Vastaanottaja Vakka-Suomen Vesi Päivämäärä 10.5.2016 HÄPÖNNIEMEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO TOIMINNAN TEHOSTAMISEN AKTIIVILIETEPROSESSILLA
Laatija Tarkastaja Hyväksyjä Teemu Koskinen Niko Rissanen Niko Rissanen Viite 1510022084-002 1
SISÄLTÖ 1. Yleistä 3 2. Jätevedenpuhdistamon nykytilanne 4 2.1 Tulokuormitus 4 2.1.1 Virtaamat 4 2.1.2 Ainemäärät 4 2.2 Esikäsittelyn toiminta 5 2.2.1 Hiekanrerotus 5 2.2.2 Esi-ilmastus 5 2.2.3 Esiselkeytys 5 2.3 Puhdistustulos 7 3. Kuormitusennusteet 7 3.1 Yleistä 7 3.2 Jätevesien määrän ja kuorman kasvu 8 3.2.1 Virtaamat 8 3.2.2 Ainemäärät 9 4. Prosessimitoitus ja tarvittavat toimenpiteet 10 4.1 Yleistä 10 4.2 Aktiivilieteprosessi 11 4.3 Biologinen suodatus 12 4.4 Lietteenkäsittely 13 5. Toteutustapaselostus 13 6. Kustannusarviot 14 6.1 Investointikustannukset 14 6.2 Käyttökustannukset 14 7. Yhteenveto 15 LIITTEET 1. Vuorokausivirtaamat v. 2011-2015, grafiikka 2. Vuorokausivirtaamat, vuosi 2009 3. Orgaanisen aineksen (BOD 7atu ) kuormitus v. 2011-2015, grafiikka 4. Fosforin kuormitus v. 2011-2015, grafiikka 5. Typen kuormitus v. 2011-2015, grafiikka 6. Kiintoaineen kuormitus v. 2011-2015, grafiikka 7. Tulevan veden laatu (COD/BOD, BOD/N ja BOD/P) v. 2011-2015, grafiikka 8. Esiselkeytetty kiintoaine v. 2011-2015, grafiikka 9. Jäteveden laatu N-solujen jälkeen v. 2011-2015, grafiikka 10. Suodatinsolujen pesuvesimäärän kehitys v. 2011-2015, grafiikka 11. Laitilan Wirvoitusjuomatehdas, kuormitus v. 2010-2015, grafiikka 12. Vihannes-Laitila Oy, kuormitus v. 2010-2015, grafiikka 13. Sijoituspiirustus, aktiivilieteprosessi 2
1. YLEISTÄ Uudenkaupungin (Vakka-Suomen Vesi) Häpönniemen jätevedenpuhdistamo on biologiskemiallinen laitos, jossa typpi poistetaan biologisissa suodatinyksiköissä kahdessa eri vaiheessa. Ensimmäisessä osassa tapahtuu BOD:n poisto ja nitrifikaatio ja toisessa osassa denitrifikaatio. Jätevedenpuhdistamo on rakennettu alun perin vuonna 1977 kemialliseksi saostuslaitokseksi, jonka jälkeen lietteenkäsittelylaitteet on uusittu vuonna 1999. Puhdistusprosessia tehostettiin biologisilla suodattimilla (Kruger/Veolia, Biostyr-prosessi) vuoden 2004 alusta (nitrifikaatiosolut otettiin käyttöön helmikuussa ja denitrifikaatiosolut kesäkuussa). Vuosien 2007-2008 aikana suodatusvaihetta laajennettiin rakentamalla kaksi denitrifikaatiosolua lisää. Käsitellyt jätevedet johdetaan mereen Vähä-Seikonmaan-saaren lounaispuolelle. Etelä-Suomen aluehallintovirasto myönsi 21.11.2012 annetulla päätöksellä nro 186/2012/1 (ESAVI/15/04.08/2010) ympäristönsuojelulain mukaisen ympäristöluvan hakemuksen ja sen täydennysten mukaiselle jätevedenpuhdistamon toiminnalle ja samalla tarkisti puhdistamon toiminnalle 23.3.2007 annetun ympäristöluvan määräykset. Lupapäätöksestä on valitettu purkuputken osalta ja se ei ole tällä hetkellä lainvoimainen. Luparatkaisussa määrättiin purkuputken pää siirrettäväksi seuraavan lupapäätöksen yhteydessä - tai viimeistään vuoden 2021 aikana - kauemmas 10 km päähän puhdistamosta. Voimassa olevan luparatkaisun 9/2007/1 (Länsi-Suomen AVI 23.3.2007, Vaasan hallinto-oikeus 21.1.2008 päätös nro 08/0027/3) ja Etelä-Suomen AVI:n 21.11.2012 myöntämän uuden luvan 