Kunnalliset jätevedet resurssina Jukka Rintala, Aino-Maija Lakaniemi, Riitta Kettunen, Piet Lens Tampereen teknillinen yliopisto Vesihuolto 2015-2040 Haasteet Pirkanmaalla -seminaari Pirkanmaan ELY-keskus, Tampere 22.10.2015
Jätevedet resurssina mikrobipolttokennot, mikrolevät: biosähköä, biopolttoaineita, ravinteet, mineraalit 2 Lakaniemi
Pienenmittakaavan biokaasun puhdistus ja tankkausasema Raakakaasua 20 to 100 Nm 3 /h Automaattinen tankkausasema Raaka-aineena mahdollinen myös liete Photos: Luostarinen, Kalmari 3
Kestävä maatila / lietteet hyötykäyttöön Crop production Digestate utilisation Digestate post-storage & gas storage Manure pre-storage Digester Digestate spreading Industrial byproducts, sludges Crops Combined heat and power Biogas upgrading and fuelling Kalmari 4
Kierrätysravinteita ja energiaa jätteistä ja lietteistä Biokaasuprosessi ja ravinnetehdas Raaka-ainevalikoima Biokaasuprosessi Jalostusteknologiat Tuote Varastointi ja kuljetus Käyttötarkoitus -Lanta -Biojäte -Teollisuuden orgaaniset sivutuotteet -Puhdistamoliete -Kasvibiomassa -??? -??? -??? Mahdolliset esikäsittelyt syntypaikoilla Kuljetus Esikäsittely(t) Esikäsittely(t) Esikäsittely(t) Esikäsittely(t) Erottelu (linko tms.) Anaerobikäsitelty liete Nestefraktio Maanparannusaine/ lannoite (pelto) Typpiravinne teollisuuteen Kuivafraktio Rakeistus Kuivarae Fosforilannoite Erottelu (linko tms.) Kuivafraktio Erottelu (linko tms.) Kompostointi Typen erotus/ rikastaminen Nestefraktio Maanparannuskomposti Biokaasureaktori Biokaasureaktori Biokaasureaktori Biokaasureaktori Typpiravinneliuos Typpiravinne maatalouteen Kasvualusta kasvihuoneisiin m Epäorgaaninen typpiravinne Esikäsittely(t) Kuivafraktio Stabilointi (varastointi) Kuivajae Maanparannusaine/ lannoite (pelto) Biokaasureaktori Muu käsittely Muu käsittely Muu tuote Muu käyttö Paavola et al. 5
Hygienisointi, lämmönvaihdin 6
Reaktoreita - märkä- ja kuivaprosesseja 7
Massa- ja ravinnetaseet biokaasu-kompostointiprosessissa 8
Biokaasun puhdistus ja tankkaus -biokaasu kestävämpiä elinkaaritarkasteluissa -useita jalostusteknologioita -kapasiteetti esim. 500 m 3 /h -varastointi ja jakelu, verkko 9
Jätepohjaiset ravinteet Yhdyskunnissa Bio- ja sekajätteet Jätevedet, lietteet Sakokaivolietteet Tuhkat Vihermassat Hyödyntämisen vaiheet Keräys Varastointi Prosessointi Tuotteet Päästöt Hyödyntämisen reunaehtoja Laatu Käyttökelpoisuus Turvallisuus Talous, markkinat LCA 10
Hyödyntäminen tavoitteena Nykyisin Putken pää teknologiat Sektorikohtainen toiminta Ei alueellista resurssiajattelua Tilalle Alueellinen resurssiajattelu hyödyntäminen tavoitteena Alueellinen kiertotalouden keskus Yhteinen suunnittelu Prosessit ja teknologiat Miten muutos saadaan aikaiseksi Ohjaavat toimet? 11
Esimerkki jätevesien, biojätteiden ja tuhkien massa- ja ravinnevirroista case Jyväskylä Kehus, 2012 12
Metaania (ja vetyä) ja ravinteita jätteistä ja lietteistä Photos Paavola, Bayr, Rintala 13
Fosforin talteenotto Kemiallinen saostus Metallisuolat: rauta(ii), rauta(iii) ja alumiini(iii) Rauta- ja alumiinifosfaatit käyttökelpoisuus kasveille heikko Saostus tai kiteyttäminen magnesiumammoniumfosfaattina (struviitti) Struviittia muodostuu usein itsestäänkin Kemikaalilisäykset (NaOH, Mg) ja ilmastus lisäävät kustannuksia optimoitava taloudellisen kannattavuuden saavuttamiseksi 14
Struviittituotteita biokaasuprosessin käsittelyjäännöksestä Näytteet neljästä reaktorista: Kolme putkea per reaktori, vasemmalta alkaen: struviittisaostuksen jälkeen, suodatettu käsittelyjäännös, alkuperäinen käsittelyjäännös. Etualalla struviittituotteet. Tuote testataan kemiallisilla uutoilla ja arvioidaan käyttökelpoisuutta kasveille ja käyttäytymistä ympäristössä Photo Bayr 15
50-90 kgntot/m3 Typen ja fosforin talteenotto keskitetyssä biokaasulaitoksessa Feed tank, hygienisation Biogas and post methanisation CHP Nitrogen recovery Biokaasu (CH4, CO2) CHP CHP SÄHKÖ LÄMPÖ NH 3 + H 2O TYPPIVESI Linko Rejektivesi 6 kgn/m³ TS 4 % Strippaus a) Hygienisointiyksiköt (3 kpl) Biokaasureaktori Vastaanottoallas Esireaktori Jälkikaasuuntumisallas Suotonauha rikkihappo 180-230 mg/l Ntot 820 mg/l COD Ioninvaihto <0.5 mg/l Ptot Prosessi??? Lauhde jätevedenpuhdistamolle ~10 mg/l Nt 200-300 mg Haihdutus Typen poisto lauhteesta. Pesu 100 m3:n välein, pesuvettä 20 m3/kerta NP-LIUOS KUIVAJAE TS 8-12 % Ntot 5,3-6,5 % TS:stä Ptot 1,7-1,9 % TS:stä Rakeistus KUIVARAE Fertiliser production Ammonium stripping (photo Rintala) Paavola et al. 16
Kiertotalous - New concepts BARRIERS Regional planning process Slow Actors have unclear roles Information not changed (pilot projects decision makers) Conservative actors (construction, water, waste, energy sectors) Conventional system is easy and cheap choice Not profitable Not enough market potential Changing policies and incentives Big vision is missing 17