Rejektiveden käsittelyn biologiset ja fysikaaliskemialliset vaihtoehdot

Transkriptio

1

2

3 PROJEKTISUUNNITELMA 1 (10) Rejektiveden käsittelyn biologiset ja fysikaaliskemialliset vaihtoehdot Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä PL 100, HSY, Opastinsilta 6 A, Helsinki Puh , Fax , Y , Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster PB 100, HSY, Semaforbron 6 A, Helsingfors Tfn , Fax , FO ,

4 2 (10) Projektin perustiedot Projektin nimi (lyhenne) Dokumentaation sijainti Projektipäällikkö Ohjausryhmän puheenjohtaja Rejektiveden käsittelyn biologiset ja fysikaaliskemialliset vaihtoehdot T:\Tietopankki\2014\Projektit\RAKI2014_2015\Hakemus Mari Heinonen Tommi Fred Dokumentin perustiedot Laatija Mari Heinonen Status Liitteet YM:n kustannuslaskentataulukko Muutoshistoria Versio Päiväys Tekijä Kommentit

5 3 (10) 1 PROJEKTIN KUVAUS 1.1 Projektin tavoitteet Viikinmäen jätevedenpuhdistamon typenpoistoa on tehostettu koko puhdistamon 20-vuotisen toiminnan ajan. Typenpoiston tehostamisen taustalla ovat olleet kiristyvät ympäristölupaehdot, lupaehtoja kireämmät sisäiset omistajaohjauksen kautta tulevat Itämeri-ohjelmaan liittyvät tulostavoitteet ja vuonna 2012 allekirjoitettu Suositussopimus pyrkimyksestä lupamääräyksiä parempaan puhdistustulokseen. Sisäiset tulostavoitteet ja Suositussopimus ovat ohjanneet Viikinmäen typenpoistotason noin 30 % lupaehtotasoa tehokkaammaksi ja operatiivinen typenpoiston perustaso vuosikeskiarvona on tänä päivänä 90 % ± 4 %. Toimenpiteitä hyvän typenpoistotason saavuttamiseksi on ollut useita. Näistä merkittävimmät ovat olleet prosessialtaiden varustaminen kokonaistypenpoistoon soveltuviksi 1998 sekä typenpoistosuodattimen prosessitekninen valinta vuonna 2000 ja käyttöönotto 2004, 9. aktiivilietelinjan käyttöönotto syyskesällä 2014, ohitustilanteiden operatiivinen kehitystyö ja sisäinen luvitus sekä typenpoiston optimointi ja sitä tukevat mittaroinnit. Edellisistä panostuksista huolimatta puhdistamon ei ole nykyisellä prosessiteknisillä ratkaisuilla ja kuormituksen edelleen kasvaessa mahdollista saavuttaa nykyistä noin 90 % poistotasoa parempaa kokonaistypenpoistoa tulevaisuudessa. Päätekijänä tässä on tulevan typpikuormituksen jatkuva kasvu, mikä johtaa optimointien kautta saavutettavien hyötyjen menetykseen. Viikinmäen jätevedenpuhdistamon lietteenkäsittelyssä hyödynnetään anaerobihajoitusta eli liete mädätetään. Samalla lietteen määrä pienenee ja liete stabiloituu. Mädätyksen avulla tuotetaan merkittävä määrä biokaasua, joka hyödynnetään puhdistamon omassa energiatuotannossa. Viikinmäki on tällä hetkellä 70 % omavarainen sähköenergian suhteen ja 100 % omavarainen lämmön osalta. Mädätyksen aikana lietebiomassa hajoaa ja lietteen solumassaan sitoutunut typpi vapautuu. Linkouksen erotusveden eli rejektin kautta puhdistamon sisäisen typenkierron osuus on noin 20 % kokonaistyppikuormasta. Rejekti on perinteisesti kierrätetty puhdistusprosessin alkuun ja sen kuormitusvaikutus on huomioitava osana pääprosessin typpikuormitusta. Rejektisivuvirran erilliset typenpoistoratkaisut ovat yksi mahdollisuus keventää puhdistamon typpikuormitusta ja näin vapauttaa kapasiteettia tulovirtaaman aiheuttamalle typpikuormituksen kasvulle. Osa rejektikäsittelyn tekniikoista ovat biologisia ja osa taas fysikaaliskemiallisia. Biologiset menetelmät pyrkivät pääasiassa energiatehokkaisiin ja kemikaalien käytön kannalta kestäviin ratkaisuihin, kun taas fysikaaliskemialliset menetelmät ovat käyttökustannuksiltaan kalliimpia ja kuluttavat kemikaaleja että energiaa, mutta mahdollistavat typpiravinteen kierrätyksen. Rejektiveden biologiset käsittelymenetelmät ovat normaaliprosessia haastavampia operoitavia ja niiden edellytyksenä on lisensoitujen bioprosessien hyödyntäminen. Tämä rajaa biomassan hankinnan vain tiettyjen prosessitoimittajien kautta tehtäväksi. Viikinmäen jätevedenpuhdistamo on tutkinut mahdollisuuksia erilliskäsitellä biologisesti rejektivettä ns. Sharon-projektissa (diplomityö Hienonen 2009) ja Demon -hankkeessa (diplomityö Lindell 2012). Sharon prosessin toiminta saatiin pienessä pilot-koossa vakiinnutettua, mutta sen lisäksi haluttiin tutkia kokonaistaloudellisesti kannattavampia kokonaistypenpoistoprosesseja, jotka pohjautuvat ns. Anammox -bakteerien toimintaan. Anammox-prosessien osalta HSY teetti 2010 teknillistaloudellisen esiselvityksen Pöyryllä ja sen perusteella kannattavimmaksi vaihtoehdoksi osoittautui Demon -prosessi. Demon - prosessin koeajo laajamittaisella pilot-prosessilla osoittautui haastavaksi ja koetoiminta päätettiin lopettaa keväällä Tämän hankkeen tarkoituksena on jatkaa Anammox-prosessin laajamittaista pilotointia ns. ANI- TA TM Mox -teknologian avulla, missä bakteerimassa on sidottu kantoaineeseen. ANITA TM Mox - prosessia ei ole pilotoitu Suomessa ja sen lähimmät referenssit löytyvät Ruotsista. Haasteet aikaisemmassa Demon -pilotoinnissa on arvioitu ja kantoaineprosessin edut tulisi tutkia laajamittaisessa koeajossa. ANITA TM Mox -pilotissa hyödynnetään samaa allaskonstruktiota kuin Demon - prosessissa, mikä osaltaan pienentää laajamittaisen pilotoinnin vaatimia investointeja. Biologisen käsittelyn lisäksi tässä hankkeessa tutkitaan esiselvitystasolla ilman koeajoa fysikaaliskemiallista rejektivedenkäsittelyn toteuttamista yhdyskuntajätevedenpuhdistamon tiloissa. Kyseeseen tuleva teknologia perustuu ph-säädön avulla strippaantuvan/vapautuvan typen talteenottoon.

