VIEMÄRÖINTI JA JÄTEVEDEN KÄSITTELY Viemäriverkostot Viemäröinti alkaa esimerkiksi kylpyhuoneesta WC-istuimesta, josta jätökset johdetaan kiinteistöviemäriä pitkin yleiseen viemäriverkkoon. Katujen varsilla sijaitsevat kiinteistöt on liitetty kokoomaviemäreihin, jotka on edelleen kytketty runkoviemäreihin. Näitä pitkin jätevesi johdetaan jätevedenpuhdistamolle. Kokoomaviemärit ovat yleensä viettoviemäreitä eli niissä vesi virtaa painovoiman avulla. Viettoviemärit ovat paineettomia ja vain osittain jätevedellä täyttyneitä. Viemäriputket pyritään sijoittamaan niin syvälle kadun alle, että kiinteistöt voivat liittyä niihin ilman pumppausta. Tasaisessa maastossa jätevettä on pumpattava. Pumppaamoiden lisäksi viemäriverkostossa on tarkastuskaivoja ja esimerkiksi ylivuoto- ja öljynerotuskaivoja. Asumajätevesien lisäksi viemäreihin johdetaan myös teollisuuden jätevesiä. Osa niistä täytyy esikäsitellä ennen kuin ne saa johtaa yleiseen viemäriin. Viemäriin ei saa johtaa mitään myrkyllisiä aineita eikä öljyä tai rasvoja. Viemäriputket ovat yleensä betonia tai muovia (kuva 1). Muoviputket ovat kevyitä asentaa, mutta betoniputket kestävät paremmin dynaamista rasitusta. Betoniputkissa ongelmana voi olla sisäpinnan syöpyminen, joka voi johtaa jopa putken puhkikulumiseen. Betoniputkia syövyttää rikkivety, jota muodostuu viemäreissä jäteveden kulutettua sieltä kaiken hapen. Rikkivedystä muodostuu rikkihappoa, joka syövyttää betonista putkenpintaa. Kuva 1 Betonisella Qmax-viemäriputkella (vas.) voidaan varautua suurempiin vesimääriin. Pienellä virtaamalla putken alaosa toimii pienen putken tavoin ja suuremmalla virtaamalla myös yläosan suurempi kapasiteetti tulee käyttöön. Putken muodon ansiosta putki huuhtoutuu hyvin pienelläkin vesimäärällä. Muovinen viemäriputki (oik.). (Kuvat Riku Vahala.) Viemäriin kuulumattomat kiinteät jätteet aiheuttavat vesihuoltolaitoksille paljon ylimääräistä vaivaa ja harmia sekä ylimääräisiä kuluja. Esimerkiksi Helsingin Viikinmäen jätevedenpuhdistamolle päätyy vuosittain 1000 tonnia kiinteää jätettä, jonka ei alun perinkään olisi pitänyt päätyä viemäriin (kuva 2). Nämä jätteet ovat kaikkea kondomeista tekohampaisiin, luottokortteihin ja muovipakkauksiin. Ne 1
jäävät välppiin, mistä ne kuljetetaan kaatopaikalle pesun ja tiivistyksen jälkeen. Jätteet vaikeuttavat puhdistusprosessin toimintaa, jos ne pääsevät välppien ohitse, mutta suurin ongelma ne ovat verkostossa. Ne aiheuttavat tukoksia kiinteistön pienissä viemäriputkissa, mutta voivat kasaantua myös isompiin viemäriputkiin ja aiheuttaa niihin tukoksia. Jätteet voivat kertyä myös pumppaamoille ja estää pumppujen toiminnan. Viemäriin joutuneet ruuantähteet taas tarjoavat ravintoa viemäritunneleissa eläville rotille ja edesauttavat näin rottakantojen kasvua. Vain sitä itseään kiitos! Viemäriin eivät kuulu: Kuva 2 Älä ole pönttö, käytä roskista! (Kuva Vekku Savolainen.) Hulevesiviemäröinti Hulevesiksi kutsutaan kaduilta, pihoilta ja katoilta valuvia sade- ja sulamisvesiä. Niiden poisjohtamista varten on rakennettu monin paikoin oma hulevesiverkosto. Myös kiinteistöjen kuivatusvedet voidaan johtaa hulevesiviemäriin. Hulevesiä ei yleensä käsitellä vaan ne vain johdetaan pois rakennetuilta alueilta lähimpään vesistöön johtaviin purkuojiin. Vesihuoltolaitokset hoitavat myös hulevesiviemäröinnin ja perivät siitä yleensä erillistä maksua. Vastuu hulevesiviemäröinnistä saattaa kuitenkin siirtyä lähitulevaisuudessa kunnille. Kaupunkien vanhimmissa osissa saattaa olla käytössä edelleen sekaviemäröinti eli hulevedet johdetaan jätevesiviemäriin. Sekaviemäröinnistä pyritään kuitenkin eroon, koska se kasvattaa turhaan puhdistamoille johdettavan veden määrää ja saa viemärit ja jätevedenpuhdistamon ylikuormittumaan rankkasateella. Verkostojen saneeraus pumpulipuikot hiukset terveyssiteet tamponit kondomit kissanhiekka Vesijohtoverkostot ovat pitkäikäisiä ja kalliita investointeja. Rakennusvaiheessa tehtyjen ratkaisujen kanssa on pystyttävä elämään vuosikymmeniä. Vesijohtojen ja viemäreiden voidaan ajatella kestävän 50 70 vuotta, vesijohtojen hieman pidempään kuin viemäreiden. Vanhimmat Suomessa käytössä olevat vesijohdot ovat yli 100 vuotta vanhoja. Yksittäisen putken kestoikä riippuu kuitenkin suuresti esimerkiksi veden laadusta, putkimateriaalista ja putkeen ylhäältä päin kohdistuvasta rasituksesta. Loppuunkuluneet putket alkavat vuotaa. Rapistuneet viemäriputket saattavat myös romahtaa kasaan. Putkien kokonaisvaltaista korjaamista tai uusimista kutsutaan saneeraamiseksi. Verkostot ovat monin paikoin Suomessa jo aivan käyttöikänsä päässä, mutta niitä ei ole saneerattu korkeiden kustannusten vuoksi. Nykyinen saneerausvauhti onkin riittämätön ja tulevaisuudessa verkostojen korjaaminen ja 2
