10 Instrumentit ja analysaattorit: Instrumentit ovat pääsääntöisesti toimineet hyvin. Analysaattorit vaativat säännöllistä puhdistusta ja huoltoa. Instrumenttien ja analysaattoreiden luotettava toiminta on automaatiohjauksessa olevalle laitokselle kriittinen. Toimenpide-ehdotus: Instrumenttien ja analysaattorien säännöllinen tarkastus, puhdistus ja huolto tulee sisältyä koko laitoksen normaaleihin päivärutiineihin. Suodattimien suuttimet: Käyttäjät olivat tarkistaneet aiemmin suuttimien kunnon. Suuttimet olivat pysyneet puhtaina eikä niissä ollut havaittavissa vuotoja. Toimenpide-ehdotus: Suuttimet tulee tarkastaa pistokoemaisesti ja pestä/puhdistaa vuosittain 2-3 solusta. Samalla pestään suutinkansi ja solujen betoniseinät. Suodatusmassa: Salon Biostyr DN-suodattimiin on asennettu paksuudeltaan 2,0 m massapatja. Suodattimet ovat kuitenkin rakenteeltaan sellaisia, että niihin voidaan asentaa jopa 2,5 m massapatja (kapasiteettivaraus). Näkölaseista tehtyjen havaintojen mukaan suodatusmassaa on karannut suodattimista n. 10% alkuperäisestä määrästä eli noin 5,5 m 3 /suodatin, eli yhteensä n. 33 m 3 (6 suodatinta). Typenpoistokapasiteettina tämä tarkoittaa n. 33 kg/no 3 /d typenpoistokapasiteetin menetystä (n. 12,5% mitoituskapasiteetista) Toimenpide-ehdotus: Ehdotamme, että uutta massaa lisätään suodattimiin puuttuva 10 % + 20 cm eli yhteensä n. 11 m 3 /solu. Tällöin lisättävä kokonaismassamäärä on 66 m 3 joka vastaa nitraattitypen poistoteholtaan n. 66 kg/no 3 /d lisäystä nykyiseen tilanteeseen. 10 (41)

11 Pesuvesiallas: Pesuvesialtaan tarkastuksessa todettiin karanneen suodatusmassan pidättyneen pesuvesialtaaseen. Massa on sitoutunut altaan pohjalla olevaan lietteeseen ja osa on takertunut altaan seinämiin. Massaa ei ole juurikaan kulkeutunut pesuveden pumppauksen mukana laitoksen alkupäähän. Mikäli pesuvesialtaaseen päätyy liikaa massaa on riskinä, että se kulkeutuu pumppauksen mukana laitoksen alkupäähän ja jää kellumaan etuselkeytysaltaan pinnalle. Toimenpide-ehdotus: Pesuvesialtaassa oleva suodatusmassa on sinänsä käyttökelpoista ja se voitaisiin pesun jälkeen palauttaa suodattimiin. Vaihtoehtoisesti massa voidaan imeä pois imuautolla ja viedä kaatopaikalle. Kummassakin tapauksessa massa joudutaan pesemään painevesisuihkun avulla altaan seinämiltä ja kulmista, mikä edellyttää sisälle menoa altaaseen. Pesuvesialtaassa työskenneltäessä tulee noudattaa erityistä varovaisuutta. Altaan pohjalla oleva liete saattaa hapettomissa olosuhteissa muodostaa metaania ym. vaarallisia kaasuja. On huolehdittava riittävästä tuuletuksesta sekä kaasunilmaisimien ja/tai happilaitteiden käytöstä tarpeen mukaan. Suodatinlaitoksen pesuvesiventtiili on lukittava kiinni asentoon ja suodattimet otettava pois käytöstä pesuvesialtaassa työskentelyn ajaksi Prosessitekniikka Huomiot ja toimenpide-ehdotukset: Nitraattitypen poisto: Huolimatta suodatusmassan hävikistä laitos on toiminut nitraattitypen poiston osalta normaaliolosuhteissa erittäin hyvin. Laitosta on ajettu automaation ohjaamana ns. poistoprosentiasetuksen (75-80%) mukaan, jolloin asetettu %-osuus suodatinlaitokselle sisääntulevasta nitraattitypestä on poistettu. Riippuen sisääntulevan nitraattitypen konsentraatiosta ja virtaamasta uloslähtevä kokonaistyppikonsentraatio on vaihdellut 10 mg/l:n molemmin puolin. Mahdollinen uusi lupaehto N kok < 10 mg/l ei siis kaikissa tilanteissa tällä hetkellä toteudu. 11 (41)

12 Toimenpide-ehdotus: Ehdotus karanneen massamäärän korvaamisesta ja lisämassan asennuksesta lisäkapasiteetin saamiseksi on esitetty edellä rakenne- ja koneistotekniikan toimenpide-ehdotuksissa. Ehdotamme myös automaatio-ohjelmaan muutosta joka huomioi mahdollisen uuden kokonaistyppikonsentraation lupaehdon <10 mg/l ja ohjaa kaikissa tilanteissa laitosta siten, että molemmat lupaehdot sekä reduktio %, että max sallittu konsentraatio toteutuvat. Taustaa toimenpide-ehdotuksille: Biostyr laitos on mitoitettu nitraattityppikuormalle n. 362 kgno 3 /d ja poistamaan n. 265 kgno 3 /d. Mitoitus perustuu tulokonsentraatioon NO 3 = 26 mg/l, keskivirtaamaan 580 m 3 /h ja uloslähtevän NO 3 konsentraatioon 7 mg/l sekä siihen, että yksi solu on pois käytöstä (pesussa, huollossa tms.). Suodatusmassan poistokapasiteetiksi saadaan tällöin n. 0,97 kgno 3 /massa m 3 /d. Suodatinmassalle on vaadittu poistokapasiteetti 1,0 kgno 3 /mass m 3 /d jonka se myös hyvin pystyy poistamaan. Huomioiden suodattimista karanneen 10%:n massamäärän voidaan laskea, että em. perusteilla suodatinlaitoksen typenpoistokapasiteetti on tällä hetkellä = 232 kgno 3 /d jolloin kuormitus saisi olla n. 317 kgno 3 /d. Ehdotettu karanneen massamäärän korvaus (10%) ja 20 cm (10%) lisämassaa nostaisi typenpoistokapasiteetin arvoon 298 kgno 3 /d, kun yksi solu on poissa käytöstä (kuormitus voisi tällöin olla n. 408 kgno 3 /d) ja arvoon 358 kgno 3 /d kun kaikki solut ovat käytössä (kuormitus voisi olla n. 490 kgno 3 /d). Tarkastelujaksolla Verasta poimittu kuormitus on ollut keskimäärin 344 kgno 3 /d (maksimi 562 kgno 3 /d ja minimi 113 kgno 3 /d). Maksimikuormituksia on ollut erittäin harvoin. 500 kgno 3 /d kuormitus on tarkasteluajanjaksona ylittynyt ainoastaan neljänä päivänä. Automaatiomuutos on välttämätön koska automaatiossa ei nykyisellään ole ajomallia joka ohjaisi laitosta siten, että molemmat ehdot, sekä %-ehto, että konsentraatio < 10 mg/l ehto toteutuisivat yhtä aikaa. Suodatukseen tulevan veden happipitoisuus: Suodatukseen tulevan veden happipitoisuus vaikuttaa suoraan laitoksen typenpoistokapasiteettiin ja tarvittavaan metanolimäärään. 12 (41)