6 4 (10) Hankkeen tuloksia tullaan hyödyntämään Viikinmäen lisäksi myös Blominmäen jätevedenpuhdistamon prosessisuunnittelussa ja ne ovat käytettävissä myös muiden jätevedenpuhdistamoiden ja biokaasun tuotantolaitosten rejektivesien käsittelymenetelmiä arvioitaessa. 1.2 Projektin tulosten määrittely Tutkimusprojektin tarkoituksena on tuottaa biologisesta rejektivesien käsittelystä sekä operatiivista että kustannustietoa mahdollisen täydenmittakaavan prosessin suunnittelua varten. Fysikaaliskemiallinen rejektiveden typenpoisto tarkastellaan esisuunnitelmatasoisesti ilman pilotointia. Projektin tuloksena syntyy: Tieto biologisen ANITA TM Mox -prosessin avulla saavutettavasta typenpoistotasosta Viikinmäen jätevedenpuhdistamon käyttöolosuhteissa o Käytettävyysanalyysi ja toteuttamispotentiaali täyteen mittakaavaan o Prosessin mitoitustiedot o Tarvittavien kemikaalien laatu, energian tarve ja käyttökustannustieto o Täydenmittakaavan prosessitoteutuksen alustava tilantarve o Investointikustannusarvio Esisuunnitelmatasoinen selvitys fysikaaliskemiallisen käsittelyprosessin avulla saavutettavasta typenpoistotasosta Viikinmäen jätevedenpuhdistamon käyttöolosuhteissa o Tarvittavat osaprosessit ja niiden alustava kustannusarvio sekä tilantarve o Kemikaalien laatu ja alustava käyttömäärätieto o Toteuttamispotentiaali täyteen mittakaavaan o Käyttökustannus- ja investointikustannusarvio o Prosessin alustavat mitoitustiedot Projektin tutkimustoimintaan ei sisälly eri biologisten käsittelyprosessien ja toimittajien vertailua. Tämä on toteutettu vuonna 2010 tehdyssä esiselvitystyössä (Pöyry). 1.3 Liittymät muihin projekteihin Projekti on itsenäinen tutkimushanke, joka ei sellaisenaan nivoudu osaksi muita hankkeita. Projekti tukee HSY:n Itämeri-haasteen mukaista toimintaa sekä resurssitehokkuuden ja ravinteiden kierrätyksen näkökulmaa. 2 PROJEKTIORGANISAATIO 2.1 Projektin omistaja Projektin omistajana toimii HSY:n vesihuollon toimialan jätevedenpuhdistusosasto ja osastonjohtaja Tommi Fred (Tek.Lis.). Tommi Fredillä on laaja kokemus jätevedenpuhdistusprosessien sekä operatiivisesta- että kehitystoiminnasta ja investointien toteuttamisesta sekä suunnittelusta. Taulukko 2 Projektin omistaja Tommi Fred Yksikkö Jätevedenpuhdistus 2.2 Ohjausryhmä Projektin ohjausryhmän muodostavat HSY:n jätevedenpuhdistusosaston edustajat yhdessä rahoittajan, konsultin ja prosessitoimittajan kanssa. Ohjausryhmän ulkoisina jäseninä toimivat kehittämispäällikkö Jouni Lillman Lahti Aquasta ja käyttöpäällikkö Heikki Sandelin Tampereen Vedestä tuoden projektille