uusiminen tulevat työllistämään nykyistä enemmän samalla kun verkostovuotojen määrä huonokuntoisissa putkissa tulee väistämättä kasvamaan. Vesijohtojen ja viemäriputkien korjaaminen ja uusiminen perinteisillä menetelmillä vaativat putkilinjojen aukikaivamisen. Tämä on työlästä, aikaa vievää ja kallista. Se myös häiritsee huomattavasti liikennettä etenkin kaupunkialueella. Saneerausmenetelmät, jotka eivät vaadi suurten kaivantojen tekemistä, ovat yleistymässä ja kehittyvät koko ajan. Tällaisia menetelmiä ovat esimerkiksi poraus työntäen putki maan alle, uuden muotoutuvan putken sujutus vanhan sisään (kuva 3), uuden aiempaa suuremman putken vetäminen vanhan tilalle ja putkien sisäpuoliset vuoraukset. Kuva 3 Verkoston saneerausta muotoputkisujutuksella, jossa vanhan putken sisään asennetaan pehmeä muotoputki, joka kovetetaan paikalleen alkuperäiseen pyöreään muotoonsa paineilman ja höyryn avulla. (Kuvat ja piirokset NRG International Ltd Oy.) 3
Jätevedenpuhdistus Jätevedenpuhdistuksen lähtökohtana on vastaanottavan vesistön ja toisaalta terveyden suojelu. Jätevedestä poistetaan vesistöissä happea kuluttavat ja rehevöitymistä aiheuttavat aineet, kuten liukoinen orgaaninen aines (BOD, biological oxygen demand), typpi (N) ja fosfori (P), sekä kiintoaine, rasvat ja öljyt. Suomessa yli 80 prosenttia asukkaista on keskitetyn viemäröinnin ja jätevedenkäsittelyn piirissä. Yli 50 asukkaan puhdistamoita on noin 560. Haja-asutusalueiden yksittäisillekin kiinteistöille on asetettu vaatimus puhdistaa jätevedet. Kaikki syntyvät jätevedet on siis puhdistettava jollain tavalla. Asukasvastineluvulla (avl) kuvataan jätevedenpuhdistamon kokoa. Se kertoo kuinka monen asukkaan kuormitusta vastaavan jätevesimäärän laitos puhdistaa. Laitoksen asukasvastineluku ei ole sama kuin laitoksen toiminta-alueella asuvien ihmisten määrä, koska osa jätevesikuormituksesta tulee palvelutoiminnoista ja teollisuudesta. Asukasvastineluvun avulla asutuksen ja muiden toimintojen jätevesistä aiheutuva yhteiskuormitus voidaan muuttaa vertailtavaksi luvuksi. Asukasvastineluku on mittayksikkö, joka vastaa yhden henkilön päivässä tuottamaa keskimääräistä orgaanista biologisesti hajoavaa kuormitusta. Yhdyskuntajätevesiasetuksen (888/2006) mukaan yhden asukkaan vuorokausikuormituksena pidetään 70 g BOD 7/d (seitsemän vuorokauden biokemiallinen hapenkulutus 70 g happea O2). Asukasvastineluku määritellään siis laitokselle tulevan jäteveden orgaanisen aineen kuormituksen perusteella. Suomen vesistöjen ravinnekuormituksen aiheuttajat on esitetty kuvissa 10.9 ja 10.10. Yhdyskuntien jätevedet aiheuttavat kuormituksesta typen osalta 15 prosenttia ja fosforin osalta vain 4 prosenttia. Maatalous aiheuttaa selvästi suurimman ravinnekuormituksen. Kuvista nähdään myös, että lomaasutus ja ne 20 prosenttia suomalaisista, jotka asuvat haja-asutusalueilla viemäriverkoston ulkopuolella, aiheuttavat selvästi suuremman fosforikuormituksen kuin loput 80 prosenttia suomalaisista, joiden jätevedet puhdistetaan kunnallisilla jätevedenpuhdistamoilla. Kuva 4 Fosforin päästölähteet Suomessa vuonna 2010. (Lähde Suomen ympäristökeskus, 2011.) 4
Kuva 5 Typen päästölähteet Suomessa vuonna 2010. (Lähde Suomen ympäristökeskus, 2011.) Viimeisten vuosikymmenien aikana on enenevässä määrin alettu kiinnittää huomiota myös muihin jätevesien sisältämiin haitallisiin aineisiin. Aineiden määrät voivat olla pieniä, mutta niille on tyypillistä, että ne vaikuttavat jo pieninä pitoisuuksina. Näille ns. prioriteettiaineille on asetettu ympäristönlaatunormit eli pitoisuudet, joita vesistössä ei saa ylittää. Nykyiset laatunormit koskevat sellaisia aineita ja ovat sellaisella tasolla, että normeilla on harvoin vaikutusta kunnalliseen jätevedenpuhdistukseen. Prioriteettiainedirektiivin päivittämisestä on kuitenkin EU-tasolla ehdotus, jossa vaarallisten ja haitallisten aineiden listaan ehdotetaan lisättäväksi 15 uutta ainetta. Ehdotettujen aineiden joukossa on mm. lääkeaineita ja palonestoaineita. Jos ehdotus hyväksytään esitetyssä muodossa, joudutaan