Yleissuunnitelma Tampereen Vesi Pirkanmaan keskuspuhdistamon yleissuunnitelman 2. vaihe
Sisältö Pirkanmaan keskuspuhdistamon yleissuunnitelman 2. vaihe 1 1 JOHDANTO 4 2 MITOITUSKUORMITUS 4 3 KÄSITTELYVAATIMUKSET 5 4 VESI- JA LIETEPROSESSIT 5 4.1 Vesiprosessi 5 4.2 Lietteenkäsittelyprosessi 5 5 VESISPROSESSIN MITOITUS 6 5.1 Tulopumppaamo 6 5.2 Esikäsittely 6 5.3 Esiselkeytys 7 5.4 Esiselkeytetyn lietteen fermentointi 8 5.5 Veden jako 8 5.6 Biologinen käsittely 8 5.7 Jälkiselkeytys 9 5.8 Hiekkasuodatus 10 5.9 Ylijäämälietteen poisto 10 5.10 Kemikalointi 10 5.10.1 Fosforin saostus 10 5.10.2 Alkalointi 11 5.10.3 Lisähiilen syöttö 11 5.11 UV-desinfiointi 12 5.12 Turbiini 12 6 LIETTEENKÄSITTELYPROSESSIN MITOITUS 13 6.1 Lietteen gravitaatiotiivistys 13 6.2 Lietteen pumppaus 13 6.3 Ulkopuolisten lietteiden vastaanotto 14 6.4 Lietteen mekaaninen kuivaus 14 6.5 Lietteen siilovarastointi 15 6.6 Lietteen terminen kuivaus ja poltto 15 7 PUHDISTAMON ENERGIATASE 16 8 PUHDISTAMON TOTEUTUSTAPASELOSTUS 17 8.1 Puhdistamon sijainti 17 8.2 Aluerakentaminen 17
2 8.2.1 Lähestymistiet 17 8.2.2 Pelastustiet 18 8.2.3 Piha-alueet 18 8.2.4 Veden hankinta 18 8.3 Maanpäällisten osien perustamisolosuhteet 18 8.4 Kalliorakentaminen 19 8.4.1 Laitoksen sijoittaminen kalliorakenteeseen 19 8.4.2 Puhdistamon korkeusasema kalliossa 19 8.4.3 Puhdistamon kalliotilojen suunta kalliorakenteessa 19 8.4.4 Ajotunnelit ja yhdyskäytävät 20 8.4.5 Kuilut 21 8.4.6 Hallit ja muut kalliotilat 22 8.4.7 Puhdistamon kalliotilojen lujitus- ja tiivistystarve 23 8.5 Rakennustyöt 23 8.6 Koneistotyöt 23 8.6.1 Tulopumppaamo 23 8.6.2 Hienovälppäys ja hiekanerotus 24 8.6.3 Esiselkeytys ja lietteen fermentointi 24 8.6.4 Ilmastus ja jälkiselkeytys 24 8.6.5 Hiekkasuodatus, UV-desinfiointi ja turbiini 25 8.6.6 Lietteenkäsittely 25 8.6.7 Varavoimakone 25 8.7 LVI ja hajukaasujen käsittely 25 8.7.1 Ilmanvaihto 25 8.7.2 Lämmitys 26 8.7.3 Vesi ja viemäri 27 8.8 Sähköistys 27 8.9 Instrumentointi 28 8.10 Automaatio 28 8.10.1 Prosessiautomaatio 28 8.10.2 Kiinteistöautomaatio 29 8.11 Turvavalvonta 29 9 KUSTANNUSARVIO 30 9.1 Investointikustannukset 30 9.1.1 Maanrakennustyöt ja saapumistiet 30 9.1.2 Kalliorakennuskustannukset 30 9.1.3 Rakennuskustannukset 30 9.1.4 Koneistokustannukset 30 9.1.5 SIA-kustannukset 31 9.1.6 LVI-kustannukset 31 9.1.7 Investointikustannukset yhteensä 31 9.2 Käyttökustannukset 32 10 ELINKAARIKUSTANNUKSET 33
Liitteet Liite 1 Liite 2 Liite 3 Liite 4 Liite 5 Pirkanmaan keskuspuhdistamon yleissuunnitelman 2. vaihe 3 Lohkokaavio Pirkanmaan keskuspuhdistamon vesi- ja lieteprosessista Pirkanmaan keskuspuhdistamon koneistoerittely Pirkanmaan keskuspuhdistamon kallioperätutkimukset ja geologia Geologian tutkimuskeskuksen lineamentti/heikkousvyöhykekartta Pirkanmaan keskuspuhdistamon ja YVA:n nolla + vaihtoehdon kustannusvertailu ja herkkyystarkastelu Piirustukset 67070318-0101 Puhdistamon asemapiirustus 67070292-0102 Maanpäällisten rakenteiden sijainti 67070292-1001-L Kalliotilojen layout-piirustus 67070292-1002 Prosessiyksiköiden leikkaukset 67070292-1003 Kalliotilojen pituusleikkaus 67070292-1004 Kalliotilojen pohjapiirustus 67070292-1005/1-4 Kalliotilojen poikkileikkaukset, 4 kpl 67070292-1010 Vesiprosessi alustava hydraulinen profiili 67070292-4300 Ilmanvaihdon periaatekaavio 67070292-4301 Savunpoiston periaatekaavio 67070292-6001 Sähkönjakelun nousujohtokaavio 67070292-7001 Virtauskaavio 67070292-9001 Automaation järjestelmäkaavio 12.12.08/AnA 12.12.08/AHa 12.12.08/MI Alkuperäinen kopio Rev. Päiväys/Laatija Päiväys/Tarkastanut Päiväys/Hyväksynyt Huomautukset