7 5 (10) yhdyskuntajätevedenpuhdistuksen asiantuntijuutta ja vesilaitosnäkökulmaa. Lillman ja Sandelin ovat osallistuneet myös Demon -prosessin ohjausryhmätyöhön. Taulukko 3 Ohjausryhmä Rooli Yksikkö Tommi Fred Puheenjohtaja Jätevedenpuhdistus Mari Heinonen Projektipäällikkö (sihteeri) Jätevedenpuhdistus / Tuotanto Pauli Hyvärinen / Frida Skult Pilot-prosessitoimittajan edustaja Marina Graan / Kristian Sahlstedt Konsultin edustaja Prosessitoimittaja Pöyry N.N. (ehd. Ari Kangas) Rahoittajan tekninen edustaja YM/ELY Jouni Lillman Heikki Sandelin Jätevedenpuhdistusprosessin tekninen neuvonantaja ja yhdyskuntajätevedenpuhdistamon edustaja Lahti Aqua Tampereen Vesi 2.3 Projektiryhmä Projektin käytännön toteutukseen nimetään taulukossa 4 esitetty projektiryhmä. Hankkeen projektipäällikkönä toimii HSY:n jätevedenpuhdistusosaston tuotantopäällikkö Mari Heinonen (DI). Ryhmän jäsenillä on laaja kokemus yhdyskuntajätevedenpuhdistusprosessien operoinnista, suunnittelusta ja kehittämisestä. Ryhmän jäsenet ovat toteuttaneet käynnissä olleen rejektiveden Demon -prosessin koeajot ja 2009 Sharon-koeajon laitehankinnoista lähtien aina operatiiviseen toimintaan sekä raportointiin. Ryhmä on kokenut myös tutkimusten julkaisutoiminnassa. Taulukko 4 Projektiryhmä Henkilö Rooli Kuvaus Mari Heinonen (DI) Projektipäällikkö Johtaa projektia Paula Lindell (DI) Anna Kuokkanen (Tek. Lis.) Kim Nyman (käyttöteknikko) Kehittämisinsinööri (sihteeri) Kehittämisinsinööri Käyttömestari Toimii pääasiallisena projektin toteuttajana Toimii projektin toteuttajana Pilot-prosessin operointi

