Membraanitekniikan hyödyntäminen kunnallisten jätevesien puhdistuksessa

Transkriptio

1 1 Loppuraportti Diaarinumero: 160/ /2013,EU008_13 Projektikoodi A32763 Parikkalan kunta, Kuva: Teemu Leinonen, LUT Viestintä

2 2 Hankkeen taustaa ja tavoitteet Parikkalan Särkisalmen jätevedenpuhdistamolla on akuutteja kehittämistarpeita. Jätevedenpuhdistukseen liittyen on tutkittu erilaisia ratkaisumalleja. Kunnan tekninen lautakunta linjasi, että tehtyjen selvitysten pohjalta jatkossa selvitetään perinteiseen jätevedenpuhdistukseen pohjautuvaa sekä innovatiiviseen membraanitekniikkaan perustuvaa uutta jätevedenpuhdistamoa. Parikkalassa tarkasteltiin myös mahdollisuutta jätevedenpuhdistuksessa muodostuvan lietteen polttamista jätevedenpuhdistamon yhteyteen rakennettavassa lietteen kuivaus- ja polttolaitoksessa. Lopullisen investointipäätöksen tueksi kaivattiin lisätietoa membraanitekniikan soveltuvuudesta Parikkalan jätevesille. Lisäksi haluttiin analysoida erilaisten haitta-aineiden määrää Parikkalan jätevesissä. Projektin tulokset ovat sovellettavissa myös laajemmin arvioitaessa soveltuvuutta yhdyskuntien jätevesien puhdistamisessa. Parikkalan kunta teetti vuonna 2013 Lappeenrannan teknillisellä yliopistolla selvityksen "Membraanisuodatuksen hyödyntäminen kunnallisessa jätevedenpuhdistuksessa, Case: Parikkalan Särkisalmen jätevedenpuhdistamo" sekä tähän liittyvän koesuodatuksen Särkisalmen jätevedenpuhdistamon vedellä. projektin tavoitteena oli tutkia erityisesti membraanibioreaktorin (MBR) soveltuvuutta kunnallisen jäteveden puhdistukseen sekä tehostetun membraanisuodatuksen (nanosuodatus ja käänteisosmoosi) toimivuutta ja tehokkuutta sekä membraanibioreaktorissa että aktiivilietelaitoksessa puhdistetulle jätevedelle. Erityisenä painopisteenä oli fosforinpoisto. Myös haitta-aineet jätevesissä olivat tutkimusaiheena, sillä niiden poistuminen perinteisessä puhdistuksessa on usein puutteellista ja erityisesti lääkeainejäämät vesistöissä ovat kasvava huolenaihe. Projektissa selvitettiin myös membraanikonsentraattien jatkokäsittelyä laboratoriomittakaavassa, erityisesti pyrittiin väkevöimään konsentraatti mahdollisimman pitkälle ja hajottamaan konsentraatin sisältämät haitta-aineet PCD hapetuksella (pulsed corona discharge). Projektin tavoitteena oli jätevedenpuhdistusprosessi, joka vastaa tulevaisuuden haasteisiin niin ravinteiden poiston, vaikeasti biohajoavan orgaanisen aineen suhteen kuin haitta-aineidenkin osalta. n kokoonpano ja kokoukset hankkeen ensimmäinen ohjausryhmän kokous pidettiin kokoontui yhteensä kuusi kertaa. Etelä-Karjalan liitto on rahoituspäätöksessään nimennyt rahoittajavirkamieheksi Merja Taipaleen, joka on asiantuntijana ohjausryhmän jäsen. Lappeenrannan teknillisen yliopiston edustajat ovat Mika Mänttäri ja Kimmo Arola. Parikkalan kunnanhallitus nimesi kokouksessaan ohjausryhmään edustajikseen kunnanhallituksen puheenjohtaja Ari Bergin, kunnanhallituksen jäsen Antti Paajasen ja teknisen lautakunnan puheenjohtaja Kari Niirasen.