4 1 JOHDANTO Pirkanmaan keskuspuhdistamon on tarkoitus käsitellä 14 kunnan alueella syntyviä kuntien jätevedenpuhdistamoihin nykyisiin johdettavia yhdyskunta- ja teollisuusjätevesiä. Puhdistamon sijoituspaikaksi on yleissuunnitelman ensimmäisessä vaiheen suunnittelun perusteella valittu Lentokentän pohjoispuolinen alue Pirkkalassa. Puhdistamon vesiprosessi sijoittuu kalliotiloihin ja lietteenkäsittely maanpäällisiin tiloihin. Jätevesien johtaminen puhdistamolle ja puhdistettujen jätevesien purku vesistöön on kuvattu erillisessä siirtolinjojen yleissuunnitelmassa (67070318.WN, Pöyry Environment Oy). 2 MITOITUSKUORMITUS Puhdistamon vesi- ja lietteenkäsittelyprosessien mitoitusvuodeksi on valittu vuosi 2040. Puhdistamon vesiprosessin mitoituskuormitus on esitetty taulukossa 2.1 Taulukko 2.1 Pirkanmaan keskuspuhdistamon vesiprosessin mitotuskuormitus ja laajennusvarauksen arvioimiseksi käytetty kuormitus Suure Laatu 2040 Laajennusvarauksen kanssa Liittyjämäärä as. 460 000 (ml. teollisuuskuormitus) Virtaama, Q ka m 3 /d 129 000 194 000 Virtaama, Q max m 3 /d 319 000 384 000 Virtaama, q ka m 3 /h 5 400 8 100 Virtaama, q biol.max m 3 /h 9 000 13 000 Virtaama, q max m 3 /h 16 000 19 200 Q max /Q ka 2,5 2,4 Ominaisvirtaama l/as./d 280 - Suure Laatu 2040 Laajennusvarauksen kanssa AVL-luku* 449 100 1 021 000 BOD 7 - kesk. kg/d 31 400 71 440 mg/l 244 368 P kok - kesk. kg/d 1 040 1 062 mg/l 8 5 N kok - kesk. kg/d 6 240 6 376 mg/l 49 33 SS - kesk. kg/d 46 410 77 410 mg/l 361 399 *) BOD-ominaiskuorman 70 g/as/d perusteella laskettuna Lietteenkäsittelyprosessin mitoituskuormitusta tarkistettiin yleissuunnitelman 1 vaiheen mitoituksesta vesiprosessin mitoituksen yhteydessä. Tarkistettu lieteprosessin mitoituskuormitus on esitetty taulukossa 2.2.
Taulukko 2.2 Pirkanmaan keskuspuhdistamon lietteenkäsittelyprosessin mitoituskuormitus Lietejae 2040, maksimi 2040, keskimäärin Kiintoaine esiselkeytyksestä kg TS/d 43 757 27 846 Kemikaalisakka esiselkeytyksestä kg TS/d 9 700 6 479 Bioliete (ylijäämäliett. poisto) kg TS/d 19 300 18 200 Liete tertiäärikäsittelystä kg TS/d 4 200 2 297 Yhteensä kg TS/d 77 000 55 000 5 3 KÄSITTELYVAATIMUKSET Pirkanmaan keskuspuhdistamossa käsiteltävien jätevesien puhdistusvaatimuksena käytetään taulukossa 3.1 esitettyjä enimmäispitoisuuksia ja puhdistusvaatimuksia, typenpoistotehon osalta vuosikeskiarvona ja muiden suureiden osalta neljännesvuosikeskiarvona. Puhdistetun jäteveden hygieenistä laatua parannetaan vielä puhdistetun jäteveden desinfioinnilla. Tavoitteena on, että purkuvesistön veden laatu tulee jatkossakin täyttämään EU:n uimavesidirektiivin mukaiset laatuvaatimukset Pirkanmaan keskuspuhdistamon kuormituksesta huolimatta. Taulukko 3.1 Pirkanmaan keskuspuhdistamon puhdistusvaatimukset Suure Pitoisuus enintään mg/l Poistoteho vähintään % BOD 7atu 8 96 P tot 0,3 96 N tot - 70 NH 4 + -N 4 - Puhdistamolietteen käsittelyn tavoitteena oli yleissuunnitelman ensimmäisen vaiheen prosessivertailun perusteella valita lietteenkäsittely, jonka lopputuote on hyödynnettävissä joko maanparannukseen tai polttoon. 4 VESI- JA LIETEPROSESSIT 4.1 Vesiprosessi Pirkanmaan keskuspuhdistamon vesiprosessiksi valittiin yleissuunnitelman ensimmäisessä vaiheessa liitteenä 1 olevan lohkokaavion mukainen aktiivilieteprosessi, jossa on jälkikäsittelynä hiekkasuodatus. Prosessiyksiköiden mitoitus on esitetty kappaleessa 5. 4.2 Lietteenkäsittelyprosessi Pirkanmaan keskuspuhdistamon lietteenkäsittelyprosessiksi valittiin yleissuunnitelman ensimmäisessä vaiheessa liitteenä 1 olevan lohkokaavion mukainen lietteen mekaaninen kuivaus, terminen kuivaus ja poltto. Prosessiyksiköiden mitoitus on esitetty kappaleessa 6. Termisen kuivauksen ja polttoprosessin vuotuisten huoltoseisokkien aikana (noin 2 3 viikkoa vuodessa) mekaanisesti kuivattu liete toimitetaan jatkokäsiteltäväksi esimerkiksi kompostoitavaksi laitosalueen ulkopuolelle.