8 6 (10) 3 TOTEUTUSSUUNNITELMA 3.1 Projektin aikataulu, osavaiheet ja tehtävät Hankkeen rahoituksen varmistumisen jälkeen käynnistetään välittömästi määrittelyvaihe. Prosessitoimittajan ja konsultin kanssa on käyty alustavat keskustelut ja tämä hankesuunnitelma perustuu ko. toimittajilta saatuihin hanketarjouksiin. Näin ollen määrittelyvaihe voidaan aloittaa heti ja sen ohessa toteutetaan tutkimussuunnitelman valmistelu. Pilotointia varten on olemassa olevassa prosessitiloissa toteuttaa muutostöitä ja laitteistojen asennustöitä. Lisäksi muutostöitä toteutetaan Metso-automaatiojärjestelmään. Hankkeen raportoinnin piirissä olevan pilotoinnin on suunniteltu kestävän 12 kuukautta. Biologisen prosessin pilotoinnin rinnalla käynnistetään fysikaaliskemiallisen prosessin esiselvitystyö, joka etenee omana osahankkeenaan. Kuva 1 Aikataulu 3.2 Projektin hyödyntämissuunnitelma Projektin kautta syntyvien tietojen tekijän-, käyttö- ja omistusoikeudet kuuluvat HSY:lle. Hankkeen loppuraportti on julkinen asiakirja ja se sisältää kaikki rahoittajan ja muiden sidosryhmien kannalta oleelliset tiedot projektissa tutkittujen prosessien osalta. Biologisen prosessitoimituksen kautta HSY ja konsultti sitoutuvat tekemään salassapitosopimuksen prosessin ohjaukseen ja operointiin liittyvien teknisten yksityiskohtien osalta AnoxKaldnesin ja Aquaflown kanssa. Tältä osin rahoittajalla tai projektin tuottamien tietojen muilla hyödyntäjillä ei ole julkisuuslain mukaista oikeutta hankkeen tietoihin.

9 7 (10) 3.3 Riskit ja niihin varautuminen Taulukko 6 Projektin riskit on arvioitu HSY:n projektimallin riskinarviokaavion kautta. Projektin biologisen osion pilotoinnin riskit liittyvät biomassan toiminnan käynnistymiseen ja pilotin tekniseen toimivuuteen. Biologinen prosessi voi reagoida herkästi olosuhteiden muutoksiin. Esisuunnitelma tasoiseen selvitystyöhön liittyvät riskit ovat selvästi pienempiä. Riskin kuvaus Biologisen prosessin tekninen käyttöhäiriö tai biomassan kuoleminen Rejektin laadun (kiintoaines, alkaliteetti, ravinnetasapaino) voimakas heikentyminen Esisuunnitelmatyön epäonnistuminen (budjettitarjousten saaminen vaikeaa tms.) Suuruus (1-5) S Todennäköisyys (1-5) TN Riskikerroin S*TN Vaikutus Koeajo keskeytyy, hidastuu tai joudutaan lopettamaan kokonaan Koeajojen hidastuminen, katkeaminen ja aikataulun venyminen Esisuunnitelman tarkkuus heikkenee, riski jatkohankkeen osalta Seuranta ja varautuminen Prosessin ylösajo on hallittu ja hyvin resurssoitu. Kokemus aikaisemmista piloteista koeajo Viikinmäessä, rejektin kiintoaineen tarkkailu, varautuminen alkalointiin ja fosforin syöttöön, Keskustelut ja määrittelyt konsultin kanssa Vastuuhenkilö Mari Heinonen Mari Heinonen Mari Heinonen 3.4 Ympäristövaikutukset Projektin tarkoituksena on löytää teknistaloudellisesti kestävä vaihtoehto lietteen kuivauksen rejektivesien erilliskäsittelylle. Tällöin puhdistusprosessin pääprosessista voidaan täydenmittakaavan sovelluksessa vapauttaa noin % typpikuormitusosuus. Tämä vaikuttaa aluksi pääprosessin typenpoistotehon osalta pääosin käyttökustannuksia alentavasti ja vähentää prosessin ilmastovaikutuksia metanolin käytön vähentyessä ja mahdollisesti typpioksiduulipäästöjen pienentymisen kautta. Myöhemmässä vaiheessa kuormituksen kasvaessa rejektin erilliskäsittely mahdollistaa kokonaistypenpoistotehon ylläpidon. Projektissa tutkitut menetelmät ovat monistettavissa myös muiden yhdyskuntajätevedenpuhdistamoiden sekä erillisten biokaasua tuottavien laitosten käyttöön. Tällöin tutkittujen menetelmien avulla mahdollisesti saavutettavien typenpoistoleikkausten ja energiatehokkuuden kautta ympäristövaikutukset ovat HSY:n toimintakenttää laajemmat.