jätevedenkäsittelyä tehostamaan useilla puhdistamoilla uusien vaatimuksien täyttämiseksi. Jätevedenpuhdistus kunnallisilla jätevedenpuhdistamoilla Perinteinen ja hyväksi havaittu yhdyskuntajäteveden käsittelyprosessi on yhdistelmä mekaanista, biologista ja kemiallista puhdistusta. Yleisimmin käytettyä jätevedenkäsittelymenetelmää kutsutaan aktiivilieteprosessiksi. Orgaaninen aine ja typpi poistetaan siinä biologisesti jätevedessä olevien mikrobien avulla. Fosfori taas poistetaan tavallisesti samalla kemiallisesti saostamalla. Kuva 6 havainnollistaa prosessin tyypillisimmät vaiheet eli yksikköoperaatiot. Jätevedenpuhdistusprosessit ovat pitkälle automatisoituja. Jätevedenpuhdistusprosessin tyypilliset vaiheet ovat välppäys hiekanerotus esiselkeytys aktiivilieteprosessi jälkiselkeytys. 5
Kuva 6 Jätevedenkäsittelyprosessin tyypilliset yksikköoperaatiot: välppäys, hiekanerotus, esiselkeytys, aktiivilieteprosessi ja jälkiselkeytys. (Kuva Doris Kalve.) Mekaanisessa puhdistuksessa jätevedestä poistetaan kiinteitä aineita, roskia, hiekkaa, rasvaa ja kiintoainesta, välppäämällä ja laskeuttamalla. Jätevedenkäsittelyn ensimmäinen vaihe on välppäys (kuva 7). Sen tarkoituksena on poistaa jätevedestä kaikki kookkaammat, viemäriin joutuneet roskat, jotka saattaisivat tarttua puhdistuksessa käytettäviin laitteisiin kuten pumppuihin, ilmastimiin ja kaapimiin. Siivilänkaltaisten välppien säleväli vaihtelee 50:stä alle 0,5 millimetriin. Silloinkin kun jätevettä joudutaan jostain syystä johtamaan puhdistamon ohi, se on välpättävä. Kuva 7 Esimerkkejä välpistä ja pestystä välppeestä. (Kuvat Pirjo Rantanen.) Hiekanerotus tarkoittaa yksinkertaisimmillaan allasta, jossa veden virtausnopeus mahdollistaa hiekan laskeutumisen, mutta muu kiintoaines kulkeutuu veden mukana. Rasvanerotus voidaan suorittaa hiekanerotuksen yhteydessä (kuva 8). Rasva saadaan nousemaan ilmastuksen avulla pintaan, josta se kerätään pois. Esi-ilmastuksella vähennetään jäteveden hajua ja parannetaan esiselkeytyksen toimintaa. Esi-ilmastus yhdistetään usein rasvan tai hiekan ja rasvan erotukseen yksinkertaisesti pidentämällä ilmastusaikaa. Biologista prosessia edeltää esiselkeytys, joka toteutetaan tyypillisesti painovoiman avulla laskeutuksena. Laskeutus edellyttää riittävää viipymää altaassa ja kyllin alhaista veden virtausnopeutta. Osa jäteveden kiintoaineesta poistetaan esiselkeytyksestä nk. raakalietteenä. 6
hiekka, painavat hiukkaset ilmakupla rasvainen vaahto hiukkasten laskeutumisrata ilmastus Kuva 8 Yhdistetty hiekan ja rasvan erotus. (Kuva Anna Kuokkanen.) Biologista prosessia voidaan pitää jätevedenpuhdistamon sydämenä. Siinä jätevedestä poistetaan orgaanista ainetta ja ravinteita niitä ravintonaan käyttävien jäteveden omien mikrobien avulla. Yleisin biologinen prosessi on aktiivilieteprosessi, jossa mikrobit muodostavat kasvavan biomassan, joka laskeutuu selkeytysaltaan pohjalle ja poistetaan lietteenä. Se koostuu aktiivilietealtaasta, jossa jätevettä ja sitä ravintonaan käyttävää biomassaa sekoitetaan jatkuvasti, ja jälkiselkeytysaltaasta, jossa puhdistettu jätevesi ja mikrobimassa eli laskeutunut liete erotetaan toisistaan. Osa lietteestä poistetaan prosessista ja osa palautetaan aktiivilieteprosessin alkuun syömään lisää orgaanista ainetta ja ravinteita. Yleensä käytetään aerobista prosessia, jossa lietettä ilmastetaan (kuva 9). Kuvassa esitellyssä yksikertaisessa prosessissa orgaaninen aine eli BOD poistuu tehokkaasti. Osa sitoutuu biomassaan ja osa poistuu hiilidioksidina ilmaan. Typen ja fosforin poistoon prosessi ei kuitenkaan ole kyllin tehokas. Kuvassa 10 on esimerkki ilmastusaltaasta ja ilmastinlautasesta. hiilidioksidi tuleva jätevesi biomassa, aktiiviliete selkeytys puhdistettu jätevesi C:N:P suhde (hiili:typpi:fosfori) ilmastus biomassassa 60:12:1 jätevedessä noin 100:25:10 palautusliete ylijäämäliete jätevedessä on Kuva 9 Yksinkertainen aktiivilieteprosessi. (Kuva Anna Kuokkanen.) 7