5 VESISPROSESSIN MITOITUS Pirkanmaan keskuspuhdistamon yleissuunnitelman 2. vaihe 6 5.1 Tulopumppaamo Tampereen Viinikanlahden jätevedenpuhdistamon suunnalta tulevat jätevedet johdetaan tulotunnelissa (pohjan korkeusasema Pirkkalassa + 26.2 m) tankovälpän läpi puhdistamon tulopumppaamon imutilaan (pohjan korkeusasema + 23.7 m). Tulopumppaamossa on viisi pumppua, jotka nostavat jätevedet esikäsittelyyn (tulokanavan pohjan korkeusasema + 102 m). Tulopumppaamoon on oma ajotunneli pumppujen huoltoa ja vaihtoa varten. Tulopumppaamon mitoitus on esitetty taulukossa 5.1. Taulukko 5.1 Tulopumppaamon mitoitus Tulopumppaus Laatu Suure Pumppaamon tuotto, q ka m 3 /h 4 800 Pumppaamon tuotto, q max m 3 /h 14 000 Pumppujen lukumäärä kpl 5 Joista varapumppuja q max tilanteessa kpl 1-2 Tuotto / pumppu m 3 /h 4 500 Pumppujen sähköteho / kpl (arvio) kw 1 200 Pumppujen sähköteho yhteensä (arvio) kw 6 000 Geodeettinen nostokorkeus m 78 Pumppukohtaisen paineputken koko (DN) mm 1 000 Virtausnopeus paineputkessa m/s 1,6 Kokonaisnostokorkeus (4500 m 3 /h) m 78,6 Nokian suunnalta tulevat jätevedet tulevat puhdistamolle omassa paineviemärissä. Nämä jätevedet johdetaan puhdistamon piha-alueella sijaitsevan purkukaivon kautta painovoimaisesti laitoksen esikäsittelyyn. Vesiprosessin esiselkeytys-, aktiiviliete- ja jälkiselkeytysaltaat on mahdollista tyhjentää painovoimaisesti tulotunneliin. 5.2 Esikäsittely Esikäsittely koostuu ilmastetusta hiekanerotuksesta ja hienovälpästä. Sekä hiekka että välpe pestään pesureissa, joissa syntyvät pesuvedet palautetaan vesiprosessiin. Pesty hiekka ja välppeet ohjataan erillisille lavoille poiskuljetettavaksi. Esikäsittelyn mitoitus on esitetty taulukossa 5.2.
7 Taulukko 5.2 Esikäsittelyn mitoitus Välppäys Laatu Kapasiteetti/ välppä m 3 /h 2 250 Välppien lukumäärä kpl 4 Välpepesurit kpl 2 Välpelavat kpl 1 + 1 Välppeen määrä tn/a 1 300 Hiekanerotus Laatu Tilavuus/yksikkö m 3 400 Yksiköiden lukumäärä kpl 4 Kokonaistilavuus, V tot m 3 1 600 Minimi viipymä, r min (q max ) min 6,0 Mitoitus viipymä, r mit (q biol.max ) min 10,7 Keskim. viipymä, r keskim. (q ka ) min 17,9 Hiekkapesurit kpl 2,0 Hiekkalavat kpl 1 + 1 Hiekan määrä tn/a 300 Esikäsitelty vesi kootaan yhteen altaaseen, johon johdetaan myös ylijäämäliete, ja jaetaan tasan viidelle esiselkeytyslinjalle. Jako toteutetaan ylivirtausluukuilla. 5.3 Esiselkeytys Esiselkeytys koostuu viidestä suorakaiteen muotoisesta esiselkeytysaltaasta. Esiselkeytysaltaissa on syvät lietetaskut, jotka toimivat raakasekalietteen tiivistiminä (kappale 6.1). Esiselkeytyksen mitoitus on esitetty taulukossa 5.3. Taulukossa on myös esiselkeytyksen mitoitustilanne, joissa selkeyttimille johdetaan hiekkasuodatuksen pesuvedet sekä lietteen mekaanisen kuivauksen rejektit. Ns. normaalin esiselkeytyksen ajon lisäksi esiselkeytystä voidaan ohittaa siten, että ohitusvesimäärä on enintään 30 % maksimivirtaamasta. Osittaisella ohituksella pyritään ohjaamaan biologiseen vaiheeseen enemmän orgaanista ainetta typenpoiston hiilen lähteeksi. Taulukko 5.3 Esiselkeytyksen mitoitus Esiselkeytys Laatu Tuleva jätevesi Tuleva jv. + ylijäämäliete Pinta-ala/allas m 2 800 Altaiden lukumäärä kpl 5 kokonaispinta-ala m 2 4 000 Tuleva jv. + ylij.liete+ pesuvedet Em. + rejektit Sh (q biol. max ) m/h 2,3 3,2 3,2 3,6 Sh (q ka ) m/h 1,3 2,3 2,3 2,7 Sh (q max ) m/h 4,0 4,9 5,0 5,3 BOD-reduktio % 50 % N-reduktio % 5 % P-reduktio % 50 % SS-reduktio % 60 %
5.4 Esiselkeytetyn lietteen fermentointi 8 Osa esiselkeytyksen lietetaskuihin kerättävästä raakasekalietteestä voidaan johtaa lietteen fermentointiin kahteen rinnakkain ajettavaan reaktoriin. Esiselkeytetyn veden ravinnesuhteita voidaan muuttaa biologiselle ravinteidenpoistolle edullisemmiksi fermentoimalla esiselkeytyksessä poistettua raakasekalietettä. Fermentaation ja sitä edeltävän hydrolyysin tuloksena muodostuu liukoisia orgaanisia yhdisteitä, jotka soveltuvat erityisen hyvin biologisen ravinteidenpoiston hiilenlähteeksi. Näitä yhdisteitä voidaan kierrättää fermentoivasta lietteestä takaisin vesifaasiin ja edelleen ilmastusaltaisiin. Fermentoinnin mitoitus on esitetty taulukossa 5.4. Taulukko 5.4 Raakasekalietteen fermentoinnin mitoitus Raakasekalietteen hydrolyysi Laatu Metanolia korvataan g/m 3 15 VFAta tarvitaan kgcod/d 2 903 Lietteen VFA-potentiaali gcod/kgts 160 Fermentoitava kgts/d 18 141 Sekalietettä yhteensä kgts/d 52 000 % lietteestä 35 % Lietteen sakeus %TS 4,0 % Lietteen virtaama m 3 /d 454 Tavoitelieteikä max d 10 Kokonaistilavuus m 3 4 600 Reaktoreja kpl 2 Tilavuus/allas m 3 2 300 5.5 Veden jako Esiselkeytetty vesi jaetaan kokoojakanavan kautta käytössä oleville aktiivilietelinjoille. Huippuvirtaamien aikana osa jätevedestä voidaan johtaa biologisen vaiheen ohituskanavaan. Ohitusvesivirtaamaa säädetään luukuilla ja ohitusvesi johdetaan ohitusvesikanaa pitkin hiekkasuodattimille. 5.6 Biologinen käsittely Jätevesien biologinen käsittely tapahtuu viisilinjaisessa kokonaistypenpoistoon mitoitetussa aktiivilieteprosessissa. Aktiivilieteprosessin mitoitus tehtiin prosessimallinnuksen avulla ja kokonaistilavuudeksi saatiin 74 000 m 3. Aktiivilietealtaiden mitoitus on esitetty taulukossa 5.5.