3 3 Kunnanhallitus on nimennyt ohjausryhmän puheenjohtajaksi Ari Bergin ja varapuheenjohtajaksi Antti Paajasen. Lisäksi ohjausryhmään kutsuttiin Lappeenrannan kaupungin edustaja (nimetty Riitta Moisio), Imatran kaupungin edustaja (nimetty Jouko Varis) ja Savitaipaleen kunnan edustaja (nimetty Vesa Roiko-Jokela) ja Imatran seudun ympäristötoimen edustaja (nimetty Anna-Maija Wikström). n sihteeriksi / projektipäälliköksi nimettiin Aune Ritola-Grahn (hallinnolliset asiat). Hankkeen teknisestä toteuttamisesta kunnassa vastasi yhdyskuntatekniikan päällikkö Anu Nikulainen. Hankkeeseen osallistui myös biotaloushankkeen projektipäällikkö Anniina Kontiokorpi. Hankkeen rahoituspäätökset Etelä-Karjalan liitto on rahoituspäätöksessään , projektikoodi A32763 myöntänyt osarahoitusta toimintalinjasta 2 Innovaatiotoiminnan ja verkostoitumisen edistäminen sekä osaamisrakenteiden vahvistaminen ajalle Hankkeen kokonaiskustannuksiksi on hyväksytty , josta EAKR-rahoitusosuus on 70,0 % eli , LUTin , Lappeenranta Imatran kaupunkiseudun ja Parikkalan kunnan omarahoitus eli 10 %. Kustannuksiin ei sisälly arvonlisäveroa. Muutoshakemukset kohdistuivat kustannusjakoihin ja hankkeen toteutusaikatauluihin. Muutoshakemukset jätettiin ja MBR -pilotoinnin toteuttaminen Projektissa toteutettiin puolen vuoden mittainen tutkimusjakso, jossa Parikkalan jätevedenpuhdistamolle asennettiin membraanibioreaktoriin perustuva pilotlaitteisto, johon osa puhdistamolle tulevasta jätevedestä johdettiin. Pilotlaitteiston vuokraaminen kilpailutettiin HILMA:ssa ja laitteisto hankittiin kokonaistaloudellisesti edullisimmin Alfa Laval Nordic Oy:ltä. Laitteisto saapui Parikkalan jäteveden-puhdistamolle huhtikuun 2014 alkupuolella. Pohjatyöt pilotlaitteiston sijoittamiseen ja asentamiseen tehtiin paikallisin voimin. Laitteiston puhdistamasta jätevedestä otettiin säännöllisesti näytteitä ja näytteet analysoitiin. Lisäksi projektissa tehtiin laboratoriomittakaavan kokeita LUT:n membraanitekniikan laboratoriossa. Hankkeessa selvitettiin myös membraanibioreaktorilla puhdistetun veden jatkopuhdistusta membraanisuodatuksella, lähinnä nanosuodatukseen ja käänteisosmoosiin perustuen. Hankkeen tulokset MBR-pilotoinnin perusteella membraanibioreaktorilla pystyttiin tuottamaan perinteistä prosessia korkea- ja tasalaatuisempaa vettä. MBR:n permeaatti oli käytännössä kiintoainevapaata eikä sisältänyt juurikaan bakteereja. Myös typen- ja fosforinpoisto oli perinteistä prosessia tehokkaampaa, typenpoiston ollessa

