Ravinteet talteenottavan Esityksen jätevesihuollon nimi tarkastelua Tutkimusinsinööri Esityksen Riikka pitäjä Vilpas, / organisaatio Suomen ympäristökeskus DT Suomi tilaisuus, -päivän päivämäärä seminaari 19.8.2015 Suomesta ravinteiden kierrätyksen mallimaa 1
BIOUREA Innovatiivinen lannoitevalmiste suljetun ravinnekierron toteuttamisessa 2015-2016 Hankkeen tavoitteena on laatia malli ja kokeilla käytännössä laajamittaisen erilliskerätyn virtsan ja käymäläkompostin keräyksen, käsittelyn ja hyötykäytön teknisiä toteutuksia sekä edistää erilliskerätyn virtsan ja käymäläkompostin tuotteistamista lannoitevalmisteeksi. Ensimmäisenä vuonna kerätään virtsaa ja käymäläkompostia lannoitekäyttöön, etsitään sopimusviljelijät sekä vanhennetaan ja kompostoidaan biomassat turvallista käyttöä varten Toisena vuonna toteutetaan lannoitus- ja kasvatuskokeet ja tehdään lannoite-, hygienia-, turvallisuus- ja satokokeet Lisäksi laaditaan kustannus- ja elinkaaritarkastelut virtsan erilliskeräyksen vaativan infrastruktuurin ja nykyisen jätevesienpuhdistusjärjestelmän välillä Hanke toteutetaan Tampereen ammattikorkeakoulun (TAMK), Käymäläseura Huussi ry:n ja Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) yhteishankkeena. Hankkeessa ovat mukana Maa- ja metsätaloustuottajain Keskusliitto (MKT) asiantuntijana sekä yhteistyöviljelijä, jonka kanssa toteutetaan lannoituskokeet. Rahoitus ympäristöministeriön Ravinteiden kierrätystä ja Saaristomeren parantumista koskevasta RAKI -ohjelmasta http://www.huussi.net/toimintamme/hankkeet-nyt/biourea/ Kustannus- ja elinkaaritarkastelut Biourea -hankkeessa Vertaillaan virtsan erilliskeräyksen vaativaa ja nykyistä vesihuoltoinfrastruktuuria elinkaariarviointimenetelmää hyödyntäen Ympäristövaikutukset Kustannukset vrt. hyödyt Toteuttamiskelpoisuus / haasteet Työ aloitetaan tekemällä järjestelmän rajaukset ja inventaarioanalyysi Keväällä tehdään johtopäätökset ja suositukset Aikataulu syyskuu 2015 -> kesä 2016 Kohderyhmät Haja-asutus (toiminta-alueiden ulkopuoliset alueet) Pienet taajamat/kylät Uudet asuinalueet Isot kaupungit Esimerkkiä MASU -hankkeesta, jossa SYKE vertaili erilaisten kiinteistökohtaisten jätevesijärjestelmien ympäristövaikutuksia 2
Kuivakäymälä + harmaiden vesien käsittely (suodatin, maapuhdistamo) Käyttö ja huolto Kuivikkeen valmistus ja Laitteen valmistus Asennus/rakentaminen? Käymäläjäte Kuivakäymälä Suotonesteen ja virtsan hyödyntäminen/ korvaavuus Kompostin hyödyntäminen/ korvaavuus Käymälän loppusijoitus kompostoiva/keräävä käymälä? 2-3 dl kuiviketta käymäläkerran jälkeen Kuivike: hapan havupuunkuorirouhe + lannoittamaton turve. Happamuus sitoo ammoniumtyppeä ja estää sitä haihtumasta ammoniakkina ilmaan Kompostoiva: tyhjennettävä massa valmiiksi kompostoitunutta, suoraan jälkikompostikasaan kypsymään. Keräävä: kertynyt jäte kompostiin kompostoitavaksi, peitetään turpeella, kuivikkeella tai puutarhajätteellä jäte maanparannukseen tms. / korvaavuuksien laskeminen? Eroteltu virtsa -> lannoite Suotoneste -> käymäläheräte/lannoite 3
Kuivakäymälä + harmaiden vesien käsittely (suodatin, maapuhdistamo) Harmaa vesi Sähkö Käyttö ja huolto Kemikaalien valmistus ja Laitteen valmistus Asennus/rakentaminen Suodatin/ maapuhdistamo Päästöt ilmaan Liete Lietteen loppusijoitus Puhdistamon loppusijoitus Puhdas vesi Suodatin/maapuhdistamo Jätevesille viettoviemäri / pumppaus. Suodatin: lampisirppisammal (Biolan) / turve (Uponor). Suodattimen talvikäyttö: suodattimeen lämpökaapeli tai laite tilassa, jonka lämpötila on nollan yläpuolella (Biolan). Suodattimen sisäpuoliset lämmöneristeet ja itsesäätyvän lämmityskaapeli. Varustepaketin lisäksi on huomioitava riittävä ulkopuolinen routasuojaus sekä tulo-, lähtö- ja purkuputkien eristäminen. Suodatinmateriaali