Taulukko 5.5 Aktiivilietealtaan mitoitus 9 Lämpötila Ilmastus Laatu Mitoituslämpötila o C 8 Kokonaistilavuus m³ 74 000 anoksinen m³ 21 640 aerobinen m³ 52 360 Syvyys m 12,0 Lietepitoisuus kg SS/m³ 4,4 Lietekuorma kg BOD/kg SS/d 0,05 kg N/kg SS/d 0,018 Tilakuorma kg BOD/m³ 0,21 kg N/m³ 0,080 Lieteikä max d 16 Viipymä q kesk h 14 q max h 8 Ilmamäärä, mit Nm 3 /h 25 000 Ilmastuslinjat on jaettu väliseinillä lohkoihin siten, että ilmastamattomien lohkojen määrää voidaan säätää prosessiolosuhteiden, mm. lämpötilan ja kuormituksen mukaan. Kylmimpänäkin aikana aktiivilieteprosessin kokonaistilavuudesta 38 % voidaan pitää ilmastamattomana denitrifikaatiovaiheena. Altaan neljää ensimmäistä lohkoa voidaan ajaa joko ilmastamattomana denitrifikaatiolohkona tai ilmastettuna nitrifikaatiolohkona. Kolmea seuraavaa lohkoa pidetään aina ilmastettuna. Viimeistä pienempää kaasunpoistolohkoa sekoitetaan liuenneen kaasun poistamiseksi lietteestä ennen jälkiselkeytystä. Taulukossa 5.6 on esitetty lohkojako eri vuodenaikojen ajotapoina. Taulukko 5.6 Aktiivilieteprosessin ajotavat eri lämpötiloissa, (V = tilavuus) Ilmastetut lohkot Sekoitetut lohkot Tavoitelieteikä C kpl V, m 3 kpl V, m 3 kokonais, d aerobinen, d 8-10 5 52 360 3 21 640 16 11,3 10-12 4 43 110 4 30 890 16 9,3 12-14 3 33 860 5 40 140 16 7,3 >14 3 33 860 5 40 140 9-15 4-7 Ylijäämäliete poistetaan omilla pumpuilla jokaisesta aktiivilietelinjasta ja johdetaan esiselkeytyksen alkuun. 5.7 Jälkiselkeytys Aktiivilietealtaista liete ja jätevesi johdetaan linjakohtaisesti viiteen parialtaina toteutettuihin jälkiselkeytyslinjaan. Jälkiselkeytysaltaiden lietetaskut ovat keskellä allasta ja liete johdetaan altaaseen altaan alkupäästä. Palautusliete pumpataan lietetaskuista ilmastusaltaiden alkuun linjakohtaisesti. Palautusliete voidaan ohjata venttiilijärjestelyin myös ristiin eri linjojen välillä. Jälkiselkeytysaltaiden mitoitus on esitetty taulukossa 5.7.
Taulukko 5.7 Jälkiselkeytysaltaiden mitoitus 10 Jälkiselkeytys laatu Pinta-ala/allas m2 1 800 Parialtaiden lukumäärä kpl 5 Kokonaispinta-ala m2 9 000 Sh (q biol.max) m/h 1,00 Sh (q ka) m/h 0,60 5.8 Hiekkasuodatus Selkeytetty vesi kootaan yhteen kanavaan ja johdetaan hiekkasuodattimille. Biologisen vaiheen ohitustilanteessa selkeytettyyn veteen sekoittuu ohitusvesiä ja kaikki vedet jaetaan tasan hiekkasuodattimille. Hiekkasuodattimien pesuvedet johdetaan pesuvesialtaiden kautta esiselkeytykseen. Hiekkasuodattimien mitoitus on esitetty taulukossa 5.8. Taulukko 5.8 Hiekkasuodattimien mitoitus Hiekkasuodatus laatu Pinta-ala/suodatin m2 50 Suodatinyksiköiden lukumäärä kpl 20 kokonaispinta-ala m2 1000 Sh (q biol.max) m/h 9 Sh (q ka) m/h 5 Sh (q max ) m/h 16 5.9 Ylijäämälietteen poisto Ylijäämäliete poistetaan omilla pumpuilla jokaisesta aktiivilietealtaasta ja johdetaan esiselkeytysaltaiden alkuun jakoaltaaseen. Aktiivilietealtaiden nopeaa tyhjennystä varten liete ja vesi voidaan poistaa linjakohtaisesti painovoimaisesti tulotunneliin. 5.10 Kemikalointi 5.10.1 Fosforin saostus Jäteveden liukoinen fosfori saostetaan ferrosulfaatilla rinnakkaissaostuksena. Ferrosulfaatti syötetään normaalitilanteessa esikäsittelyn alkuun ennen ilmastettua hiekanerotusta virtaamaohjatusti. Poikkeustilanteissa voidaan fosforin saostumista tehostaa kolmenarvoisen saostuskemikaalin (esim. ferrisulfaatti) syötöllä. Ferrisulfaatti voidaan ohjata omilla syöttöpumpuilla ilmastusaltaiden loppuun tai hiekkasuodattimille johtavaan kanavaan. Biologisen vaiheen ohittavaan virtaamaan syötetään saostuskemikaalia jo esikäsittelyn yhteydessä. Saostuskemikaalien liuotusvetenä käytetään teknistä vettä. Ferrosulfaatin ja ferrisulfaatin syöttö on esitetty taulukossa 5.9.