10 8 (10) 4 RESURSSISUUNNITELMA 4.1 Kustannusarvio Taulukko 7 Kustannusarviossa on huomioitu kaikki projektin aikana syntyneet kustannukset. Kustannuksia ovat hankinnat, ostopalvelut ja henkilöstökustannukset (oma työ). Oman työn kustannukset on laskettu YM:n RAKI-hankeohjeen mukaisesti huomioiden niissä YM:n rahoitusohjeen mukaisesti 30 % yleiskustannusosuus. HSY:n kustannusarvio perustuu 50 % omarahoitusosuuteen. Projektilla ei ole muita rahoituslähteitä kuin ehdotettu YM:n rahoitusosuus. Pilotoinnin osalta on olemassa vain yksi mahdollinen prosessitoimittaja, jolta on pyydetty pilotoinnin tarjous. Tarjous sisältää niin materiaalikustannuksia kuin henkilöstökuluja. Molempien osalta sopimuskumppanina tulee toimimaan Aquaflow Oy. Pilot-altaan muutostyöt tilataan vuosisopimuskumppanilta ja vastaavasti automaatiojärjestelmän edellyttämät muutostyöt Metso Oy:ltä. Kemiallisfysikaalinen selvitystyö tullaan tilaamaan puitesopimuskumppanina toimivalta Pöyryltä, jolla on hankkeen vaatima aikaisempi kokemus rejektiveden biologisesta käsittelystä ja koemusta fysikaaliskemiallisen prosessin suunnittelusta. Lisäksi fysikaaliskemiallisen selvitystyön on varauduttu konsultoimaan Envor Oy:tä, jolla on harvinainen täydenmittakaavan prosessitoteutus rejektin typen strippauksesta. Laboratoriopalvelut hankitaan HSY:n kilpailuttamalta sopimuslaboratoriolta. Matkustuskulujen on suunniteltu kattavan yhden hengen osallistumisen toukokuussa 2015 järjestettävään IWA Nutrient Removal konferenssiin Puolassa. Muut kuin henkilöstökustannukset (ALV 0%) Yhteensä Pilotointi + Veolian konsultointi Kemikaalit Pilot-altaan laitteistot ja asennustyöt Automaation muutostyöt Laboratoriokustannukset Konsulttikustannukset (Pöyry) Matkustuskulut Muut kuin henkilöstökustannukset yhteensä Henkilöstökustannukset Projektipäällikkö 0,4 kk 0,1 kk 3187,5 Projektiryhmän jäsenet 3,6 kk 1,4 kk 20312,50 Muut 0,05 kk 0,05 kk 812,5 Htkk:t yhteensä 4,05 kk 1,55 kk Yleiskustannukset 30 % 30 % 7293,75 Henkilöstökustannukset yhteensä ,25 Kaikki kustannukset yhteensä (ALV 0%) ,25