13 Denitrifikaatiobakteerit ovat fakultatiivisesti anaerobeja eli ne voivat käyttää soluhengitykseensä joko liukoista happea tai nitraattiin ja nitriittiin sitoutunutta happea. Ne suosivat liukoista happea, mutta jos sitä ei ole käytettävissä, käyttävät ne hapen asemesta nitriitin ja nitraatin sisältämää happea soluhengitykseensä. Eli denitrifilkaatio käynnistyy vasta, kun happipitoisuus on riittävän alhainen. Suodatettavan veden mukana tulevan hapen `poisto` tapahtuu suodatinpatjan alakerroksessa pienentäen typenpoistoon käytettävissä olevaa massatilavuutta. Hapenpoisto kuluttaa lisäksi metanolia n. 1,05 kg / kg O 2. Vuonna 2013 happi kulutti metanolia laskennallisest n. 19 t, joka vastaa 7% metanolin kulutuksesta (n /a). Suodatinlaitokselle tulevan veden happipitoisuus on etenkin pienten virtaamien aikana melko korkea. Tarkasteluajanjaksona keskimääräinen happipitoisuus on ollut 4,56 mg/l (max. 9,12 mg/l ja min. 0,41 mg/l). Liuenneen hapen konsentraation pitää olla alle 1 mg/l, jotta denitrifikaatio tapahtuu mahdollisimman tehokkaasti. Happipitoisuus jälkkiselkeyttimessä on erittäin pieni, mutta vesi ilmastuu pudotessaan poistokouruihin jälkiselkeyttimestä, ja edelleen virratessaan kouruista suodatinlaitoksen tuloputkeen, ja yhä edelleen pudotessaan pumppaamoon. Toimenpide-ehdotus: Happipitoisuuden vähentämiseksi tulee tutkia keinoja ja etsiä ratkaisu, jolla vesi saadaan siirtymään ilmastumatta jälkiselkeytyksestä suodatinlaitoksen tulopumppaamoon. Tämä vaatii erillistä ideointi- ja suunnitteluprojektia sekä kannattavuuslaskelmia. Suodattimissa keväisin esiintyvä mikrobikasvusto: Useana keväänä on todettu satunnaisesti joidenkin suodattimien pohjakerrokseen (aerobinen kerros) muodostuvan mikrobikasvustoa, joka pikkuhiljaa tukkii suodattimen ja estää sen normaalin käytön. Kasvuston poistaminen on osoittautunut erittäin hankalaksi ja tukkeutunutta suodatinta on jouduttu pitämään pois käytöstä pitkiä aikoja kasvuston näännyttämiseksi hapen ja ravinnonpuutteeseen. Normaaliin toimintaan palauttaminen on seisottamisen jälkeenkin vaatinut lukuisia peräkkäisiä pesuja. Kasvuston on epäilty olevan jälkiselkeytysaltaista lähtöisin olevaa levätyyppistä kasvustoa, jota voi alkaa muodostumaan suodattimien happipitoisessa pohjamassassa (vrt. ed.). Keväällä 13 (41)

14 auringon valomäärän lisääntymisellä on todennäköisesti vaikutusta kasvuston syntymiseen jälkiselkeytysaltaissa. Toimenpide-ehdotus: Kasvuston tyyppi, alkuperä ja esiintymisolosuhteet tulisi tutkia tarkemmin erillisen projektin yhteydessä. Suodattimien ajotapamuutoksilla (lisää pesuja, lisää lepotilassa olo-aikoja, vähemmän suodattimia käytössä jne.) pystytään todennäköisesti vaikuttamaan jonkin verran kasvuston syntymisherkkyyteen itse suodattimissa. Asia tutkiminen vaatii pitempikestoisia empiirisiä kokeiluja. Metanolin syöttö: Yönaikaisilla pienillä virtauksilla kierrätyksen ollessa käytössä typenpoistoteho kasvaa yli 90%:iin. Toimenpide-ehdotus: Metanolin annostelupumppujen ohjauksen automatiikkaan tulee tehdä muutos siten, että automatiikka pysäyttää syötön kun typenpoistoprosentti saavuttaa asetetun ylärajan ja käynnistää syötön uudelleen kun poistoprosentti on laskenut normaalille tasolle. Fosforihapon syöttö: Fosforihapon syöttöpumpun vaihdosta aiheutuvaa syöttövirhettä, ja automaatioon tehtävää korjausta on käsitelty jo rakenne- ja koneistotarkastelun yhteydessä. Fosforihapon syötölle on automaatioon jälkeenpäin lisätty syötön pysäytys ja käynnistysrajat lähtevän liukoisen fosforin mittauksen perusteella. Automaatioon on jäänyt kuitenkin tilastointivirhe: automaatio kyllä pysäyttää ja käynnistää syöttöpumpun, mutta laskee fosforihapon syöttömäärää myös annettujen rajojen ulkopuolella pumpun ollessa pysähdyksissä. Laskenta-arvot kirjautuvat sellaisenaan Veraan jolloin tilastoon tulee täysin väärää informaatiota tarvittavasta/käytetystä fosforihapon määrästä. Toimenpide-ehdotus: Fosforihapon syöttö automaatio-ohjelmaa tulee muuttaa siten, että se nollaa syöttömääränäytön silloin kun syöttö on katkaistuna. 14 (41)