Taulukko 5.9 Fosforin saostuksen mitoitus 11 Esikäsittelyyn Laatu Fosforikuorma kg/d 1 040 Moolisuhde molfe/molp 1,4 Kemikaalin rautapitoisuus gfe/gfeso 4 *7H 2 O 17,50 % Raudan tarve kgfe/d 2 621 FeSO 4 -kulutus kgfeso 4 /d 15 000 FeSO 4 -annostus normaalisti gfeso 4 /m 3 116 FeSO 4 -kulutus keskim kgfeso 4 /h 625 FeSO 4 -kulutus max kgfeso 4 /h 1 047 FeSO 4 -annostus max virtaamalla gfeso 4 /m 3 65 Kulutus vuodessa tn/a 5 500 Hiekkasuodatukseen Laatu Fosforireduktio kg/d 26 Moolisuhde molfe/molp 1,0 Kemikaalin rautapitoisuus gfe/gpix 12 % Raudan tarve kgfe/d 46 PIX-kulutus kgpix/d 400 PIX-annostus normaalisti gpix/m 3 3 PIX-kulutus keskim kgpix/h 17 PIX-kulutus max kgpix/h 50 PIX-annostus max virtaamalla gpix/m 3 9 Kulutus vuodessa tn/a 100 5.10.2 Alkalointi Nitrifikaation vaatimana alkalointikemikaalina laitoksen esiselkeytettyyn veteen syötetään soodaa. Soodan syötön etuina kalkkialkalointiin verrattuna voidaan pitää laitteiston vähäisempää huoltotarvetta (kalkkilaitteistoissa merkittäviä tukkeutumisongelmia) sekä sitä, ettei sooda muodosta lietteeseen kalkin tavoin sakkaa. Soodan syötön mitoitus on esitetty taulukossa 5.10. Taulukko 5.10 Alkalointikemikaalin syöttö Alkalointikemikaali Laatu Na 2 CO 3 Annostus keskimäärin g/m 3 40 Annostus, maksimi g/m 3 50 Kulutus, keskimäärin kg/d 5 160 kg/h 215 Kulutus, maksimi kg/h 269 Konsentraatio käyttöliuoksessa % 5 % Kemikaalipumpun kapasiteetti l/h 5 375 Kulutus vuodessa tn/a 1 900 5.10.3 Lisähiilen syöttö Riittävän, denitrifikaation tarvitseman orgaanisen aineen turvaamiseksi esiselkeytettyyn veteen varaudutaan syöttämään metanolia lisähiilen lähteeksi. Metanolin syötön mitoitus on esitetty taulukossa 5.11. Suurin metanolin tarve on alhaisissa lämpötiloissa.
12 Kalliotiloihin sijoittuvassa metanolisäiliössä varastoidaan alle 10 % metanoli, joka voidaan laimeuden takia sijoittaa kalliotiloihin ilman räjähdysriskiä. Samaan yhteyteen rakennetaan vastaavan kokoinen toinen säiliö muulle, esimerkiksi elintarviketeollisuudesta peräisin olevalle lisähiilen lähteelle. Säiliöt ovat tilavuudeltaan 50 m 3. Taulukko 5.11 Lisähiilen syötön mitoitus Metanolin syöttö Laatu Annostus keskimäärin g/m 3 10 Annostus, maksimi g/m 3 42 Kulutus, keskimäärin kg/d 1 290 kg/h 54 Kulutus, maksimi kg/h 226 Konsentraatio käyttöliuoksessa % 10 % Kemikaalipumpun kapasiteetti l/h 2 258 Kulutus vuodessa tn/a 500 Säiliön viipymä d 3,9 5.11 UV-desinfiointi Hiekkasuodatettu jätevesi johdetaan kaksilinjaiseen lähtevän veden kanavaan ja molempiin linjoihin asennetaan UV-laitteisto lähtevän jäteveden hygieenisen laadun parantamiseksi. Yksi laite riittää keskimääräisen virtaaman aikana käsittelemään koko vesimäärän, jolloin toisen laitteiston huoltotyö on helppo toteuttaa. UV-käsittelyn jälkeen puhdistettu jätevesi täyttää uimavesidirektiivin vaatimukset. UV-laitteiston mitoitus on esitetty taulukossa 5.12. Taulukko 5.12 UV-laitteiston mitoitus UV-desinfiointi laatu Laitteiden lukumäärä kpl 2 Kanavan pituus m 9 Kanavan leveys m 1,3 Kanavan syvyys m 1,2 UV-annos J/m 2 470 5.12 Turbiini Puhdistettu jätevesi johdetaan puhdistamon lähtöpään lähtökuilun, purkutunnelin, rantaalueelle rakennettavan nousukuilun, ja purkuputken kautta vesistöön. Korkeusero puhdistamon lähtöaltaan ja purkuvesistön vesipintojen välillä on purkuvesistön vesipinnasta riippuen n. 20,4 19,0 m. Purkujärjestelmän kitkahäviöiden lisäksi, puhdistamon ja purkuvesistön välinen korkeusero on hävitettävä hallitusti. Erikoisrakenteiden tai säätöventtiilijärjestelmien sijasta energiatehokkain korkeuseron hävittäjä on vesiturbiini. Pöyry Environment on laatinut esiselvitysraportin turbiinin hyödyntämisestä puhdistetun jäteveden purkulinjoissa. Karkean laskelman perusteella vaihtoehdolle LP2 Tampereen Vesi, Pirkanmaan keskuspuhdistamo. Turbiinin käyttö puhdistetun veden purkulinjoissa esiselvitysraportti. Pöyry Environment Oy, 11.01.2008.