11 9 (10) 5 OHJAUSSUUNNITELMA 5.1 Projektikokoukset Projektikokousten tarve määritetään joulukuussa tehtävän määrittelytyön ja aikataulutuksen aikana. 5.2 Projektin raportointi Projektin raportointiin vaikuttaa mahdollinen YM:n rahoitus. Tällöin hankkeen väli- ja loppuraportointi nivoutuu rahoittajan määrittelemällä tavalla. Hankkeen aikana ei toteuteta erillisiä opinnäytetöitä, vaan hankkeen loppuraportti toimii osaltaan myös teknisenä loppuraporttina. Ohjausryhmälle raportoidaan jokaisessa ohjausryhmän kokouksessa vähintään projektin edistymisen tilanne (tilanneraportti/-katsaus) sekä kerrotaan päätettävät ja kommentoitavat asiat. 6 TYÖMENETELMÄT JA DOKUMENTOINTI Projektissa noudatetaan HSY:n projektihallinnan toimintamallia ja käytetään yhteisiä dokumenttipohjia. Projektin dokumentaatio tallennetaan HSY:n verkkolevylle. 7 MUUTOSTENHALLINTA Kaikki muutokset, jotka vaikuttavat projektin aikatauluun tai kustannuksiin hyväksytetään ennen muutoksen toteuttamista. Hyväksyjätaho riippuu muutoksen suuruudesta. Taulukko 8 Muutoksen vaikutus Suuruus Hyväksyjä Raportointi Kustannukset <10 % Projektipäällikkö Ohjausryhmälle Kustannukset >10 % Ohjausryhmä Johtoryhmälle Aikataulu <kuukausi ja vaikutus Projektipäällikkö Ohjausryhmälle projektin sisäinen Aikataulu >kuukausi tai vaikutus Ohjausryhmä Johtoryhmälle projektin ulkoinen Laajuus Projektin sisäinen Projektipäällikkö Ohjausryhmälle Laajuus Koko projektiin vaikuttava Ohjausryhmä Johtoryhmälle Jos muutos on erittäin merkittävä ja vaikuttaa projektin tavoitteen asetteluun, projektin ohjausryhmä vie asian johtoryhmän käsiteltäväksi. Jotta kustannusten muutokset voidaan hyväksyä edellä esitetyllä tavalla, ohjausryhmän pitää voida päättää projektin kustannuksista (vrt. ohjausryhmän tehtävät, kohta 2.2) ja budjettiin pitää olla varattuna 10 %:n ylitysvara, jota projektipäällikkö voi tarvittaessa käyttää. Kaikki muutokset dokumentoidaan. Muutoshallinnan dokumentointi on osa projektin dokumentaatiota. Alkuperäistä projektisuunnitelmaa ei muuteta. 8 VIESTINTÄSUUNNITELMA Projektin alkamisesta tiedottaa HSY:n viestintäyksikkö. Mikäli projektille myönnetään YM:n rahoitusta osana RAKI-ohjelmaa, tulee viestintäsuunnitelmassa huomiotavaksi hankeohjeessa määrite-

12 10 (10) Taulukko 9 tyt alku- ja lopputiedottaminen kotimaisissa ammattilehdissä ja kaikessa tiedottamisessa on mainittava rahoittajan tiedot. Nämä tiedottamiset koordinoidaan myös yhteistyössä rahoittajan kanssa. Kohderyhmä Ydinviesti Kanava Vastuu Ajankohta Yleinen tiedote Ammatillinen yleisö Ammatillinen yleisö RAKI- rahoituspäätös hankkeen alku- ja lopputiedotus Typen poiston tehostaminen ANITA TM Mox tekniikan tai strippauksen avulla Typen poiston tehostaminen ANITA TM Mox tekniikan tai strippauksen avulla HSY- tiedotteet ja HSY nettisivut, alan lehdet Vesitalous-lehti tai Kuntatekniikka-lehti HSY viestintä YM:n ohjeistuksen mukaisesti kevät 2016 Vesihuoltopäivät Jätevedenpuhdistus kevät PROJEKTIN PÄÄTTÄMINEN JA ARVIOINTI Projekti voidaan päättää, kun kaikki projektin tulokset ovat valmistuneet ja projektin ohjausryhmä on ne hyväksynyt. Projektista laaditaan loppuarviointi, jonka ohjausryhmä hyväksyy. Projektin loppuarviointi viedään käsiteltäväksi johtoryhmään, joka hyväksyy projektin päättämisen ja mahdolliset jatkotoimenpiteet. Mikäli projektille myönnetään YM:n RAKI- rahoitusta, tulee projektin päättämiselle tietyt toiminnot rahoittajan hankeohjeiston kautta. Näitä ovat mm. hankeen loppuraportoinnin määrämuotoisuus ja tilintarkastus.