vaihdetaan noin 100 käyttövuorokauden välein (Biolan) Maapuhdistamo: maasuodatin/maaimeyttämö Maasuodattimon käyttöikä 10-20 v Sepelistä tehty jakokerros ja suodatinhiekkakerroksessa. Kokoojaputkiston kautta avo-ojaan. Maasuodattamo vaatii suuren pinta-alan ja syvän kaivuualueen, 20-30 m 2 /talous Saostussäiliöt Maaimeyttämö: jätevesi saostuskaivon ja imeytysputkiston kautta maaperään -> maaperän sopiva rakeisuus Elinkaariarvioinnin soveltaminen kiinteistökohtaiseen jätevesien käsittelyyn MASU -hankkeessa 2008-2011 l-> Rehevöityminen Vertaa Jos vertailukotitalous syö paketillisen (350 g) Emmental-juustoa viikossa Ympäristövaikutus 0,5 kg PO 4 e/vuosi Pesukoneella pesu (luokka A, 25 krt/vko, 40 C) Ympäristövaikutus VAIN 6 g PO 4 e/vuosi 4
Elinkaariarvioinnin soveltaminen kiinteistökohtaiseen jätevesien käsittelyyn MASU -hankkeessa 2008-2011 l-> Hiilijalanjälki Vertaa Tyypillisen perheauton ajosta aiheutuvat suorat hiilidioksidipäästöt / 1000 km Ympäristövaikutus 150 kg CO 2 e Kestävä jätevesienkäsittely ravinteet talteen 5
Nykyinen vesihuoltoinfrastruktuuri Taajamat pääsääntöisesti erillisviemäröityjä; jätevedet, hulevedet Vaihtoehtoinen ratkaisu kaksoisviemäröintiviemäröinti; wc-vedet ja pesuvedet erikseen, +hulevedet Haja-asutuksessakin tyypillisesti kaikki jätevedet viemäröidään yhdessä Vain pienellä osalla vakituisista asunnoista kaksoisviemäröinti; kuivakäymälä ja harmaiden vesien käsittely erikseen Vapaa-ajan asunnoilla / mökeillä kuivakäymälät hieman yleisempiä Ravinteiden hyödyntämisen tiellä vielä monia haasteita Taajamien infran muuttaminen vaatii investointeja, haja-asutuksessa helpompi toteuttaa Onko uutta tekniikkaa riittävästi jo saatavilla kilpailukykyiseen hintaan? Käymäläjätteiden haitta-aineettomuus (hormonit, lääkeaineet yms.) Ravinteiden käyttökelpoisuus kasveille -> nykyisin menetelmin jätevesistä talteen otettava fosfori on niukkaliukoista eikä kasveille käyttökelpoisessa muodossa. Typpi puolestaan vapautuu ilmaan ja vain osa jää jätevesilietteeseen hyödynnettäväksi. Tyypillinen jätevedenpuhdistamo 6
Ravinteet talteenottava jätevesihuolto Kotitalouksien jätejakeiden erottelu syntypaikalla Harmaiden vesien käsittely puhdistamoilla Myös lämmön talteenotto Puhdistetun veden käyttö uudelleen Virtsan viemäröinti tai ravinteiden talteenottolaitokselle Vaihtoehtoisesti vähävetinen käymälä Ulosteen ja biojätteen keräys ja käsiteltäväksi Energia jäte Virtsa Uloste Biojäte Ylijäämälietteet Järjestetty keräys ja Viemäri puhdistamolle Viemäri ravinteiden talteenottolaitokselle Ravinteiden talteenotto Järjestetty keräys ja Kompostointi Mädätys Muu? Jäännöksen käsittely? Jäännöksen käsittely? Poltto Haja-asutus NYKYINEN Pesuvedet Käsittely kiinteistöllä Ylijäämäliete Kuljetus -> jvp Virtsa Laimennus ja vanhennus Käyttö kiinteistöllä Uloste Biojäte Kompostointi Käyttö kiinteistöllä VAIHTOEHTOINEN Pesuvedet Virtsa Uloste Biojäte Energiajäte Käsittely kiinteistöllä Järjestetty keräys ja Järjestetty keräys ja Järjestetty keräys ja Ylijäämäliete Ravinteiden talteenotto Kompostointi Mädätys Muu? Jäännöksen käsittely? Jäännöksen käsittely? Poltto 7
Lannoittaminen virtsalla Erinomainen lannoite On steriiliä ja sisältää ravinteita (fosfori, typpi, kalium) oikeassa suhteessa 80 % jätevesien typestä ja 50 % fosforista virtsassa (ulosteessa 10 % typestä ja 30 % fosforista) Ravinteet kasveille käyttökelpoisessa muodossa Turvallinen lannoite Taudinaiheuttajat tuhoutuvat helposti varastoitaessa 1-6 kk Fosfori hupeneva luonnonvara, tulevaisuudessa fosforin kierrätys välttämätöntä myös käymälätuotoksista Nykyteknologian käytettävissä olevat fosforivarannot riittävät noin 90 vuodeksi nykyisellä kulutuksella, jo tätä aikaisemmin raakafosfaatin hinta tulee nousemaan