Kuva 10 Ilmastusallas ja kuminen ilmastinlautanen, joka on täynnä pieniä reikiä. (Kuvat Pirjo Rantanen.) Biologisen puhdistuksen hoitava biomassa voi olla myös kiinnittyneenä suodatinmateriaalin pintaan eikä vapaana lietteenä vedessä kuten edellä esitellyssä aktiivilieteprosessissa. Tällaista prosessia kutsutaan biosuodattimeksi tai kantoaineprosessiksi. Myös typenpoisto tapahtuu biologisesti. Ilmastetussa aktiivilieteprosessissa tulevan jäteveden typpi hapettuu mikrobien toimesta vähemmän haitalliseen muotoon, happea kuluttavasta ammoniumtypestä (NH 4 + ) nitraattitypeksi (NO 3 - ). Prosessia kutsutaan nitrifikaatioksi. Useilla jätevedenpuhdistamoilla se riittää lupaehtojen täyttämiseen typen osalta. Jos nitrifikaatiota ei järjestetä puhdistamolla, se tapahtuu purkuvesistössä ja kuluttaa vedestä happea. Nitrifikaatio voidaan kuvata seuraavalla yksinkertaistetulla reaktiolla: NH4 + + 2 O2 NO3 - + 2 H + + H2O Typen poistaminen jätevedestä typpikaasuksi ei onnistu ilmastetussa, eli aerobisessa prosessissa, vaan se vaatii kaksivaiheisen prosessin. Kuvassa 11 on esitelty esidenitrifikaatioprosessi, jossa ilmastetun prosessin alkuun on lisätty ilmastamaton osa ja lietteen kierrätys. Ilmastetussa osassa tapahtuu nitrifikaatio, jonka tuloksena syntynyt nitraatti kierrätetään aktiivilietteen mukana ilmastamattomaan altaaseen. Tällöin altaassa vallitsevat anoksiset olosuhteet, eli siellä ei ole happea, mutta siellä on nitraattia. Anoksisissa olosuhteissa mikrobit kuluttavat jäteveden orgaanista hiiltä ja käyttävät nitraattia hapen sijasta. Prosessia kutsutaan denitrifikaatioksi ja sen tuloksena syntyy typpikaasua (N2). Jäteveden sisältämä hiili ei aina riitä vaadittuun typenpoistoon. Tällöin prosessin anoksiseen osaan lisätään nopeasti käytettävissä olevaa hiilenlähdettä kuten metanolia. N 2 hiilidioksidi tuleva jätevesi NO 3 - N 2 kierrätysliete NH 4+ NO 3 - selkeytys puhdistettu jätevesi ilmastus palautusliete ylijäämäliete Kuva 11 Denitrifioiva eli typpeä poistava aktiivilieteprosessi. (Kuva Anna Kuokkanen.) 8
Rinnan mekaanisen ja biologisen puhdistuksen kanssa jätevedestä saostetaan fosfori yleensä ferrosulfaatilla (FeSO4). Kemiallisessa fosforinpoistossa jäteveteen lisätään ferrosulfaattia prosessin alussa. Ferrosulfaatti hapettuu joko esi-ilmastuksessa tai varsinaisessa ilmastusaltaassa, missä myös biologinen puhdistus tapahtuu. Hapettuessaan kahdenarvoinen ferrorauta muuttuu kolmenarvoiseksi ferriraudaksi, jolloin se reagoi jätevedessä olevan fosforin kanssa ja muodostaa laskeutuvan lietteen. Fosforin saostuminen tapahtuu yleensä samassa altaassa biologisen prosessin kanssa, minkä vuoksi prosessia kutsutaan rinnakkaissaostukseksi. Fosfori voidaan poistaa myös biologisesti. Biologisessa fosforinpoistossa jäteveteen ei lisätä saostuskemikaalia vaan luodaan aktiivilietealtaan ensimmäisestä lohkosta täysin hapeton, anaerobinen lohko, jolloin siinä menestyvät ainoastaan sellaiset mikrobit, jotka tulevat toimeen hapettomissa olosuhteissa ja käyttävät fosforia ravinnokseen. Nämä mikrobit poistuvat ylijäämälietteessä ja samalla poistuu niiden varastoima fosfori. Biologista fosforinpoistoa ei kuitenkaan käytetä vielä Suomessa laitoksilla yleisesti, koska perinteinen kemiallinen rinnakkaissaostus on menetelmänä varmatoiminen, helposti säädettävä ja sillä pystytään takaamaan riittävän tehokas fosforinpoisto kaikissa olosuhteissa. Aktiivilieteyksikköä seuraava jälkiselkeytys on tärkeä osa puhdistamon toimintaa, sillä siinä puhdistettu jätevesi erottuu lietteestä. Mitä enemmän kiintoainetta pääsee puhdistetun jäteveden mukaan, sitä huonompi on puhdistustulos, sillä lietteeseen on sitoutunut runsaasti orgaanista ainesta, typpeä ja fosforia. Puhdistettu jätevesi poistuu jälkiselkeytyksestä esimerkiksi poistokourujen avulla (kuva 12). Kuva 12 Puhdistettu jätevesi poistuu jälkiselkeyttimeltä. (Kuvat Pirjo Rantanen.) Jätevedenpuhdistusprosessissa syntyy siis puhdistettua jätevettä ja lietettä. Puhdistettu jätevesi johdetaan puhdistamolta vesistöön. Jätevesilietettä jatkokäsitellään, jotta sitä voidaan käyttää hyödyksi. Lietteenkäsittelystä kerrotaan tarkemmin seuraavassa luvussa. Suomessa jätevedenpuhdistuksen taso on hyvin korkea. Jäteveden orgaanisesta aineesta ja fosforista saadaan poistettua yli 95 prosenttia ja typestä keskimäärin 54 prosenttia. Vesihuoltolaitosten viemäröinti ja jätevesienkäsittely ovat siis merkittäviä tekijöitä vesiensuojelussa. Typenpoistoteho vaihtelee suuresti laitosten välillä, sillä kaikille laitoksille ei ole asetettu yhtä tiukkoja vaatimuksia sen suhteen. Jätevedenpuhdistamoiden puhdistusvaatimukset on määritelty niiden ympäristöluvissa, jotka myöntävät aluehallintovirasto ja kunnan ympäristönsuojeluviranomainen. Vaatimukset voidaan 9