15 Uusien päästörajojen myötä fosforihapon syöttöä tulee edelleen tarkentaa, jotta mahdolliset uudet raja-arvot saavutetaan. Vesien väkevöityminen: Vesien väkevöitymisellä tässä yhteydessä tarkoitetaan typpikonsentraation nousua laitoksessa keskimääräistä pienempien virtaamien aikana. Tarkastelujaksolla keskimääräinen suodattimille tuleva NO 3 pitoisuus on ollut 31,7 mg/l (min 8,5 mg/l ja max 43,5 mg/l). Suodatinlaitoksen mitoitus perustuu NO 3 pitoisuuteen 26 mg/l. Sateella laitoksen virtaamat nousevat nopeasti ilman että vedet ehtisivät laimentua (ns. tulppavirtaus). Tämä aiheuttaa typenpoistosuodattimille erittäin suuria kuormituspiikkejä jolloin typenpoistokapasiteetti ei riitä. Toimenpide-ehdotus: Suuria virtaamavaihteluita tulee voida tasata joko tasausaltaassa tai viemäriverkostossa, jolloin alhaisten virtaamien aikana vettä pumpataan joko tasausaltaasta tai viemäriverkostosta prosessiin Automaatio Laitoksen ohjausautomaatio on toiminut erittäin hyvin. Edellä esitettyjen lisäominaisuuksien ja päivitysten lisääminen automaatioon parantaa edelleen prosessin hallintaa automaation avulla. Salon puhdistamolla on Suomessa olevista Biostyr suodattimista kaikkein kehittynein automaatio-ohjaus. Ohjausta on päivitetty ja parannettu useaan otteeseen laitoksen käyttöönoton jälkeenkin käyttökokemusten perusteella. Salon puhdistamo on suodatinlaitoksen käyttöönotosta alkaen halunnut, että suodatinlaitoksen prosessitoimittaja seuraa etäyhteyden avulla laitoksen toimintaa ja ilmoittaa havaitsemistaan prosessiseikoista tai parannusehdotuksista. Laitoksen henkilökunta on voinut ottaa prosessitoimittajaan yhteyttä tarpeen tullen, jolloin prosessin nykytilaa voidaan tarkastella yhdessä reaaliaikaisena, sekä tutkia historiatietoja Vera-tiedostosta. Etäyhteysseurannalla on ollut huomattavan positiivinen vaikutus sekä laitoksen toiminnan, että laitoksen henkilökunnan koulutuksen ja oppimisen kannalta. Tätä käytäntöä suositellaan jatkettavaksi myös tulevaisuudessa. 15 (41)

16 2.5. Yhteenveto jälkidenitrifikaatioprosessin tehostamistoimenpiteistä Biostyr laitoksen typenpoistokapasiteettia voidaan tehostaa n.25% lisäämällä suodatusmassaa kuhunkin soluun n.11 m 3 (yhteensä 66 m 3 ). Biostyr laitoksen hydraulista kapasiteettia rajoittaa tällä hetkellä sisääntulopumppujen alhainen pumppausteho. Biostyr laitoksen hydraulinen kapasiteetti sallisi n.36 % lisäyksen sisään pumpattavaan vesimäärään (pumput tuottavat nyt 900 m 3 /h, Biostyr laitoksen hydraulinen kapasiteetti on m 3 /h) Pneumaattisten toimilaiteventtiilien toimintavarmuutta voidaan lisätä varmistamalla, että käytettävä paineilma ei sisällä kosteutta. Laitoksen prosessin automaatio-ohjelman muutoksilla voidaan säätää tarkemmin sekä haluttu typenpoiston taso (lähtevä N tot <10 mg/l), että metanolin ja fosforihapon annostelut. Laitoksen käyttökuluihin saadaan säästöjä, jos suodattimelle sisään tulevan veden hapettuminen jälkiselkeyttimen jälkeen saadaan minimoitua. Suodatuslaitoksen ajon kannalta suurimmat haasteet liittyvät suuriin virtaamavaihteluihin sekä keväisin esiintyvään mikrobikasvustoon. Näiden ratkaiseminen tulisi tehdä omina tutkimus- ja suunnitteluprojekteina. Yksi ratkaisu voi olla kokonaisvaltaisen prosessin ohjaamiseen tarkoitetun ohjelmiston hankinta joka mahdollistaa laitoksen sekä verkoston käytön optimaalisen käytön Alustava hinta-arvio Biostyr laitoksen tehostamisesta Taulukko 2. Alustava hinta-arvio tärkeimmistä huoltokohteista Huoltokohde Määrä / toimenpide Hinta-arvio Huom! Suodatinmassa 66 m 3 lisäys Sis. asennusvalvonnan Sisääntulopumppujen sekoittimen Sis. mittarit + työ mitoitustarkastus painehäviön mittaus Toimilaiteventtiilien paineilmakuivain paineilman veden poisto Virtaamien tasaus Tasausallas tai Suunnittelutyö viemäriverkosto Automaation päivitykset Pesuvesialtaan massantyhjennys Fosforihapon syöttö, nitraatin poiston säätö, metanolin syöttö Toimintaselostus Autom.-ohjelmointi SAT Loka-auto 16 (41)

17 Suodatettavan veden hapettumisen ehkäisy Keväisin esiintyvät suodatinsolujen tukkeutumiset Vesien johto jälkiselkeyttimestä suodatinlaitokselle Mikrobikasvuston tutkiminen, ongelman ennaltaehkäisy Selvitystyö Laboratoriomääritykset 17 (41)

18 3. Sisäisen typpikierron hallinnan parantaminen 3.1. Sisäisen typpikierron määrä ja sen vaikutukset puhdistusprosessiin Salon keskusjätevedenpuhdistamolla biokaasulaitoksen mädätejäännöksestä erotetaan kiintoaine lingolla. Lingon rejektivesiä muodostuu n. 100 m 3 /d. Koko laitoksen puhdistettu vesimäärä v oli keskimäärin m 3 /d ( m 3 /a). Taulukko 2. Lingon rejektivesien laatu ja määrä verrattuna koko laitoksen keskimääräisiin ravinteiden sisääntulokuormiin Parametri Rejektiveden pitoisuus mg/l Rejektivedessä kg/d Koko laitokselle, keskimäärin kg/d Rejektiveden %-osuus N-tot ,8 NH 4 -N NO 2 -N 0,11 0,011 NO 3 -N 1,5 0,15 N-tot (sol) P-tot 0,6 ( ,5 PO 4 -P 2,7 0,27 P-tot (sol) 3,3 0,33 COD (sol) COD (tot) ,8 BOD 5 (sol) 12 1,2 BOD 5 (tot) TSS ,8 VSS ) rejektivedestä PO4P + P-tot(sol) Laitoksen kokonaistyppikuormasta lingon rejekti vesien määrä on n. 10,8% (64 kg/d) Tämän määrän nitrifioiminen kuluttaa laitoksen aktiivilieteprosessissa n. 270 kg O 2 /d, ja vastaavasti ANITA Mox:illa poistetun typpimäärän denitrifiointi kuluttaa n. 179 kg/d metanolia: ANITA Mox prosessi poistaa typpeä enimmillään 89% = 56kg/d kg/v. Tämän typpimäärän denitrifioiminen Biostyr DN suodattimessa kuluttaa metanolia kg/a. Säästö metanolin vuosikustannuksessa olisi n /a (n.23% metanolin vuosikustannuksista) 18 (41)