13 turbiinin takaisinmaksuaika on vesimäärästä (130 000 100 000 m 3 /d) riippuen n. 4,6 6,4 vuotta, turbiinin vesitehon ollessa tällöin 160 125 kw. Toiminta-alueensa puolesta suunnittelukohteeseen soveltuu sekä impulssi- että reaktioturbiini. Reaktioturbiini voidaan sijoittaa joko purkulinjan alkuun tai loppuun, kuitenkin siten että turbiinin kavitointitila estetään. Impulssiturbiini voidaan sijoittaa toimintaperiaatteensa vuoksi ainoastaan turbiinilaitoksen tulolinjan loppupäähän siten, että se purkaa veden vapaaseen tilaan vesistöosuuden lähtökammioon. Tilavarauksena on huomioitu mahdollisuus sijoittaa puhdistamolle sekä impulssi- että reaktioturbiini purkulinjan alkuun lähtöaltaan jälkeen. Turbiinityyppi ja turbiinien lukumäärä täsmentyvät turbiinivalmistajien teknisten tarjousten ja ehdotusten laitoksen suunnitelmasta perusteella. 6 LIETTEENKÄSITTELYPROSESSIN MITOITUS 6.1 Lietteen gravitaatiotiivistys Puhdistamon ylijäämäliete poistetaan raakasekalietteenä esiselkeytysaltaiden syvistä, hämmentimin varustetuista lietetaskuista. Lietetaskuissa tapahtuvan tiivistyksen mitoitus on esitetty taulukossa 6.1. Taulukko 6.1 Lietteen gravitaatiotiivistys esiselkeytysaltaiden lietetaskuissa TIIVISTETYN LIETTEEN MÄÄRÄ Maksimi Keskimäärin Lietetaskujen lukumäärä kpl 10 10 Lietetaskujen tilavuus, yhteensä m 3 1 000 1 000 Viipymä h 11 15 Lietettä tiivistykseen kg TS/d 77 000 55 000 Saanto tiivistyksessä % 98 % 95 % Tiivistetyn lietteen määrä yhteensä kg TS/d 75 460 52 250 Tiivistetyn lietteen sakeus % 3,5 % 3,5 % Tiivistetyn lietteen virtaama m 3 /d 2 156 1 493 6.2 Lietteen pumppaus Tiivistetty liete pumpataan kalliotiloista maanpäälisiin tiloihin, jossa liete kuivataan mekaanisesti. Lietteen pumppauksen mitoitus on esitetty taulukossa 6.2. Taulukko 6.2 Lietteen pumppauksen mitoitus Tiivistetyn lietteen pumppaus Maksimi Keskimäärin Tiivistetyn lietteen määrä m 3 /d 2 156 1 493 pumppausaika h 22 22 kapasiteetti m 3 /h 98 68 Pumppujen lukumäärä kpl 3 2 kapasiteetti/pumppu m 3 /h 33
6.3 Ulkopuolisten lietteiden vastaanotto 14 Ennen puhdistamon lietteenkäsittelyn mitoituskuormituksen saavuttamista on puhdistamon lietteenkäsittelyyn mahdollista vastaanottaa ulkopuolista puhdistamolietettä Pirkanmaalla sijaitsevista pienpuhdistamoista. Ulkopuolisen lietteen määrä voi olla enimmillään noin 3 200 kg TS/d, mikä vastaa linkokuivattuna lietteenä (20 %) noin 15 m 3 /d, vuositasolla noin 5 000 m 3 /d. Liete voi olla joko tiivistettyä lietettä tai linkokuivattua lietettä. Liete vastaanotetaan puhdistamolla sijaitsevaan vastaanottoaltaaseen (45 m 3 ), jossa se sekoittuu puhdistamon omaan lietteeseen. Vastaanottoaltaasta liete pumpataan lietteen linkokuivaukseen. 6.4 Lietteen mekaaninen kuivaus Lietteen kuivattavuuden tehostamiseksi lietteeseen sekoitetaan polymeeriä automaattisella polymeerin valmistuslaitteistolla. Polymeerin valmistuksessa käytetään lämmitettyä talousvettä. Polymeeriliuos annostellaan kyytivedellä laimennettuna (loppuväkevyys 0,1 %) linkokuivaukseen. Polymeroitu liete pumpataan linkokuivaukseen ja kuivattu liete välivarastoidaan kolmeen lietesiiloon. Siiloista liete siirretään ruuvikuljettimella termisen kuivauksen ja polton rakennukseen. Siiloista on myös purkumahdollisuus lieterekkoihin. Kuivauksessa syntyvät rejektivedet johdetaan painovoimaisesti esiselkeytysaltaaseen. Lietteen mekaanisen kuivauksen mitoitus on esitetty taulukossa 6.3. Taulukko 6.3 Lietteen mekaanisen kuivauksen mitoitus Lietteen vedenerotus Maksimi Keskimäärin Koneiden määrä, käyttö kpl 3 2 Varakone kpl 1 1+1 käyntiaika h 22 22 käytössä olevien koneiden käynti % maksimikapasiteettiin verrattuna, jos käyntiaika 22 h % 100 % 100 % hydraulinen kapasiteetti / kone m 3 /h 33 34 kiintoainekapasiteetti / kone kg TS/h 1 167 1 250 erotusaste % 95 % 95 % kiintoaine, kuivattu liete kg TS/d 73 150 52 250 kiintoaine, rejektivesi kg TS/d 3 850 2 750 Kuivatun lietteen ka.pit. % 25 % 28 % Kuivatun lietteen määrä m 3 /d 293 187 Rejektiveden määrä m 3 /d 1 863 1 306 Autom. polymeerinvalmistuslaitteisto Maksimi Keskimäärin Polymeerin annostelu kg / tn TS 8 5 laskettu mitoituslietemäärä kg TS/d 75 460 52 250 kg TS/h 3 430 2 375 Polymeerin tarve kg/h 27,4 11,9 Polymeeriliuoksen väkevyys % 0,5 % 0,5 % Polymeeriliuoksen tarve m 3 /d 121 52