moninkertaisesti ja sen laatu huononee Haasteena virtsan sisältämät kemikaalit, hormonit, lääkeaineet yms. Kuinka suuri on riski? Vaikutukset maaperään ja/tai ravintoon Tutkimuksia tehty ja meneillään aiheesta Samalla ravinteiden poisto jätevedenpuhdistamolla helpottuu Mahdollisuus fosforin talteenotto struviittina Struviitti (MgNH 4 PO 4 6H 2 O) on kiteytymällä syntyvä mineraali Voi kertyä laitoksilla tukoksiksi prosessilaitteisiin, kun olosuhteet ovat sopivat Sopivalla prosessilla voidaan saostaa struviittia ja ottaa ravinteet, erityisesti fosfori, hallitusti talteen Tarvitsee liukoisen magnesiumin lähteen Struviittia on saostettu mm. jätevesistä, mädätysjäännöksestä, lannasta, virtsasta Ravinteet kasveille käyttökelpoisessa muodossa, hidasliukoisuus vähentää ravinteiden huuhtoutumista ja takaa ravinteiden saannin pitkään Ureaan verrattuna puhdas ravinne; haitta-aineet jäävät nestefaasiin Nestefaasiin jää myös vielä mm. typpeä ja kaliumia, jotka pitää edelleen käsitellä tai ne voidaan hyödyntää sopivalla tavalla Jätevedenpuhdistamoilla struviitin valmistus sopii parhaiten laitoksille, joissa on biologinen fosforinpoisto Anaerobisessa vaiheessa fosfori vapautuu lietteestä nestefaasiin Mädätyksessä fosforin talteenottopotentiaali 90 %, jos sitä edeltää biologinen fosforinpoisto Noin 500 litrasta ureaa saa 1 kg struviittia Mahdollisuuksia ravinteiden talteenottoon struviittina tutkitaan intensiivisesti eri puolilla maailmaa Tunnetuimpia struviitin valmistusprosesseja ovat AirPrex, Crystalactor, OSTARA Pearl, Phosnix ja PHOSPAQ 8
Struviitin valmistus 9
Huomioita Haja-asutuksessa ravinteiden talteenotto helpommin käyttöön otettavissa, mutta talteenottopotentiaali pieni Käyttö lähinnä omalla kiinteistöllä Onko ulosteen/virtsan kuljettaminen kauemmas kannattavaa? Taajamissa talteenottopotentiaali suurempi, mutta uusien tekniikoiden / infran käyttöönotto hidasta Mahdollisia kokeilukohteita lähitulevaisuudessa voisi löytää uusilta asuinalueilta Ravinteiden, jätteiden, energian ja käyttöveden kokonaisvaltainen tarkastelu tällöin järkevää Esim. Ruotsissa ja Kiinassa on verkostomittaisia kokeiluja virtsan erottelusta ja talteenotosta sekä käytöstä viljelyssä. Uusi ympäristökorvausjärjestelmä Tavoitteena ravinteiden tasapainoinen käyttö Huomioi vain osan ravinteista Esim. Käsitellyn sakokaivolietteen ja puhdistamolietteen kokonaisfosforista otetaan huomioon 60 prosenttia, tuhkan kokonaisfosforista huomioidaan 40 prosenttia, orgaanisen lannoitevalmisteen sisältämä fosfori otetaan huomioon sen raaka-aineen perusteella, jota lannoitevalmisteessa on eniten. Puhdistamolietteessä oleva rauta- tai alumiinisulfaatilla saostettu fosfori on kasveille heikosti käyttökelpoista. Vaikka kokonaisfosforipitoisuus olisikin 2-3 % kuiva-aineesta, helppoliukoista fosforia kokonaisfosforista on vain kymmenesosa. Ei mainintaa virtsasta tai ulosteesta 10
Mutta Uusien tekniikoiden ja toimintatapojen käyttöönotto vie aikaa On laskettava, miten jätteiden hyödyntäminen saataisiin kannattavaksi Esim. jätevedestä pitää saada talteen niin paljon kultaa, että se kattaa talteenottokulut ja se taas edellyttää halpaa teknologiaa tai niin suurta kultapulaa, että jätevesien hyödyntäminen kannattaa Vaikka Fosfori on hupeneva luonnonvara ja pulaa helpottaisi, jos se voitaisiin ottaa talteen jätevesistä Yleensä tositoimiin ryhdytään vasta, kun on pakko tai pakotetaan eli jonkin luonnonvaran on loputtava tai sitten arvoaineiden talteenotosta pitää määrätä lailla tai säännöksillä Joka tapauksessa tarvitaan laajamittaista yhteistyötä eri toimijoiden kesken sekä toimintaa tukevia poliittisia päätöksiä / porkkanoita Myös logistiset ratkaisut ja tekniikka vaativat vielä paljon kehitystyötä mikään ei ole mahdotonta 11