19 Aktiivilietelaitoksen ilmastuksen AOR on n kg O 2 /d. Jos lingon rejektivesien NH 4 -N nitrifioidaan kokonaan, hapen tarve nitrifikaatioon on n. 270 kg O 2 /d (n. 9 % laitoksen koko hapentarpeesta) 3.2. ANITA Mox prosessi ANITA Mox prosessi perustuu anammox-bakteerien hyödyntämiseen kantoaineprosessissa (MBBR). Anaerobinen ammoniumtypen hapetus eli anammox-prosessi (anaerobic ammonium oxidation) on osa typen luonnollista ravinnekiertoa. Prosessi on kaksivaiheinen: (1) osittainen nitrifikaatio -> NO 2 - (aerobinen reaktio) (2) anammox reaktio, jossa NH 4 -N ja NO 2 -N muodostavat typpikaasua (N 2 ) ja vettä (anoksinen reaktio) Kokonaisreaktiona anammox-prosessi: NH NO 2 N 2 + 2H 2 O Anammox on havaittu ensimmäisen kerran 1980-luvulla. Typpirikkaiden jätevesien käsittelyssä näitä bakteereita on alettu hyödyntää vasta 2000-luvulla. Prosessi soveltuu jätevesille, joissa on runsaasti ammoniumtyppeä, ja vähän hiiliyhdisteitä, kuten biokaasulaitoksen rejektivesille. Prosessi vaatii toimiakseen suhteellisen korkean lämpötilan (30 C). ANITA Mox prosessissa kantoaineen pinnalle muodostuneessa biofilmissä on eri kerroksissa happigradientin mukaisesti nitrifioivia ja anammox bakteereita. Nämä bakteerit yhdessä muuttavat ammoniumtypen nitriitin kanssa vapaaksi typpikaasuksi ja vedeksi. Luonnossa anammox bakteerit ovat hyvin hidaskasvuisia, mutta biofilmi voidaan kasvattaa kantoaineen pinnalle etukäteen laboratorio-olosuhteissa, jolloin prosessi saadaan nopeasti käyntiin. 19 (41)

20 Kuva 2. Typpiyhdisteiden kulku ANITA Mox kantoaineen biofilmissä Liquide phase N 2 NH + 4 NH + 4 N 2 aerobic Biofilm nitritation NH + 4 NO - 2 anoxic denitrification dénitrification Anammox anammox N 2 NO 2- + NH + 4 N 2 Media ANITA Mox prosessin edut: säästöt hapen kulutuksessa: n.60%:n säästö nitrifikaatioon verrattuna säästöt alkaliniteetin säädössä: n.50%:n säästö kalkin kulutuksessa säästö metanolin kulutuksessa: ulkoista hiilen lähdettä ei tarvita lainkaan säästö lietteen käsittelyssä: erittäin vähäinen lietteen muodostus -> minimaaliset käyttökulut 3.3. ANITA Mox prosessin pilottikokeet Salon keskusjätevedenpuhdistamon lingon rejektivedet testattiin laboratoriomittakaavan ANITA Mox pilottireaktorissa Lundissa, Ruotsissa, Veolian AnoxKaldnes tutkimuslaboratoriossa. Pilottikoe tehtiin n.6 viikon aikana kesällä Pilottireaktori oli yksivaiheinen MBBR-kantoainereaktori (Kuva 3.), jossa anammox-biofilmi oli valmiiksi ympätty kantoainekiekkoihin (Kuva. 4). Reaktorin tilavuus oli 1 l ja se oli osittain täytetty Anoxkaldnessin K5 kantoaineella (45% tilavuudesta). 20 (41)

21 Kuva 3. ANITA Mox pilottireaktorin periaatekuva Prosessiin johdettiin ilmaa reaktorin pohjasta. Liuenneen hapen pitoisuus (DO) säädettiin käsin prosessin hapentarpeen mukaisesti. Reaktorin lämpötila säädettiin vesihauteella 30 C. Syöte eli lingon rejektivesi säilytettiin jääkaappilämpötilassa, josta se pumpattiin jatkuvalla virtauksella reaktoriin. Kuva 4. K5 kantoaine, jossa ANITA Mox biofilmi erottuu punaisena biofilmikasvustona kantoaineen suojatuissa lokeroissa 21 (41)

22 K5 kantoaineessa biofilmi kasvaa suojatuissa lokeroissa, joiden pinta-ala on 800 m 2 /m 3 kantoainetta. Pilottikokeessa biofilmin kasvupintaa oli n. 0,36 m 2. Pilotin kantoainekiekkojen biofilmi oli kasvatettu Malmön Sjölundan jätevesilaitoksella Ruotsissa, jonka yhteyteen on rakennettu Veolian operoima Biofarmi-laitos anammox-bakteerien tuotantoa varten. Pilottikokeessa anammox-prosessin toimivuutta seurattiin seuraavien mittausten avulla: Taulukko 3. ANITATMMox pilottikokeen mittausparametrit Parametri Mittauspiste 1 Mittauspiste 2 Menetelmä NH 4 -N reaktori sisääntulovesi Hach Lange NO 3 -N reaktori sisääntulovesi Hach Lange NO 2 -N reaktori sisääntulovesi Hach Lange PO 4 -P sisään / uloslähtevä vesi Hach Lange N-tot sisään / uloslähtevä vesi Hach Lange COD sisään / uloslähtevä vesi Hach Lange BOD sisääntulovesi SS-EN :1998 TSS sisääntulovesi SS-EN 872:2005 / VSS sisääntulovesi SS utg.3 ph reaktori Hach Lange Lämpötila reaktori Termostaatti DO reaktori Hanna Instruments Q, virtaus uloslähtevä vesi Mittalasi Liukoiset analyytit määritettiin suodatetusta vedestä (lasikuitusuodatin, 1,6 µm silmäkoko). Tulosten analysoinnissa käytetyt laskentakaavat: Typenpoistotehokkuus: (NH 4 -N) feed = ammonium-typen pitoisuus sisääntulovedessä (NO 3 -N + NO 2 -N + NH 4 -N)effl = ammonium-, nitraatti- ja nitriitti-typen pitoisuus lähtevässä vedessä (%)= ( ) ( ) 100 (Eq. 1) Ammonium-typenpoistotehokkuus: (%) = ( ) ( ) 100 (Eq. 2) 22 (41)