6.5 Lietteen siilovarastointi Pirkanmaan keskuspuhdistamon yleissuunnitelman 2. vaihe 15 Mekaanisesti kuivattu liete välivarastoidaan kolmeen lietesiiloon, joista se voidaan johtaa hihnakuljettimilla lietteen termisen kuivauksen ja polton rakennukseen. Siilojen ja lietekuljettimien mitoitus on esitetty taulukossa 6.4. Taulukko 6.4 Lietteen siilovarastoinnin mitoitus Lietteen välivarastointi Maksimi Keskimäärin kuiva-ainepitoisuus % 25 % 28 % lietteen määrä m 3 /d 293 187 m 3 /h 13 8 Siilojen tilavuus m 3 630 630 määrä kpl 3 3 tilavuus / siilo m 3 210 210 siilon halkaisija m 6,5 6,5 siilon korkeus m 6 6 Varastokapasiteetti d 2,2 3,4 Hihnakuljetin Maksimi Keskimäärin hydraulinen kapasiteetti m 3 /h 13 8 Lietteen loppusakeus % 25 % 28 % 6.6 Lietteen terminen kuivaus ja poltto Lietteen termiseen kuivaukseen johdetaan mekaanisesti kuivattua lietettä. Liete pumpataan termiseen kuivaukseen prosessin omilla lietepumpuilla. Termisessä kuivauksessa lietteeseen mekaanisen kuivauksen jälkeen jäänyt vesi poistetaan haihduttamalla. Lietteen termisen kuivauksen ja polton mitoitus perustuu prosessitoimittajien mitoitukseen. Alustava prosessimitoitus pääkomponenttien osalta on esitetty taulukossa 6.5. Laitos koostuu yksilinjaisesta termisestä kuivauksesta. Rumpukuivaimelle menevään lietteeseen sekoitetaan jo termisesti kuivattua lietettä tasaisen kuivauksen takaamiseksi. Termisen kuivauksen energian lähteenä käytetään lietteen poltossa syntyvää lämpöenergiaa. Termisesti kuivatun lietteen korkea kuiva-ainepitoisuus mahdollistaa kompaktin polttoyksikön rakentamisen termisen kuivauksen yhteyteen. Kuivauksesta syntyvät haisevat ilmamassat sekä muut jätevedenpuhdistamolla syntyvät haisevat ilmamassat voidaan ohjata polttoyksikköön, jolloin erillistä hajukaasujen käsittelyä ei tarvita. Termisesti kuivattu liete kerätään siiloon, josta se syötetään polttoyksikköön. Lietteen poltossa syntyvä pohjatuhka kerätään siiloon ja kuljetetaan loppusijoitettavaksi tai hyödynnettäväksi.
Taulukko 6.5 Lietteen termisen kuivauksen ja polton mitoitus 16 Lietteen terminen kuivaus Laatu Mekaanisesti kuivattu liete kg/h 11 000 Kuiva-ainepitoisuus % 25 % Kuiva-ainemäärä kg TS/h 2 750 Kuivattu liete Kuiva-ainepitoisuus % 94 % Tiheys kg/m 3 500-750 m 3 /d 100-140 Haihdutettu vesi kg/h 8 080 Jäähdytysveden tarve m 3 /h 150 Syntyvän kondenssiveden määrä m 3 /h 15 Lietteen poltto Laatu Termisesti kuivattu liete kg/h 2 926 Lämpöarvo kj/kg TS 10 580 Orgaanisen aineen pitoisuus % 60 Syntyvän tuhkan määrä kg/h 1 170 Tiheys kg/m 3 400-600 m 3 /d 45-65 7 PUHDISTAMON ENERGIATASE Pirkanmaan keskuspuhdistamon energiatase on esitetty kuvassa 7.1. Puhdistamo on lämmitysenergian suhteen omavarainen, sillä lietteen termisen kuivauksen ja polton lauhde riittää kokonaisuudessaan kattamaan puhdistamon ja maanpäällisten tilojen lämmitystarpeen. Tämän lisäksi lämpöä jää myös hyödyntämättä (ylimääräinen lauhdelämpö), jolloin se olisi käytettävissä esimerkiksi kaukolämpöverkkoon, lähistön rakennusten lämmitykseen tai jopa tulevan jäteveden lämmittämiseen.
Ostosähkö 6,8 GWh/a Pirkanmaan keskuspuhdistamon yleissuunnitelman 2. vaihe Maanpäälliset tilat, sähköenergia 6,8 GWh/a, lämpöenergia 1,0 GWh/a 1,0 GWh/a Rakennusten lämmitys 1,0 GWh/a Mekaaninen kuivaus 17 5,8 GWh/a Terminen kuivaus ja poltto Lauhdelämpö polttolaitokselta 27,8 GWh/a Ostosähkö 27,9 GWh/a Kalliotilat, sähköenergia 29,3 GWh/a, lämpöenergia 27,8 GWh/a 10,1 GWh/a Tulopumppaus 19,2 GWh/a Muu sähkönkulutus 4,0 GWh/a Kalliotilojen lämmitys 23,8 GWh/a Ylimäärä lauhdelämpö 1,4 GWh/a Sähkö turbiinilta Kuva 7.1 Pirkanmaan keskuspuhdistamon energiatase 8 PUHDISTAMON TOTEUTUSTAPASELOSTUS 8.1 Puhdistamon sijainti Puhdistamo sijaitsee Pirkkalassa lentokentän pohjoispuolella. Maanpäällisten tilojen ja kalliotilojen sijoittuminen alueelle on esitetty asemapiirustuksessa 67070292-0101 ja piirustuksessa 67070292-0102. Puhdistamon maanalaisten tilojen sijoittuminen on esitetty leikkauksessa 67070292-1003. 8.2 Aluerakentaminen Aluerakentaminen on esitetty liitepiirustuksessa 67070292-0102. 8.2.1 Lähestymistiet Puhdistamoalueelle rakennetaan uusi lähestymistie nykyiseltä Lentokentäntieltä. Uuden, kaksikaistaisen tien pituus on noin 2,5 km.