määritellä puhdistetun jäteveden maksimipitoisuuksina ja minimipuhdistustehona. Lupaehtoihin vaikuttavat sekä puhdistamon koko että typenpoistovaatimuksen osalta vastaanottava vesistö. Esimerkiksi Suomen suurimman jätevedenpuhdistamon, Helsingin Viikinmäen, lupaehdot ovat: Pitoisuus lähtevässä vedessä Puhdistusteho BOD 7 < 10 mg/l > 95 % fosfori < 0,3 mg/l > 95 % typpi - > 70 % (Lähde Länsi-Suomen Ympäristölupavirasto, lupapäätös 56/2004/1.) Jäteveden puhdistusta ohjaavat toisaalta vaadittu puhdistustulos ja toisaalta taloudellisuus. Jäteveden puhdistuksessa syntyy kustannuksia energiasta, kemikaaleista ja henkilöstön palkasta. Energiaa kuluu ilmastukseen, pumppauksiin ja tarvittaessa lämmitykseen, kemikaaleja tarvitaan saostukseen, ph:n säätöön ja joskus myös biologisen prosessin lisähiilenä. Lietteen käsittely ja hyödyntäminen Puhdistamolietettä syntyy yhdyskuntien jätevedenkäsittelyssä Suomessa noin miljoona kuutiometriä vuosittain. Lietteeseen ovat tiivistyneet jäteveden orgaaninen aines sekä ravinteista erityisesti fosfori. Lietettä voidaan hyödyntää tuottamalla siitä energiaa sekä valmistamalla siitä maanparannusainetta. Valtaosa käsitellystä puhdistamolietteestä käytetään Suomessa viherrakentamiseen ja maisemointiin. Lietemäärät tulevat kasvamaan tiukkenevien jätevedenkäsittelyvaatimusten ja haja-asutuksen jätevesien puhdistusvelvoitteen myötä. Tärkein käsittelyratkaisun valintaa ohjaava tekijä tulee jatkossa yhä vahvemmin olemaan lopputuotteen markkinat. Lietettä syntyy lähinnä esi- ja jälkiselkeytyksessä. Välppeitä ja hiekkaa ei käsitellä lietteen kanssa vaan ne viedään kaatopaikalle. Orgaanisen aineen kaatopaikkakielto kuitenkin astuu voimaan 1.1.2016. Tämän jälkeen välpettä ei voi enää viedä kaatopaikalle Liete on orgaanista ainetta, josta suuri osa on bakteerimassa. Sen käsittelyn tavoitteina on stabilointi eli biologisen toiminnan loppuminen ja hygienisointi eli patogeenisten mikrobien tuhoaminen. Lisäksi lietteen vesipitoisuutta pyritään vähentämään mahdollisimman paljon. Useassa lietteen käsittelyn vaiheessa lietteestä erottuu väkeviä rejektivesiä, jotka yleensä palautetaan jäteveden puhdistusprosessin alkuun. Lietteen käsittely alkaa esisakeutuksella eli tiivistyksellä (kuva 13). Selkeytysaltaista poistetussa lietteessä voi olla vettä jopa 99 prosenttia. Tiivistyksessä saadaan lietteen kiintoainepitoisuus kaksintai kolminkertaistettua. Tiivistys voidaan suorittaa joko laskeuttamalla tai flotaatiolla. Kuva 13 Lietteen tiivistys laskeuttamalla. (Kuva Pirjo Rantanen.) 10
Tärkeä osa lietteen käsittelyä on sen stabilointi. Stabilointi voidaan suorittaa kemiallisesti tai biologisesti. Kemiallisessa stabiloinnissa pysäytetään biologinen prosessi esimerkiksi lisäämällä lietteeseen sammutettua kalkkia (Ca(OH)2), jolla lietteen ph saadaan nousemaan yli 11, jolloin patogeeniset mikrobit ja muu biologinen toiminta inaktivoituvat. Anaerobisessa biologisessa käsittelyssä eli mädätyksessä lietteen sisältämä orgaaninen aines muuttuu metaaniksi (CH 4), hiilidioksidiksi, vedeksi ja mineraalisuoloiksi. Syntynyt metaanikaasu kerätään talteen ja sitä voidaan hyödyntää lämmön tai energiantuotannossa. Liete kuivataan lopuksi mekaanisesti joko imusuodattimella, lingolla tai suotonauhapuristimella. Veden erottumista lietteestä voidaan tehostaa polymeerikemikaalin avulla. Kuivauksen jälkeen lietteen kuiva-ainepitoisuus on jopa 40 %. Käsitellyn lietteen määrä on siis huomattavasti pienempi kuin kerätyn lietteen määrä. Kuvassa 14 on esimerkki lietteenkäsittelyprosessista. Kuvassa 15 on esimerkki lietteenkäsittelyprosessista ja sen yhteydestä jätevedenpuhdistusprosessiin. Kuva 14 Esimerkki lietteenkäsittelyprosessista. (Kuva Doris Kalve.) Kuva 15 Tampereen Viinikanlahden jätevedenpuhdistamon puhdistusprosessi (yllä) ja lietteenkäsittelyprosessi (alla). (Kuva Tampereen Vesi Liikelaitos.) Lietteen stabilointi toimii osittain myös sen hygienisointina. Tehokkaampaan hygienisointiin eli patogeenien inaktivointiin pääsemiseksi liete voidaan esimerkiksi lämpökäsitellä, kompostoida, käsitellä kemikaaleilla tai säteilyttää. Muualla Euroopassa poltto on yleinen käsittelymenetelmä lietteelle ja se yleistynee Suomessakin. Suomessa taas käytetään tällä hetkellä yleisesti lietteen 11