23 Typpikuorma kantoaineen pinta-alaa kohden: Q = virtaama, A = biofilmin kasvupinta-ala ( )= ( ) (Eq. 3) Typenpoistonopeus kantoaineen pinta-alaa kohden: ( )= (( ) ( ) ) (Eq. 4) Ammonium-typenpoistonopeus kantoaineen pinta-alaa kohden: ( ) = ( ) ( ) (Eq. 5) 3.4. ANITA Mox pilottikokeiden tulokset Tutkittava vesinäyte otettiin lingon rejektivesikanavasta (n. 2 x 40 l), ja lähetettiin Anoxkaldnessin laboratorioon Ruotsiin. Rejektiveden ammoniumtyppipitoisuus oli 630 mg/l, COD 660 mg/l ja BOD 110 mg/l, eli suurin osa orgaanisesta aineesta oli vaikeasti biohajoavaa. Rejektiveden ravinnepitoisuudet olivat: Taulukko 4. Rejektiveden laatu Parameteri Yksikkö määrä NH 4 -N mg/l 630 NO 2 -N mg/l 0,11 NO 3 -N mg/l 1,5 N-tot (sol) mg/l 640 PO 4 -P mg/l 2,7 P-tot (sol) mg/l 3,3 COD (sol) mg/l 244 COD (tot) mg/l 658 BOD 5 (sol) mg/l 12 BOD 5 (tot) mg/l 110 TSS mg/l 340 VSS mg/l (41)

24 Ajo-olosuhteet: Kokeen alussa rejektiveden viipymä reaktorissa (HRT) laskettiin muutaman päivän aikana 2,4:stä 1 päivään (Kuva 5). Tästä eteenpäin viipymä laskettiin hitaasti alemmas prosessin toiminnan aktivoituessa. HRT:n alin arvo oli 0,7 päivää. Kuva 5. Rejektiveden viipymä reaktorissa (HRT) pilottikokeen aikana 2,5 HRT (days) 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Time (Days) Reaktorin happipitoisuus pidetään alhaisena (DO < 1 mg/l), koska anammox prosessi edellyttää tasapainoa NH 4 -N:n ja NO 2 -N:n välillä (nitrifikaation loppuun meneminen estetään alhaisen happipitoisuuden avulla) Reaktorin ph nousi prosessissa n. 8:aan (ei tarvitse säätää). Reaktiolämpötila pidettiin termostaatin avulla 30 C:ssä. 24 (41)

25 Kuva 6. Liukoinen happi (DO) ja ph pilottikokeen aikana DO (mg/l) and ph in the reactor Time (Days) ph DO Rejektiveden ammoniumtyppi pitoisuus oli n. 630 mg/l. Pilottireaktorista lähtevän veden ammoniumpitoisuuden keskiarvo oli kokeen aikana n. 60 mg/l (Kuva 7). ANITA Mox prosessissa kokonaisreaktiota rajoittaa nitriitti, jota anammox bakteerit tarvitsevat soluhengitykseensä. Nitriittipitoisuus on tämän vuoksi aina alhainen, kun anammox-prosessi toimii hyvin. Pilottikokeen aikana nitriittipitoisuuden keskiarvo oli 5 mg/l. Anammox prosessissa ammonium-typestä muodostuu aina n. 11% nitraatti-typpeä (vrt. Kuva 2), eli laskennallisesti tutkitusta rejektivedestä pitäisi muodosta nitraattityppeä n. 70 mg NO 3 - N/L. Kokeen aikana nitraattitypen pitoisuus oli n. 50 mg/l, eli prosessissa tapahtui jonkin verran denitrifikaatiota. 25 (41)

26 Kuva 7. Pilottireaktorista lähtevän veden typpi-yhdisteiden pitoisuudet 350 Effluent concentrations (mg/l) NH4-N NO3-N Time (Days) Typpikuormaa (ammonium-typpi kantoaineen biofilmipinta-alaa kohden) kasvatettiin käynnistysvaiheessa asteittain 0,7:stä 2:een g N/(m 2 d) n. 10 päivän aikana, jonka jälkeen typpikuormaa lisättiin hitaasti, kunnes prosessin maksimikapasiteetti saavutettiin n. kuukauden ajon jälkeen (n. 2.5 g N/(m 2 d)). Typenpoistonopeus kasvoi n. 10 päivän aikana yli 1,5 g N/(m 2 d). Tämän jälkeen typenpoiston nopeuden keskiarvo oli 1.8 g N/(m 2 d) (vaihteluväli 1,5 2,1 g N/(m 2 d) (Kuva 8). 26 (41)

27 Kuva 8. Typpikuorma ja typenpoiston nopeus kantoaineen biofilmipinta-alaa kohden, g N/(m 2 d) 3,0 Load and removal rates (gn/m2,day) N load N removal 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Time (Days) Koska anammox prosessissa muodostuu aina nitraattia, typenpoiston teoreettinen maksimitehokkuus on 89%. Pilottikokeessa anammox prosessi vakiintui n.10 päivän jälkeen, jolloin typenpoiston tehokkuus oli n.79% ja ammoniumtypenpoiston tehokkuus oli n.89%: Kuva 9. Typenpoiston tehokkuudet: kokonaistyppi ja ammoniumtyppi Removal efficiencies (%) Time (Days) N NH4 Rejektiveden liukoisen COD:n pitoisuus oli n. 250 mg/l, ja pilottireaktorin jälkeen lähtevän veden COD vaihteli välillä mg/l. COD:n pitoisuus aleni reaktorissa n. 70 mg COD/L. 27 (41)

