Hiedanranta-LCA Vaihtoehtoisten sanitaatio- ja viemäröintiratkaisujen ympäristövaikutusten ja kustannusten arviointi

Transkriptio

1 Hiedanranta-LCA Vaihtoehtoisten sanitaatio- ja viemäröintiratkaisujen ympäristövaikutusten ja kustannusten arviointi Riikka Malila ja Suvi Lehtoranta Suomen ympäristökeskus SYKE 2018

2 Sanitaatio- ja viemäröintivaihtoehtojen vertailu Hiedanrannassa ympäristövaikutukset ja kustannukset Tampereen kaupungin tilaustyö, kevät 2018 Päätoteuttajana SYKE, yhteistyössä Pöyry Tavoitteena vertailla vallitsevaa jätevesienkäsittelyratkaisua ravinteet paremmin talteen ottaviin vaihtoehtoihin Esiselvitys saa jatkoa syksyllä 2018 käynnistyneessä ympäristöministeriön rahoittamassa (RAKI2) NutriCity - hankkeessa (Hiedanranta urbaanin ravinnekierron suunnannäyttäjänä). Toteuttajina Tampereen kaupunki, SYKE & Tampereen ammattikorkeakoulu TAMK mm. ravinteiden talteenottotekniikoiden pilotointia Hiedanrannassa MALILA & LEHTORANTA, SYKE

3 Ravinteet kiertoon kaupungeissa ja taajamissa Kiinnostus kiertotaloutta ja ravinnekiertoa kohtaan luo kysyntää ravinteita kierrättäville ratkaisuille myös yhdyskunnissa Ihmisperäiset jakeet Käymäläjätteet virtsa ja uloste Pesuvedet Biojäte Muut yhdyskuntien jakeet Puutarhajäte Teollisuuden bioperäiset jätteet (leipomot, panimot ym) MALILA & LEHTORANTA, SYKE

4 Ravinnemäärät Hiedanrannassa syntyvät ihmisperäiset ravinnejakeet Typpi 117 t/a Fosfori 19 t/a Typpi Fosfori Virtsa 68 % Pesuvedet 8 % Biojäte 15 % Uloste 9 % Pesuvedet 20 % Virtsa 40 % Biojäte 20 % Uloste 20 % MALILA & LEHTORANTA, SYKE

5 Vertailtavat vaihtoehdot, reunaehdot ja rajaukset Vaihtoehdot VE0 Perusratkaisu Kaikkien jätevesien yhteiskäsittely VE1 Mustien jätevesien erottelu Käymäläjätevesien (mustat jätevedet) ja pesuvesien (harmaat jätevedet) käsittely erikseen VE2 Virtsan erottelu Virtsan ja muiden jakeiden (harmaat jätevedet + uloste) käsittely erikseen Reunaehdot ja rajaukset Laskelmat suhteutetaan alueella syntyvien jätevesien määrään ( asukasta, työpaikkaa (sis. koulut ja päiväkodit)) Infran rakentaminen sisällytetty tarkasteluun Tarvikkeiden ja infran loppukäyttö on rajattu tarkastelun ulkopuolelle MALILA & LEHTORANTA, SYKE

6 Vaihtoehto 0 (VE0) - Kaikki jätevesien yhteiskäsittely (perusratkaisu) Kaikki jätevedet johdetaan Sulkavuoren jätevedenpuhdistamolle Lietteen jatkokäsittelynä mädätys Mädäte kompostoidaan ja käytetään lannoitteena/maanparannukseen Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Vesikäymälät Yksiputkijärjestelmä Jätevesi Päästöt ilmaan Jätevedenpuhdistamo Päästöt vesiin Liete Rejektivedet Päästöt ilmaan Biokaasu Mädätys Biokaasun hyödyntäminen Mädäte Kompostointi Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Komposti Peltolannoitus/ Maanparannus Päästöt vesiin MALILA & LEHTORANTA, SYKE

7 Vaihtoehto 1 (VE1) Mustien jätevesien erottelu Mustat jätevedet johdetaan Hiedanrannan alueella olevaan mädättämöön Biokaasu hyödynnetään liikennepolttoaineena Harmaat jätevedet johdetaan Sulkavuoren jätevedenpuhdistamolle Lietteen jatkokäsittelynä mädätys + kompostointi, komposti käytetään lannoitteena/maanparannukseen, biokaasu hyödynnetään jätevedenpuhdistamolla Rejektivedet käsitellään jätevedenpuhdistamolla Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Biokaasun hyödyntäminen Alipainekäymälät Kaksoisviemäröinti Harmaa jätevesi Biokaasu Musta jätevesi Mädätys Hiedanranta Rejektivedet Päästöt ilmaan Päästöt ilmaan Jätevedenpuhdistamo Mädäte Päästöt vesiin Liete Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Peltolannoitus/ Maanparannus Päästöt ilmaan Mädätys + kompostointi Biokaasu Päästöt vesiin Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Biokaasun hyödyntäminen Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Mädäte MALILA & LEHTORANTA, SYKE Rejektivedet Peltolannoitus/ Maanparannus Päästöt vesiin