kompostointia (kuva 16), jonka lopputuloksena saadaan viherrakentamisessa käytettävää multaa. Yleisen käsityksen vastaisesti raskasmetallien pitoisuudet puhdistamolietteissä ovat matalia, koska teollisuuslaitokset eivät saa enää päästää raskasmetallipitoisia jätevesiä yleiseen viemäriin. Jatkossa myös erilaiset lietteenkäsittelyn yhteisratkaisut muiden biohajoavien jätteiden kanssa yleistynevät. Kuva 16 Kompostiauma talvella. (Kuva Pirjo Rantanen.) Merkittävä osa synteettisistä peltolannoitteista voitaisiin korvata lietteillä, mutta silti Suomessa lietteistä vain 12 % hyödynnetään maataloudessa. Lietteen lannoitekäyttöä rajoittavat epäilykset sen hygieenisyydestä ja haitta-aineista sekä tämänhetkiset ympäristötukisäännökset. Helposti saatava fosfori tulee loppumaan maapallolta 100 150 vuodessa. Termisesti kuivattu liete voisikin olla tulevaisuudessa lannoitteiden raaka-ainetta. Jätevesien puhdistus haja-asutusalueilla Haja-asutuksen jätevesien puhdistukselle asetetut vaatimukset ovat hieman lievemmät kuin jätevedenpuhdistamoilla. Asetuksen 209/2011, mukaan happea kuluttavasta orgaanisesta aineesta on poistettava vähintään 90 %, kokonaisfosforista vähintään 85 % ja typestä vähintään 40 % verrattuna siihen, mitä käsittelemätön talousjätevesi sisältää. Näitä vaatimuksia on noudatettava herkimmillä alueille kuten pohjavesi- ja ranta-alueilla, muualla niitä voidaan kunnan päätöksellä lieventää. Haja-asutusalueiden asukkaiden jätevesien käsittelyn vaihtoehdot ovat liittyminen kunnan viemäriverkostoon, kylän tai muutaman naapurin yhteisen puhdistamon rakentaminen tai kiinteistökohtaisen puhdistamon rakentaminen. Näistä kiinteistökohtainen järjestelmä on usein kallein hankkia ja työläin ylläpitää. Edullinen ja jätevesien käsittelyn kannalta helppo vaihtoehto on kuivakäymälän valitseminen vesivessan sijasta. Nykyään on olemassa erilaisia pitkälle kehittyneitä sisätiloihin sopivia kuivakäymälöitä, joiden käyttö ja ulkonäkö ei paljon eroa vesivessanpöntöstä. Kuivakäymälään päädyttäessä jätevesijärjestelmään johdettavaksi jäävät vain ns. harmaat vedet eli erilaiset pesuvedet, joille riittää paljon kevyempi puhdistusprosessi kuin vessavedet sisältäville ns. mustille jätevesille. Yhden tai muutaman kiinteistön jätevedenkäsittelyratkaisu voi olla maasuodattamo (kuva 17), pieni laitepuhdistamo (kuva 18) tai umpisäiliö, jonne kerätään wc-vedet ja jonka sisällön loka-auto käy säännöllisesti tyhjentämässä ja viemässä kunnalliselle jätevedenpuhdistamolle. Maasuodattamo on hiekkasuodatin, jonka läpi jätevesi johdetaan sen jälkeen, kun siitä on saostuskaivoissa erotettu karkein kiintoaine. Jäteveden puhdistuksen hoitavat suodatinhiekan pinnalla kasvavat mikrobit, jotka käyttävät orgaanista ainesta ja ravinteita ravintonaan. Maasuodattamon pohja on tiivistetty ja vesi kerätään sen pohjalta johdettavaksi hallitusti purkuojaan tai tehostettuun fosforinpoistoon. 12
Maasuodattamossa fosforia poistuu tehokkaasti vain parin ensimmäisen vuoden ajan. Tämän jälkeen 85 prosentin fosforinpoistoon pääseminen edellyttää jonkin tehostavan ratkaisun, kuten fosforia saostavaa reaktiivista suodatinmateriaalia sisältävän jälkisuodatuskaivon. Jos maasuodattamon pohjaa ei ole tiivistetty, kyseessä on maahanimeytys. Tällöin suodattunut jätevesi päätyy lopulta pohjaveteen ja aiheuttaa siihen saastumisriskin. Tällainen ratkaisu ei ole suositeltava. Maahanimeytyksessä ei myöskään ole mahdollisuutta selvittää puhdistuneen jäteveden laatua eli suodattamon toimintatehoa. Kuva 17 Kiinteistökohtainen maasuodattamo on maahan kaivettu tai osittain pengerretty puhdistamo, jossa jätevesi puhdistuu painuessaan rakennetun suodatinhiekkakerroksen läpi. (Kuva Doris Kalve.) Pienpuhdistamot ovat yleensä panospuhdistamoita, joissa vastaavat prosessivaiheet kuin isolla jätevedenpuhdistamolla (biologinen käsittely ja fosforin kemiallinen saostus) tapahtuvat ajastetusti yhdessä säiliössä. Kuva 18 Kiinteistökohtainen pienpuhdistamo eli panospuhdistamo. (Kuvat Pirjo Rantanen) Tehokas jätevedenkäsittely tulee asetuksen mukaan järjestää vuoteen 2014 mennessä myös kaikilla vanhoilla kiinteistöillä, joilla ei ole muuta jätevesijärjestelmää kuin kiintoaineen erottava sakokaivo. Tämä koskee noin 200 000 kiinteistöä ja 40 000 vapaa-ajanasuntoa, joissa on vesikäymälä. 13