28 Kuva 10. Liukoisen COD:n pitoisuus pilottireaktoriin sisään menevässä ja ulostulevassa vedessä 300 Concentrations of soluble COD (mg/l) Feed Effluent Time (Days) 3.5. ANITA Mox pilottikokeiden yhteenveto Pilottikokeessa ANITA Mox prosessilla saavutettiin n. 89%:n ammoniumtypen poistotehokkuus Salon puhdistamon lingon rejektivedestä. Typenpoiston reaktionopeus sekä typenpoiston tehokkuus olivat tässä pilottikokeessa samaa luokkaa kuin aikaisemmissa vastaavanlaisten rejektivesien käsittelykokeissa ANITA Mox prosessilla ANITA Mox prosessin mitoitus ANITA Mox prosessi suunniteltiin ja mitoitettiin edellä kuvatun pilottikokeen ja Salon keskusjätevedenpuhdistamolta saatujen mitoitustietojen perusteella. Taulukko 5. ANITA Mox prosessin mitoitustiedot Parametri Yksikkö Arvo Q, virtaama m 3 /d 100 COD mg/l 658 BOD 5 mg/l 110 TSS mg/l (41)

29 VSS mg/l 280 NH 4 -N mg/l 630 TP mg/l 3,3 Lämpötila o C Prosessisuunnittelu Seuraavassa taulukossa on yhteenveto ANITA Mox prosessin suunnitteluparametreista: Taulukko 6. ANITA Mox prosessisuunnitelma Parametri Yksikkö Arvo Reaktorin tilavuus m Kantoaine K5 Biofilmin pinta-ala m 2 /m Kantoainemäärä m 3 44 Ympätty kantoaine (1 m 3 4 Täyttöaste % 44 Ilmastustarve Nm 3 /h 130 1) Esikasvatettu biofilmi kantoaineessa Taulukko 7. ANITA Mox reaktorista lähtevän veden ravinnepitoisuudet Parametri Yksikkö Arvo NH 4 -N mg/l <80 NO 3 -N mg/l <65 NO 2 -N mg/l 3-8 TN sol mg/l 157 TN tot mg/l 175 TSS mg/l 440 Tot COD mg/l 630 COD sol mg/l (41)

30 Suunnittelun reunaehtoja: edellä esitetyt lähtevän veden ravinnepitoisuudet riippuvat merkittävästi reaktorille tulevasta TSS pitoisuudesta prosessin kontrollointiin suositellaan ainakin seuraavat on-line mittarit ja instrumentit DO mittari + taajuusmuuttajat kompressoreille NH 4 -N sisääntuleva + uloslähtevä vesi NO 3 -N ja NO 2 -N uloslähtevä vesi prosessiautomaatio suunnitellaan käytettävien on-line mittareiden mukaisesti reaktoriin suositellaan hankittavaksi erillinen mekaaninen sekoitin prosessin käynnistys kestää n.3 kuukautta 3.8. ANITA Mox prosessin alustava hinta-arvio Taulukko 8. Rejektivesien erilliskäsittely ANITA Mox prosessilla, alustava hinta-arvio: erillinen rakennus, jossa reaktoritankki ja tasausallas, tarvittavat koneistot, instrumentointi ja automaatio Toimituskokonaisuus Toimitussisältö Määrä / tarkennus Hinta-arvio AnoxKaldnes toimitus Kantoaine K5 40 m 3 Ympätty kantoaine 4 m 3 Siivilä lähtökanavaan Ilmastuselementit Koneisto+ asennukset Kompressorit Pystysekoitin Esim. Invent Pumput Venttiilit Putkistot Instrumentit N/P-analysaattori + DO, ph, SIA sähkö, automaatio LVI Reaktoritankki r 2,75 m, h 4,5 m 100 m (41)

31 Tasausallas r 2,50 m, h 4,5 m 85 m Suunnittelu 10 % Yleiskulut 3 % Yhteensä ANITA Mox prosessin käyttökulut ovat erittäin pienet: energiaa kuluu pieni määrä ilmastukseen, sekoitukseen ja pumppauksiin. 31 (41)

32 4. Fosforin poiston tehostaminen jälkikäsittely-yksiköllä 4.1. Hydrotech kiekkosuodattimen pilottikokeet Pilottikokeessa tutkittiin kemiallisesti tehostetun Hydrotech kiekkosuodattimen soveltuvuutta jäteveden jälkikäsittely-yksikkönä laitokselta lähtevän veden fosforitason alentamiseen. Fosforin poiston kohdentaminen jälkikäsittelyyn mahdollistaa myös rinnakkaissaostuksen kemikaaliannostuksen pienentämisen. Näin varmistetaan riittävä liukoisen fosforin pitoisuus Biostyr prosessissa puhdistustulosta fosforin suhteen riskeeramatta. Samalla erillisestä fosforihapon syöttöjärjestelyistä voidaan luopua. Pilottikokeet tehtiin Salon keskusjätevedenpuhdistamolla kesällä, Pilottilaitteisto Pilottilaitteisto asennettiin jälkipuhdistusyksiköksi Biostyr suodattimen jälkeen. Pilottilaitteistolle pumpattiin vesi jätevesilaitokselta lähtevän veden kanavasta Pilottilaitteiston toiminta Hydrotech pilottilaitteistossa on kaksivaiheinen kemikalointi (koagulaatio, flokkulaatio) ja mikrosuodatinlaiteisto (kiekkosuodatin). Pilottilaitteisto on suunniteltu virtaamille 5-15 m 3 /h. Koagulantti annostellaan tuloputken eteen koagulaatiotankkiin, jossa on korkeanopeuksinen potkurisekoitin. Polymeeri annostellaan koagulaatiotankista polymeeritankkiin tulevaan ylivuotoputkeen. Polymeeritankki on kaksiosainen ja molemmissa osissa on 32 (41)