8 Vaihtoehto 2 (VE2) Virtsan erottelu Virtsa hygienisoidaan talokohtaisissa säiliöissä ja kuljetetaan hyötykäyttöön Harmaat jätevedet ja uloste johdetaan Sulkavuoren jätevedenpuhdistamolle Lietteen jatkokäsittelynä mädätys + kompostointi, komposti käytetään lannoitteena/maanparannukseen, biokaasu hyödynnetään jätevedenpuhdistamolla Päästöt ilmaan Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Erottelevat vesikäymälät Kaksoisviemäröinti Virtsa Harmaat jätevedet + uloste Hygienisointi Hiedanranta Päästöt ilmaan Jätevedenpuhdistamo Virtsa Päästöt vesiin Liete Rejektivedet Peltolannoitus/ Maanparannus Päästöt ilmaan Mädätys + kompostointi Biokaasu Päästöt vesiin Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Biokaasun hyödyntäminen Päästöt ilmaan + Päästökompensaatio Mädäte Peltolannoitus/ Maanparannus Päästöt vesiin MALILA & LEHTORANTA, SYKE

9 RAVINNETARKASTELUT

10 Ravinnekuormat puhdistamolle eri vaihtoehdoissa Typpikuorma puhdistamolle Fosforikuorma puhdistamolle Typpi, t/a Fosfori, t/a VE0 Perustilanne VE1 Mustien erottelu VE2 Virtsan erottelu Virtsa Huuhteluvedet Uloste WC-paperi Pesuvedet 5 0 VE0 Perustilanne VE1 Mustien erottelu VE2 Virtsan erottelu Virtsa Huuhteluvedet Uloste WC-paperi Pesuvedet MALILA & LEHTORANTA, SYKE

11 Mihin ravinteet päätyvät? - kaikissa vaihtoehdoissa sama kokonaisravinnemäärä - mädätteen kuivatus- eli rejektivesiin päätyvät ravinteet on mahdollista hyödyntää suurelta osin vaihtoehtoisia teknisiä ratkaisuja ei sisällytetty tarkasteluun HUOM. Raidoitetut palkit kuvaavat puhdistamolla kemiallisesti sidottua lietefosforia, jonka käyttökelpoisuus kasveille on heikko (vain n. 10 % liukoista) MALILA & LEHTORANTA, SYKE

12 ELINKAARISET YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET (Life Cycle Assessment, LCA) Tuotteen tai palvelun elinkaari käsittää materiaalien hankinnan luonnosta, niiden prosessoinnin ja kuljetuksen sekä tuotteen valmistuksen, jakelun, käytön, mahdollisen uudelleenkäytön ja huollon, (kierrätyksen sekä päätymisen jätteeksi) Elinkaariarvioinnin avulla voidaan tunnistaa kussakin elinkaaren vaiheessa syntyvät ympäristövaikutukset Yksinkertaistetussa arvioinnissa voidaan tarkastella esim. tiettyjä ympäristövaikutusluokkia -> tässä tarkasteluun valittiin ilmastonmuutos (hiilijalanjälki), vesistöjen rehevöityminen sekä happamoituminen

13 Ilmastonmuutos (kg CO 2 ekv) Hiilidioksidi Metaanin ja dityppioksidin ilmastovaikutus on moninkertainen hiilidioksidiin nähden. Bioperäisten massojen CO 2 -päästöt eivät aiheuta ilmastonmuutosvaikutusta, koska hiilidioksidi sitoutuu biomassaan sen kasvaessa (Huom! Puun energiakäytön lisäys nostaa lyhyellä aikajänteellä ilmakehän CO 2 - pitoisuutta, koska poltossa hiili vapautuu ilmaan nopeasti. Vastaavan puumäärän kasvaminen ja hiilimäärän sitoutuminen kasvuun vie useita vuosia) VILPAS & LEHTORANTA, SYKE

14 Rehevöityminen (kg PO 4 ekv) P, N, NH 3, NO 2, NO 3 Monet tekijät vaikuttavat ravinteiden huuhtoutumiseen peltokäytöstä (maaperä, P-luku, kaltevuus, sää, sijainti, levitysajankohta ja tapa) Huuhtoutumisvaikutusten arvioin hankalaa Puhdistamoiden suorat vesipäästöt helpompi mallintaa VILPAS & LEHTORANTA, SYKE

15 Vältetyt päästöt Lietteen käyttö pellolla voi korvata mineraalilannoitteiden valmistusta ja levittämistä tietyin reunaehdoin Mädätyksessä tuotettu biokaasu voi korvata lämpöä ja sähköä tai liikennepolttoainetta Huomioitava kuitenkin, että vältetyt päästöt eivät välttämättä toteudu esim. biokaasun käyttö liikennepolttoaineena ei vähennä fossiilisten polttoaineiden käyttöä, jos niitä käyttävien autojen määrä ei vähene samassa suhteessa VILPAS & LEHTORANTA, SYKE