Vesihuollon organisointi ja rooli kunnissa Vesihuoltopalvelujen järjestämistä säätelee vesihuoltolaki. Se asettaa kunnalle selkeän velvollisuuden järjestää alueelleen vesihuolto ja huolehtia vesihuollon yleisestä kehittämisestä. Vesihuoltolaitoksen ei tarvitse olla kunnan omistama, vaikka näin käytännössä Suomessa lähes kaikkialla onkin. Kunnalla on mahdollisuus ulkoistaa vesihuoltopalveluiden tuottaminen esimerkiksi liikelaitokselle tai täysin yksityiselle toimijalle. Vesihuoltolaitokset vastaavat toiminta-alueensa vesihuollon järjestämisestä ja kiinteistön omistajat tai haltijat kiinteistöjensä vesihuollosta. Vesihuoltolaitoksen toiminta-alueeksi määritellyllä alueella kiinteistöillä on velvollisuus liittyä vesihuoltoverkkoon. Vesihuolto on määritelty maksuilla ylläpidettäväksi liiketoiminnaksi eli vesihuoltolaitoksen on katettava kustannuksensa perimillään maksuilla. Maksujen on oltava kohtuullisia ja tasapuolisia kaikille laitoksen asiakkaille. Talousveden laatua valvovat kuntien terveydensuojeluviranomaiset. Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskukset vastaavat vesihuollon valvonnasta, suunnittelun ohjauksesta ja rahoitustuen suuntaamisesta omilla alueillaan. Suomen ympäristökeskus (SYKE) tekee alan soveltavaa tutkimusta, tuottaa käytännönläheisiä julkaisuja ja toimii alan asiantuntijana. Suomessa on noin 1500 vesihuoltopalveluista vastaavaa vesihuoltolaitosta. Suurimmat vesihuoltolaitokset ovat tyypillisesti kuntien omistamia, näitä on reilut 400. Tällöin toiminta voidaan organisoida esimerkiksi kunnan organisaation osana taseyksikkönä tai liikelaitosmuodossa, yhden kunnan omistamana osakeyhtiönä tai usean kunnan omistamana kuntayhtymänä tai alueellisena osakeyhtiönä. Lisäksi Suomessa toimii noin 1 000 vesihuolto-osuuskuntaa, jotka vastaavat lähinnä veden jakelusta haja-asutusalueilla. Kunnallisten ja ylikunnallisten laitosten osuus kaikesta tuotetusta talousvedestä on yli 95 prosenttia ja osuuskuntien hallinnoimien laitosten alle viisi prosenttia. Hajaasutusalueille on perustettu jonkin verran myös osuuskuntien operoimia pieniä jätevedenpuhdistamoita, kun myös vesihuoltolaitosten toiminta-alueiden ulkopuolisille kiinteistöille on asetettu tiukentuvia jätevedenpuhdistusvaatimuksia. Vesihuoltolaitokset ovat toiminta-alueillaan määräävässä markkina-asemassa olevia luonnollisia monopoleja. Vedentuotannossa ja jätevedenpuhdistuksessa ei ole kilpailua eikä näiden palvelujen tuottajaa voi valita kuten esimerkiksi sähköntuottajan nykyään voi. Yhdyskunnan vesihuoltoa ei voi rinnastaa suoraan muihin teknisiin julkisiin palveluihin kuten liikenne- ja energiaratkaisuihin, jotka voidaan arvioida ja mitata pitkälti vain taloudellisin perustein. Vesihuoltoa pidetäänkin nykyään ensisijaisesti välttämättömyyspalveluna eikä niinkään kunnallistekniikkana, koska puhtaalla talousvedellä on suora yhteys ihmisten terveyteen ja jätevedenpuhdistus on samalla ympäristönsuojelua. Vesihuolto on huomioitava kaikessa yhdyskuntasuunnittelussa ja kaavoituksessa. Raakavesilähteiden ympäristö on rauhoitettava muilta toiminnoilta niin, etteivät veden määrä tai laatu vaarannu. Pohjaveden muodostumisalueille ja raakavetenä käytettävän järven tai joen valumisalueelle asetetaan tarpeen mukaan maankäyttörajoituksia. Verkostot pyritään rakentamaan kuntien omistamille maille, usein tiealueille yhdessä muun yhdyskuntatekniikan kanssa. Laitoksista etenkin jätevedenpuhdistamot vaativat suuren maa-alueen. Ne pyritään sijoittamaan sen verran etäälle asutuksesta, ettei niistä aiheudu hajuhaittoja tai muuta häiriötä. 14
Vesihuollon tulevaisuus Vesihuollon toimintaympäristössä on meneillään suuria muutoksia. Palvelujen kysyntä kasvaa, niille asetetaan entistä ankarampia vaatimuksia laadun, turvallisuuden ja kuluttajansuojan suhteen, minkä lisäksi infrastruktuuri ja vesihuollon asiantuntijat ikääntyvät. Samaan aikaan kuntien taloudellinen tilanne ja kuntien järjestämiin palveluihin kohdistuvat vaatimukset ovat johtamassa kuntien palvelurakenteen uudelleenjärjestelyihin ja kuntaliitoksiin. EU avaa julkista sektoria kilpailulle, mikä lisää tarvetta liiketoiminnan valvonnalle. Toimintojen kokoaminen, yhteistyö ja kumppanuudet avaavat uusia haasteita ja mahdollisuuksia myös vesihuoltosektorille. Vesihuollon tekniset ratkaisut ovat pitkäikäisiä infrastruktuurin toimintaiän on monin osin oltava yli 50 vuotta. Niitä suunniteltaessa ja toteutettaessa onkin hahmotettava varsin pitkän ajan tarpeita. Vesihuoltoon lähitulevaisuudessa vaikuttavia ilmiöitä on eritelty kuvassa 19. Kuva 19 Monet tekijät asettavat vaatimuksia ja haasteita vesihuollolle. (Lähde Silfverberg, 2007.) Ympäristövaatimukset ovat kiristymässä sekä globaalisti että EU:n tasolla. Tämä edellyttää entistä