33 hidasnopeuksinen potkurisekoitin (hämmennin). Virtaamalla 10 m 3 /h viipymä koagulaatiotankissa on n.4,5 min ja polymeeritankissa n.9,8 min. Polymeeritankista vesi johdetaan ylivuotoputkea pitkin suodatinyksikössä oleviin kiekkosuodattimiin. Pilottilaitteistossa on yksi kiekkosuodatin, jonka suodatinpinta-ala on n.1,8 m 2. Vesi johdetaan kiekkosuodattimen sisään, josta vesi kulkee suodatinkankaan läpi kiekkosuodattimen ulkopuolelle. Suodatinkankaiden reikäkoko voidaan valita välillä µm. Tässä pilottikokeessa testattiin reikäkoot 10 µm, 20 µm ja 30 µm. Kiekkosuodatin on pystysuorassa suodatinaltaassa siten, että se on n.50% veden alla. Suodatin on suunniteltu siten, että vesi virtaa kaiken aikaa suodattimen läpi. Suodattimen pesu käynnistyy automaattisesti kun paine-ero kiekkosuodattimen sisä- ja ulkopinnan väillä nousee n.200 mm (pintakytkin, paine-ero säädettävissä välillä mm). Kun pesusykli käynnistyy, kiekkosuodatin alkaa pyöriä, ja kiekkosuodattimen ulkopuolella olevista suuttimista pumpataan pesuvettä n.7 bar:n paineella suodatinkangaselementteihin. Pesun aikana suodatin puhdistuu ja paine-ero suodattimen sisä- ja ulkopintojen välillä tasaantuu. Syklin lopussa kiekkosuodatin pysähtyy, ja suodatettava vesi virtaa maksiminopeudella suodattimen läpi, kunnes paine-ero kasvaa taas 200 mm:n, ja uusi pesusykli käynnistyy. Pesuvesi (liete) kerätään suodattimen sisällä olevaan pesukaukaloon, joista se johdetaan lietteen käsittelyyn tai laitoksen alkuun Pilottikokeiden tulosten yhteenveto Kiekkosuodattimessa käytetään mikrosuodatinpaneeleita. Pilottikokeessa testattiin kolmea eri reikäkoon paneelia: 10 µm, 20 µm ja 30 µm. Kiekkosuodattimen toimintaa tehostettiin kemikaaleilla. Koagulantteina testattiin alumiini- ja rautasuolaa. Polymeerina käytettiin keskivahvaa kationista polymeeriä. Alumiinikloridin pitoisuudella 2 mg AL 3+ /l, ja polymeerin pitoisuudella 1 mg/l saavutettiin n.59% kokonaisfosforin reduktio käytettäessä 20 µm reikäkoon suodatinpaneelia. Tällöin lähtevän veden kokonaisfosforipitoisuus oli n. 0,11 mg/l. Vastaavan suodatintehon saavuttaminen rautakloridilla vaati n. kaksinkertaisen metallipitoisuuden (4-5 mg Fe 3+ /l). Mikrosuodattimen fosforinpoistotehoa voidaan kasvattaa käyttämällä enemmän koagulanttia (>2 mg Al 3+ /l) tai pienentämällä suodatinpaneelin reikäkokoa (10 µm). Tällöin suodattimen hydraulinen kapasiteetti kuitenkin pienenee. 33 (41)

34 Tarvittavan pesuveden määrä on vähäinen (pilottikokeessa keskiarvo oli 1,2 % sisääntulevan veden määrästä). Pesuvetenä voidaan käyttää laiteen jälkeistä suodatettua vettä. Kemikaaleilla tehostetulla mikrosuodattimella saavutetaan helposti jäteveden jälkikäsittelyssä alle 0,2 mg/l kokonaisfosforipitoisuus. Taulukko 9. Hydrotech pilottikokeen koontataulukko Mikrosuodattimen reikäkoko Koagulantti, PAX XL 100 mg Me 3+ /l Polymeeri, HX 123 SS mg/l Virtaama m 3 /h P kok reduktio % P kok ulos mg/l 10 µm 20 µm 30 µm 2,56 2,0 3,9 1,3 1,0 1,0 7,2 7,2 9,36 73 % 59 % 48 % 0,11 0,11 0,11 Pilottikokeiden raportti on liitteenä, Liite 1. Hydrotech kiekkosuodattimen pilotikoe, Salon keskusjätevedenpuhdistamo Hydrotech-kiekkosuodattimen mitoitus jälkikäsittelyyn Kemikaaleilla tehostetun Hydrotech-mikrosuodatuslaitoksen alustava mitoitus perustuu Salon keskusjätevedenlaitoksella tehtyihin pilottiajoihin ja vastaavanlaisten täyden mittakaavan laitteiden aikaisempiin toimituksiin. Sovellus: Mitoitusvirtaama, Q (max): Kiintoainepitoisuus SS (max): Veden johto suodattimeen: Hydraulinen kapasiteetti: Suodatetun veden P-pitoisuus: Kemikalointi Koagulaatioallas: Flokkulaatioallas: Polymeerin valmistusyksikkö: Kemikaalien annostelupumput: Tertiäärikäsittely, fosforinpoisto 1400 m 3 /h (hetkellinen maksimivirtaama) 14 mg SS/l painovoimaisesti (suodatin asennetaan laitokselta lähtevän veden kanavaan) 900 l/s < 0,3 mg/l (lupavaatimus, neljännesvuosikeskiarvo) 25 m 3 (1 min viipymä, pikasekoitus) 50 m 3 (2 min viipymä, hidassekoitus) polymeerin sekoitus ja laimennusyksikkö, jauhemainen polymeeri koagulantti + polymeeri 34 (41)

35 Hydrotech mikrosuodatin: HSF2624-2F, yksi (1) suodatin, asennetaan betonikanavaan Teräsrakenteet: AISI304 Kiekkojen lukumärä: 24 kpl Suodatuspinta-ala (tot): 182,4 m 2 (suodatinelementtien kokonaispinta-ala) Suodatuspinta-ala (net): 153,0 m 2 (suodatinkankaan pinta-ala) Suodattimen silmäkoko: 10 µm PFLC kontrollijärjestelmä: Allen Bradley PLC Korkeapainepesuri: 80 bar, 8,2 l/s, 2,7 kw 4.5. Hydrotech-kiekkosuodattimen toimintaperiaate Käsiteltävän veden kiintoaineet ja fosfori saostetaan kemiallisesti ennen suodatusta kaksivaiheisella saostuksella: koagulointi (esim. PAX XL100) ja flokkulointi (keskivahva kationinen polymeeri). Vesi johdetaan suodattimelle painovoimaisesti, suodattimen keskirumpuun. Suodatettava vesi virtaa suodattimen sisältä ulos. Kiintoainesakka kertyy suodatinpaneelien sisäpinnalle, jolloin paine-ero suodatinelementtien sisä- ja ulkopinnan välillä kasvaa. Kun paine-ero on riittävän suuri (esim. 250 mm), käynnistyy suodattimen pesusykli. Pesuvesi (liete) kerätään suodatin rummun sisällä olevaan pesuvesikouruun, josta se johdetaan lietteen käsittelyyn. Suodatin toimii myös pesusyklin aikana. Ohjausperiaate: suodatuksen aikana suodatinrumpu on paikallaan (ei kuluta sähkövirtaa) kun paine-ero saavuttaa raja-arvon, käynnistyy pesusykli pesusyklin käynnistyessä kiekkosuodattimen rumpu alkaa pyöriä, ja painepesuri aloittaa suodatinelementtien pesun suodatus jatkuu pesusyklin aikana kun paine-ero alenee alle alemman raja-arvon, painepesu jatkuu n. 20 s, jonka jälkeen rummun pyöriminen ja painepesu pysäytetään Pesun aikana muodostuu pesuvettä (liete), jonka määrä on yleensä n. 1-3% käsiteltävän veden tilavuudesta. Normaalitilanteessa suodatin on pesussa n % suodattimen käyttöajasta. 35 (41)