16 Elinkaariset ympäristövaikutukset, Ilmastonmuutos (kg CO 2 ekv/a) MALILA & LEHTORANTA, SYKE Erottelevilla ratkaisuilla elinkaariset kasvihuonekaasupäästöt laskevat alle kolmannekseen tai jopa neljännekseen. Mustien vesien ja biojätteen yhteiskäsittely biokaasulaitoksessa tuottaisi liikennebiokaasua lähes 2,4 milj. ajokm. (VE1) 16

17 Elinkaariset ympäristövaikutukset, Rehevöityminen (kg PO 4 ekv) MALILA & LEHTORANTA, SYKE Virtsan erottelu vähentää rehevöitymisvaikutuksia alle puoleen, mustien jätevesien erottelu neljännekseen perustilanteeseen verrattuna.

18 Rehevöittävät päästöt fosforina ja typpenä (kg P tai N) MALILA & LEHTORANTA, SYKE

19 ELINKAARISET KUSTANNUSTARKASTELUT (Life Cycle Costing, LCC) Tavoitteena mallintaa tarkasteltavan investointikohteen tuleva elinkaari huomioiden kohteen pitoaika, käytönaikaiset kustannukset ja hyödyt Rakennuksen elinkaarikustannuksia ovat mm. rakennus-, ylläpito- (hoito ja kunnossapito), muutos- ja purkukustannukset Taloudellista laskelmaa laadittaessa ei ole mielekästä valita erittäin pitkää elinkaarta, koska emme tiedä millainen tilanne ja ympäristö vallitsee esim. 100 vuoden päästä -> perusteltua valita laskenta-ajanjaksoksi ns. taloudellinen pitoaika

20 Laskennan taustaoletukset Tarkasteluajanjakso 50 vuotta (JVP:n ja verkostojen käyttöikä 50 a) Inflaatio 1,5 % (Tilastokeskus, 2018) Korko 3 % Hyötyinä laskettu tuotettujen ravinteiden kaupallinen arvo, tuotettu energia ja vaihtoehtoisissa ratkaisuissa säästetty vesi Tässä tarkastelussa ei huomioitu mahdollisia purkukustannuksia MALILA & LEHTORANTA, SYKE

21 Elinkaariset kokonaiskustannukset Tässä kuvassa käyttökustannusten hyötyinä huomioitu tuotettu energia ja polttoaine MALILA & LEHTORANTA, SYKE

22 Käyttökustannusten erittely, sis. hyödyt Tässä kuvassa käyttökustannusten hyötyinä huomioitu tuotettu energian ja polttoaineen lisäksi mahdollinen lannoitehyöty sekä vedenkulutuksen säästö MALILA & LEHTORANTA, SYKE

23 JOHTOPÄÄTÖKSET JA JATKOTUTKIMUSTARPEET

24 Johtopäätökset Erottelevilla ratkaisuilla saadaan moninkertainen määrä ravinteita talteen verrattuna perustilanteeseen Ravinteiden talteenotto teknisesti helpompaa erotelluista jakeista ei laimennusta veteen Ympäristövaikutukset ovat ilmastonmuutoksen ja rehevöittävien vaikutusten osalta merkittävästi alhaisemmat erottelevissa vaihtoehdoissa Jätevedenpuhdistus aiheuttaa suurimman osan kasvihuonekaasu- (N2O) ja rehevöittävistä päästöistä Erottelevissa vaihtoehdoissa pienempi osa ravinteista päätyy suoraan vesistöön Erottelevat ratkaisut ovat elinkaarisilta kustannuksiltaan kalliimpia verrattuna perustilanteeseen Alipainekäymäläjärjestelmä aiheuttaa merkittävät investointikulut (tarpeen tarkentaa) Käyttökuluissa ei suuria eroja eri vaihtoehtojen välillä Elinkaaristen ympäristö- ja kustannusarviointien tulokset ovat suuntaa-antavia, eikä niitä tule yleistää MALILA & LEHTORANTA, SYKE

25 Muita huomioita ja jatkotutkimustarpeet Talteen otettujen ravinteiden hyödyntäminen ei ole kiistatonta Kierrätyslannoitteiden hyväksyttävyys Uudet tekniikat ravinteiden talteenottoon puhtaampina lannoitetuotteina (NutriCity) Lisää tutkimusta tarvitaan Rejektivesien ravinteiden talteenotto ja hyödyntäminen Virtsan jatkokäsittely ja logistiset ratkaisut Kaupungeilla mahdollisuus edistää ja tukea kiertotalousmyönteisiä ratkaisuja asumisessa tarvitaan rohkeita edelläkävijöitä! MALILA & LEHTORANTA, SYKE

26 Kiitos mielenkiinnosta! Lisätietoja: Tutkimusinsinööri Riikka Malila, Tutkija Suvi Lehtoranta,