8.2.2 Pelastustiet Pirkanmaan keskuspuhdistamon yleissuunnitelman 2. vaihe 18 Puhdistamoalueelle tehdään pelastustiet kaikkien asemapiirustukseen merkittyjen varapoistumisteiden kautta. Pelastustien leveys on 3,5 m ja yhteenlaskettu pituus on noin 1,2 km. 8.2.3 Piha-alueet Jätevedenpuhdistamon maanpäälliset piha-alueet tasataan tasoon +123 m ja asfaltoidaan. Piha-alueella on parkkialue 25 henkilöautolle. Piha-alueen sadevedet johdetaan ritiläkansikaivojen kautta sadevesiviemäriin. Jokaista päällystettyä 600 m 2 :tä kohden asennetaan yksi sadevesikaivo. Sadevesikaivoista vesi johdetaan maastoon. Sadevesiviemäreiden yhteenlaskettu pituus on noin 210 m. 8.2.4 Veden hankinta Puhdistamoalueella tarvitaan talousvettä taulukossa 8.1 esitettyihin toimintoihin. Talousvesi johdetaan alueelle lentokentälle johtavasta puhdasvesilinjasta uutta FI 110 M linjaa pitkin. Linjan pituus on 3,5 km. Taulukko 8.1 Puhtaan veden tarve puhdistamolla Kohde Keskimääräinen tarve m 3 /d Sosiaalitilojen ym. talousvesi 2 Polymeerin valmistusvesi 55 Sammutusvesi (tilapäinen tarve, ei mukana kokonaismäärässä) (2000 l/min) Puhdas pesuvesi kalliotiloissa 10 Puhdas pesuvesi piha-alueella 10 Puhtaan veden tarve yhteensä 60-80 Puhtaan käyttöveden lisäksi kalliotiloissa altaiden pesuun ja muiden vastaavien likaisten kohteiden pesuun sekä soodan ja ferrosulfaatin liuotusvetenä käytetään teknistä vettä. Teknisen veden pumppaamo sijaitsee laitoksen vesiprosessien lopussa UV-desinfioinnin jälkeen. 8.3 Maanpäällisten osien perustamisolosuhteet Maanpäällisinä tiloina puhdistamoalueella ovat seuraavat rakennukset, joiden alustava pinta-ala on esitetty suluissa: Toimistorakennus (370 m 2 ) Kaksi LVI-rakennusta (400 ja 200 m 2 ) Lietteen mekaanisen kuivauksen rakennus (860 m 2 ) Lietteen termisen kuivauksen ja polton rakennus (800 m 2 ), jonka yhteydessä on laitoksen noin 40 m korkea poistoilmapiippu. Piipun korkeus on +164 m merenpinnan yläpuolella.
19 Rakennukset perustetaan louhitun kallion päälle murskeesta rakennetun tasauskerroksen päälle. Routimiselle alttiit perustukset routasuojataan. Lisäksi rakennukset on salaojitettava tai mitoitettava vajoveden aiheuttamaa nostetta vastaan betonilaatalla. 8.4 Kalliorakentaminen Puhdistamoalueelle tehdyt kallioperätutkimukset ja alueen geologia on kuvattu liitteenä 3. 8.4.1 Laitoksen sijoittaminen kalliorakenteeseen Keskuspuhdistamon sijainti ja pohjapiirustus on esitetty piirustuksissa 67070292-0101 ja 67070292-1004. Laitoksen sijoittamisessa kalliorakenteeseen on ollut tavoitteena: 1. Puhdistusprosessin toiminnan ja kustannustehokkuuden kannalta optimaalinen korkeustaso 2. Laitostilojen turvallinen ja taloudellisesti toteuttamiskelpoinen sijoittaminen kalliomassaan 3. Varautuminen laitoksen laajentumiseen 8.4.2 Puhdistamon korkeusasema kalliossa Puhdistamotilojen korkeusaseman suunnittelua on ohjannut puhdistetun veden poistokuilun ja sinne sijoitettavan turbiinin vähimmäiskorkeustaso purkupaikan vesistöön nähden. Paineellisen purkutunnelin ja turbiinin toiminnan edellytyksenä on, että turbiinin korkeusasema on purkuvesistön pinnan yläpuolella. Tässä selvityksessä oletettiin purkupaikaksi Rajasalmen läntiset osat Pyhäjärvessä. Suunnittelussa käytetty keskimääräinen vedenpinnankorkeus Pyhäjärvessä on +77,4. Puhdistusprosessin loppupää eli turbiinin alataso on suunniteltu tasolle +83.4. Tällä sijoittelulla prosessin alkupää eli jätevesipinta nostokuilun yläpuolisessa altaassa asettuu tasolle +104,4. Kalliotilan katto ulottuu prosessin alkupäässä tällä järjestelyllä tasolle +111,0. Puhdistamon ylimpien hallirakenteiden päälle jäävän kalliokaton minimipaksuudeksi on tässä suunnitteluvaiheessa määrätty 12 metriä. Tällöin on kalliopinnan puhdistamoprosessin alkupäässä ulotuttava tasolle +123,0. Korkeusaseman suunnittelussa on myös pyritty minimoimaan tulotunnelista pumpattavan jäteveden nostokorkeus. 8.4.3 Puhdistamon kalliotilojen suunta kalliorakenteessa Keskuspuhdistamon kalliotilojen vaakasuuntaisessa sovittamisessa kalliorakenteeseen on lähtökohtana ollut kallioperätutkimuksista saatujen tulosten ja kalliopaljastumatietojen avulla tulkittu kalliopinnan korkeustaso. Suunnittelussa on