36 Kuva 11. Kiekkosuodatimen periaatekuva 4.6. Hydrotech-kiekkosuodatinlaitoksen alustava hinta-arvio Taulukko 10. Tertiäärikäsittely kemikaaleilla tehostetulla Hydrotechmikrosuodatusprosessilla, alustava hinta-arvio: erillinen rakennus, jossa kemikalointialtaat, Hydrotech-mikrosuodatin, tarvittavat koneistot, instrumentointi ja automaatio Toimituskokonaisuus Toimitussisältö Määrä / tarkennus Hinta-arvio Hydrotech-toimitus HSF2624-2F 24 kiekkoa / 182,4 m PFLC kontrollijärjestelmä Korkeapainepesuri Ylivirtauskanavat Varaosasetti Asennusvalvonta Koneisto+ asennukset Pumput (liete) Venttiilit 36 (41)

37 Putkistot Asennukset Kemikalointi Koagulaatiotankki Viipymä 1 min / Instrumentit 25 m 3, betoniallas Flokkulaatiotankki Viipymä 2 min / Koag. sekoitin Flokk. sekoittimet Polymeerin valmistusyksikkö Kemikaalien annostelupumput Koagulantin varastotankki Sameus ja kiintoainemittari P-analysaattori + ph 50 m 3, betoniallas 30 m SIA sähkö, automaatio LVI Suojarakennus kevytrakenteinen 120 m 2, korkeus 5 m Suunnittelu 10 % Yleiskulut 3 % Yhteensä (41)

38 4.7. Hydrotech-kiekkosuodatinlaitoksen käyttökulut Käyttökulut muodostuvat lähinnä saostuskemikaaleista; koagulantti ja polymeeri : Taulukko 11. Hydrotech-mikrosuodatuslaitoksen kemikaalikulut Hyödyke Tarve / vuosi Hinta / vuosi Koagulantti, PAX XL g/m 3 = n. 110 tn/a (n. 230 /t) Polymeeri 1,2 g/m 3 = n. 4,7 tn/a (n /t) Kokonaiskulut jäteveden tertiäärikäsittelylle Hydrotech-mikrosuodattimella ovat n. 1 c/m 3. Hydrotech kiekkosuodatin 38 (41)

39 5. Yhteenveto ja toimenpidesuositukset Biostyr jälkidenitrifikaatiolaitoksen typenpoistokapasiteettia voidaan tehostaa n.25 % :lla lisäämällä suodatusmassaa kuhunkin soluun n.11 m 3 (yhteensä 66 m 3 ). Biostyr laitoksen hydraulista kapasiteettia rajoittaa tällä hetkellä sisääntulopumppujen alhainen pumppausteho. Biostyr laitoksen hydraulinen kapasiteetti sallisi n.36 % :n lisäyksen sisään pumpattavaan vesimäärään (pumput tuottaa nyt 900 m 3 /h, Biostyr laitoksen hydraulinen kapasiteetti on m 3 /h). Hydraulisen kapasiteetin lisäys edellyttää nykyisen putkiston saneerauksen (staattinen putkistosekoitin) ja pumppukapasiteetin lisäyksen (joko uudet juoksupyörät, tai uudet pumput). Erillisellä tutkimuksella selvitetään, riittääkö uusi staattinen putkisekoitin ja uudet juoksupyörät pumppuihin, vai tarvitaanko kokonaan uudet pumput. Biostyr laitoksen metanolin käyttöä voidaan pienentää sekä prosessin ohjausjärjestelmän päivityksellä, että mekaanisilla muutoksilla, joilla estetään tulevan veden hapettuminen ennen DN-suodattimia. Suodatuslaitoksen ajon kannalta suurimmat haasteet liittyvät suuriin virtaamavaihteluihin, sekä keväisin esiintyvään mikrobikasvustoon. Näiden ratkaiseminen tulisi tehdä omina tutkimus- ja suunnitteluprojekteina. Edistykselliset prosessin ja verkoston hallintatyökalut voisi olla vaihtoehto virtaamavaihtelujen hallintaan. Biostyr laitoksen kapasiteetin lisäys n.25 %:lla on mahdollista tehdä suhteellisen alhaisilla kustannuksilla, n Käyttökuluja voidaan alentaa edellä mainituilla toimenpiteillä metanolin osalta n /a. Rejektivesien osuus on n. 10,8 % (Tot N 64 kg/d) laitoksen kokonaistyppikuormasta. Rejektivesien erilliskäsittelyllä ANITA Mox-prosessilla voidaan poistaa tästä kuormasta n. 89%. ANITA Mox prosessilla saavutetaan merkittäviä säästöjä typenpoiston metanolikuluissa, sekä ilmastuksessa. Prosessi on käyttökuluiltaan erittäin edullinen, mutta alustavan kustannusarvion mukaan investoinnin takaisinmaksuaika on kuitenkin melko pitkä, n. 12 vuotta. Investoinnilla voidaan kuitenkin välttää mahdollinen koko laitoksen laajennus. Fosforin osalta uusiin 2017 lupaehtoihin päästään nykyisellä prosessilla laitosta huolellisesti käyttäen. Fosforin poistoa voidaan tehostaa ja varmentaa erillisellä jälkikäsittely-yksiköllä. Kemikaaleilla tehostetulla Hydrotech mikrosuodattimella pystytään saavuttamaan helposti kokonaisfosforin taso 0,1 0,2 mg/l laitokselta lähtevässä vedessä. Fosforin poiston kohdentaminen jälkikäsittelyyn mahdollistaa myös rinnakkaissaostuksen kemikaaliannostuksen pienentämisen. Näin varmistetaan riittävä liukoisen fosforin pitoisuus Biostyr prosessissa puhdistustulosta fosforin suhteen riskeeramatta. 39 (41)