analyyttisempaa ympäristövaikutusten seurantaa sekä ympäristövaatimusten tiukempaa huomioon ottamista uusissa vesihuoltoinvestoinneissa ja vesihuoltolaitosten kaikessa toiminnassa. Talousvettä ja jätevettä koskevat terveydelliset ja ympäristölliset laatukriteerit kiristyvät muun muassa EU:ssa meneillään olevien prosessien myötä. Kuntapalveluiden uudistukset ja kuntaliitokset luovat sekä paineita että mahdollisuuksia laajempien alueellisten vesihuoltojärjestelyiden kehittämiseen. Suomen suuret kaupunkiseudut (pääkaupunkiseutu, Tampereen, Turun, Oulun ja Jyväskylän seudut) tulevat edelleen kasvamaan, mikä näkyy myös vesihuollon investointitarpeina kyseisillä alueilla. Kaupunkiseutujen reunoille ja lähialueille kohdistuu kasvavaa rakentamispainetta. Kehitystä ohjaa kaksi vastakkaista trendiä: toisaalta asutusta pyritään tiivistämään rakenteeltaan toimivaksi, toisaalta osa alueelle muuttavista hakee kasvukeskuksia ympäröiviltä alueilta maaseutumaista väljyyttä. Vaikka rakentamista koskevat ratkaisut tehdäänkin laajemmalla maankäytön suunnittelun tasolla, on yhdyskuntarakenteen eheyttäminen näillä alueilla vesihuollon ja muun yhdyskuntatekniikan kannalta tarkoituksenmukaisin vaihtoehto. Toisaalta vesihuoltojärjestelmien ylläpidon rahoitus muuttotappioalueilla tulee olemaan entistä vaikeampaa. Vedenkulutuksen vähentyessä voi moni järjestelmä tulla ylimitoitetuksi, minkä vuoksi verkostojen viipymät voivat kasvaa haitallisen pitkiksi. 15
Vesihuolto-organisaatioiden uudistuminen luo paineita laitosten ammattimaisen johtamisen vahvistamiseen. Vesihuoltolaitosten johtaminen edellyttää tulevaisuudessa entistä enemmän kokonaisvaltaista johtamisosaamista, jossa yhdistyvät niin taloudellinen, tekninen, organisatorinen, ympäristöllinen kuin asiakkuusosaaminenkin. Suuri osa Suomen vesihuoltolaitosten henkilöstöstä on siirtymässä eläkkeelle 2010-luvun aikana. Pienempiä vesiosuuskuntia on lisäksi hoidettu usein talkootyönä. Tämä perinne on monin paikoin katkeamassa, mikä uhkaa osuuskuntien toimintaedellytyksiä. Kansainvälistyminen tarjoaa mahdollisuuksia suomalaiselle vesihuolto-osaamiselle sekä kehitysmaissa ja siirtymätalousmaissa että EU:n sisällä. Kansainvälinen kehitys luo kuitenkin paineita myös muun tyyppisiin ratkaisuihin kuin kunnallishallinnon alla toimiviin vesilaitoksiin, kuten laitosten yksityistämiseen tai energia- ja vesihuoltolaitosten yhdistämiseen. Jos suuret kansainväliset vesihuoltopalveluiden tuottajat laajentavat aktiivisesti toimintaansa Suomeen kansainvälisten markkinoiden ja kilpailun avautuessa yhä enemmän, on suomalaisten toimijoiden pystyttävä olemaan vastaavasti kansainvälisesti kilpailukykyisiä pystyäkseen menestymään edes kotimaisilla markkinoilla. Toimintojen nykyistä laajamittaisempi ulkoistaminen ja yksityistäminen on siten yksi vaihtoehto vesihuoltopalveluiden järjestämisessä. Samaan aikaan yhä tietoisemmat kuluttajat vaativat myös vesihuoltopalveluilta yhä parempaa palveluhenkisyyttä ja avoimuutta. Ilmastonmuutokseen liittyvät sää- ja vesiolojen ääri-ilmiöt (kuivuuskaudet, tulvat, myrskyt) uhkaavat lisääntyä, mikä edellyttää entistä parempaa varautumista poikkeustilanteisiin. Ääri-ilmiöt voivat myös heikentää sekä vesistöjen että pohjaveden tilaa. Myös muut vesihuoltoon vaikuttavat onnettomuusriskit kasvavat tulevaisuudessa edelleen. Esimerkiksi vaarallisten aineiden kuljetusten lisääntyminen edellyttää entistä parempaa varautumista onnettomuuksiin. Tahallinen ilkivalta on jo nyt konkreettinen uhka mille tahansa suomalaiselle vesihuoltolaitokselle. Vesihuoltolaitosten onkin entistä paremmin varauduttava poikkeustilanteisiin laatimalla selkeät varautumissuunnitelmat. Vaikka teknologian osalta ei olekaan näköpiirissä mitään vesihuollon perusteita mullistavia teknisiä uudistuksia, on etenkin säätötekniikan ja informaatiojärjestelmien kehittyminen nopeaa. Bioteknologian kehitys luo myös jatkuvasti uusia prosessimahdollisuuksia. Koska vesihuoltoinfrastruktuurin elinkaaren on oltava erittäin pitkä, on vesihuollon kehittämisessä pystyttävä ennakoimaan, mitkä uusista tekniikoista ovat myös käytännössä hyviä lähtökohtia pitkän ajan investoinneille. Suuri osa Suomen nykyisestä vesihuoltoinfrastruktuurista on rakennettu 40 50 vuotta sitten. Järjestelmät alkavat monin paikoin tulla saneerausikään. Kehittyvät saneeraustekniikat voivat tarjota uusia mahdollisuuksia järjestelmien uusimiseen. 16