4 4 keskimäärin % parempaa perinteiseen verrattuna. Vielä parempi typenpoisto olisi edellyttänyt lietekiertojen tehostamista ja mahdollista lisähiililähteen käyttöä alhaisen kuorman aikoina. Fosforinpoisto riippui käytetystä saostuskemikaalista ja sen annoksesta. Soveltuvimmalla saostuskemikaalilla Ferrisulfaatilla (PIX-105) päästiin fosforipitoisuudessa alle 0,1 mg/l MBR permeaatissa saostuskemikaalin annostuksella 350 mg/l. Nykyisen ympäristöluvan 0,6 mg/l alle päästiin selvästi jo 150 mg/l annostuksella. Membraanin likaantuminen oli pilotoinnin aikana suhteellisen vähäistä pilottia operoitaessa keskimäärin 10 l/m 2 h kapasiteetilla ja lämpimillä vesillä. Kylmempien vesien aikaan syksyllä membraanin likaantumistaipumus lisääntyi ja membraanien läpäisykyky (permeabiliteetti) pieneni. Tuloksien perusteella membraanit alkoivat likaantumaan erityisesti A linjassa, jossa ei käytetty fosforinsaostusta. Korkeammalla membraanin ilmastuksella suoritetun toisen pesun jälkeen pystyttiin hillitsemään membraanien likaantumista. Haitta-ainetutkimus osoitti, että MBR prosessi ei ole yksinään riittävän tehokas poistamaan kaikkia tutkittuja haitta-aineita tavoitepitoisuuden 0,1 µg/l alapuolelle. Haitta-aineet poistuivat kuitenkin keskimäärin hieman paremmin MBR prosessissa kuin perinteisessä prosessissa. Haitta-aineiden poistuminen biologisessa prosessissa riippuu paljon muuan muassa lieteiästä ja muista lieteominaisuuksista, joten tulokset ovat suuntaa-antavia. Erityisesti ongelmallisia haitta-aineita biologisille prosesseille olivat muun muassa Karbamatsepiini, Diklofenaakki, Furosemidi ja Hydroklooritiatsidi. Haastavista aineista suurin osa poistui tehokkaasti spiraalimoduulilla puhdistamolla tehdyssä nanosuodatuspilotoinnissa. Kaikki tutkittujen haitta-aineiden pitoisuudet saatiin alle tavoiterajan laboratoriomittakaavan käänteisosmoosisuodatuksessa ja MBR permeaatin PCD hapetuskokeessa. Laboratoriomittakaavan käänteisosmoosikokeessa myös fosfori ja typpi poistuivat erittäin tehokkaasti. Erityisesti PCD hapetus MBR permeaatille oli tutkimuksen mukaan kohtuullisen energiatehokas (<0,5 kwh/m 3 ) menetelmä hajottamaan haitta-aineet. MBR pilotin linjaa A operoitiin ilman fosforinsaostusta, jotta voitiin tutkia saostamattoman prosessin toimintaa ja tehdä jatkokäsittelyä MBR permeaatille kaksivaiheisella nanosuodatusprosessilla NF270 membraanilla. Tuloksien perusteella MBR pilotin A linjassa typen poisto toimi keskimäärin paremmin pilotoinnin aikana, mikä viittasi parempaan biologiseen toimintaan. A linjan permeaattilinjaan asennettu nanosuodatusspiraalilaitteisto tuotti tehokkaasti fosforipitoista konsentraattia, jota jatkoväkevöitiin Lappeenrannan teknillisellä yliopistolla pilotmittakaavan korkean leikkausvoiman CR350 suodattimella. Toisen vaiheen väkevöintisuodatuksen avulla konsentraatin määrä saatiin tehokkaasti pienennettyä 1/300 osaan (VRF300) alkuperäisen MBR permeaatin tilavuudesta ja samalla ravinteet väkevöityivät konsentraattiin. Väkevöity konsentraatti (VRF300) sisälsi kuitenkin suuren määrän haitta-aineita, kuten Diklofenaakkia 410 μg/l ja Furosemidia 580 μg/l, joten konsentraatille tehtiin PCD hapetus 10 kwh/m3 asti. Konsentraatin PCD hapetuksessa pystyttiin hajottamaan haitta-aineet hyvin Metoprololia, Sotatolia ja DEET:ä lukuun ottamatta, joille olisi vaadittu vielä pidempi hapetusaika / suurempi energiankulutus. Hapetuskokeiden perusteella PCD hapetus toimii hapetusajan kannalta selvästi paremmin suhteellisen kiintoainevapaalle vedelle, jossa on kohtuullisen vähän muuta orgaanista kuormaa, joka kuluttaa hapetuksen tehoa.

5 5 Hankkeen kustannukset ja rahoitus Hankkeen kustannukset ovat olleet yhteensä ,06 euroa, mikä on ,94 euroa vähemmän kuin hyväksytty kustannusarvio eli LUT on osallistunut hankkeen rahoitukseen suunnitelman mukaisesti eurolla kuten myös Imatra Lappeenranta kaupunkiseutu. Toteutuneiden kustannusten perusteella LUTille ja Imatra Lappeenranta kaupunkiseudulle palautetaan kummallekin 1024 euroa ja niiden rahoitusosuudeksi jää ,00 euroa suunnitelman mukaisen euron sijaan. Parikkalan kunnan rahoitusosuudeksi jää euroa. Hankkeesta tiedottaminen Hanke noudattaa tiedotuksessa Tiedotusohje EU-hankkeiden toteuttajille ohjeistusta. Hankkeen pääviestinnän tavoitteet ovat olleet: Miten MBR toimii ja miten se eroaa perinteisestä jätevedenpuhdistuksesta. Puhtaampaa kunnallista jätevettä MBR:llä. Hankkeelle avattiin oma nettisivu Parikkalan kunnan sivustolla Hankkeen toteutuksesta ja tuloksista julkaistiin useita artikkeleita sanomalehdissä ja YLE-uutisissa. Hanke osallistui tietoiskulla ja osastolla Parikkalan Messuille Hanke järjesti yhteistapaamisen muiden MBR-pilottien kanssa , johon osallistui hankkeiden edustajia LUTista, Rambollilta, Vihdin Vedestä, Lappeenrannan Energiasta ja Wirmasta Parikkalan kunnan edustajien lisäksi. Sivustolta löytyy olemassa olevaa hyödyllistä tietoa membraanitekniikasta ja sen hyödyntämisestä. Hankkeen johtopäätökset Parikkalan kunta teki päätöksen MBR-tekniikkaan perustuvan uuden jätevedenpuhdistamon rakentamisesta loppuvuodesta Tekninen lautakunta käsittelee MBR-prosessitoimuksen tarjoukset maaliskuussa 2015, jolloin MBRprosessisuunnittelu käynnistynee huhtikuussa Tavoitteena on, että Parikkalan uuden MBR-tekniikkaan perustuvan jätevedenpuhdistamon käyttöönotto on vuoden 2016 lopulla. Anu Nikulainen yhdyskuntatekniikan päällikkö