186/2012/1(ESAVI/15/04.08/2010) mukaiset puhdistusvaatimukset on esitetty taulukossa 1. Jäljempänä mainittu lupa ei ole tällä hetkellä lainvoimainen, mutta valitus ei koske puhdistusvaatimuksia. Lupaehdot lasketaan muiden kuin typen osalta neljännesvuosikeskiarvoina. Typen osalta puhdistustulos on saavutettava vuosikeskiarvona. Uudessa lupapäätöksessä puhdistusvaatimukset ovat osittain aikaisempaa väljempiä. Taulukko 1. Puhdistamon voimassa olevat ja uuden lupapäätöksen mukaiset lupaehdot. Parametri Yksikkö Nykyiset lupaehdot 9/2007/1 186/2012/1 BOD 7-ATU mg/l 10 13 % 95 93 COD Cr mg/l 75 75 % 85 85 Fosfori mg/l 0,3 0,3 % 95 95 Kok. typpi mg/l --- --- % 70 70 Ammoniumtyppi mg/l --- --- % --- --- Kiintoaine mg/l 15 15 % --- --- Puhdistamon tulokuorma on kasvanut voimakkaasti viimeisten vuosien aikana mm. alueellisten siirtolinjahankkeiden ja teollisuuden toiminnan laajentumisen takia. Tämän ja prosessiongelmien takia laitoksen toiminta ei ole täyttänyt ympäristöluvan, eikä asetuksen Vnp 888/2006, mukaisia puhdistusvaatimuksia ajanjaksolla 2012-2015. Vuonna 2015 laaditiin esisuunnitelma, jossa esitettiin laitoksen tehostamista kantoainetekniikalla (MBBR). Kantoaineprosessia pilotoitiin laitoksella ajanjaksolla 12/2015 3/2016. MBBR-prosessila päästiin yleisesti liukoisen BOD:n osalta (SBOD) jäännösarvoihin 10 20 mg/l. Pilotoinnin tulosten 3
perusteella näyttää kuitenkin siltä, että tarvittavat reaktoritilavuudet ovat esisuunnitteluvaiheessa prosessitoimittajan esittämää jonkin verran suurempia tai vaihtoehtoisesti reaktorin täyttöastetta on lisättävä. Tämän esisuunnitelman tarkoituksena on tarkastella vaihtoehtoinen puhdistamon tehostamisratkaisu, joka perustuu perinteisempään aktiivilieteprosessiin. Mitoitusajankohdaksi valitaan edelleen v. 2035. Mitoituskuormituslukuja päivitetään huomioimalla v. 2015 aikana tapahtunut kuormitusmuutos, joka näyttää pääosin johtuvan teollisuudesta. Tästä syystä erityisesti liukoisen orgaanisen aineksen tulokuormitusosuus on kasvanut. Lisäksi edelleen lähtökohdaksi otetaan, että puhdistamon verkoston vaikutusalueelle rakennetaan tulevaisuudessa yksi uusi teollisuuskuormittaja (tai nykyiset laajentavat toimintaansa). Tästä syntyy 1 000 kg/d lisää elintarviketeollisuusperäistä BOD-kuormaa, joka on oletuksen mukaan pääosin liukoista. 2. JÄTEVEDENPUHDISTAMON NYKYTILANNE 2.1 Tulokuormitus 2.1.1 Virtaamat Taulukossa 2 on esitetty puhdistamon virtaamakehitys ajanjaksolla 2009-2015. Vuosi 2015 oli tulovirtaamien osalta ajanjakson suurin. Biologisen osan ohitukset (v. 2011-2015) on otettu velvoitetarkkailuaineistosta. Vuorokausi- ja tuntivirtaamien maksimit on saatu laskemalla raportoinnista saatavat tulevat virtaamat ja koko laitoksen ohitus yhteen. Prosessiraportoinnista laskettuna ohitukset ovat tätä selvästi suurempia, jos lasketaan esikäsitelty biologisesti käsitelty virtaama, jossa on kummassakin sisäiset kierrot mukana. Taulukko 2. Häpönniemen puhdistamon virtaamat v. 2009-2015. Vuosi Parametri Yks. 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Mitoitusarvot* Vkr.virt Q KA m 3 /d 5 520 5 840 6 890 7 210 6 960 6 130 7 690 9 100 Vkr.virt. Q MAX. m 3 /d 11 227 19 038 18 776 20 740 19 219 15 828 23 998 20 000 Q MAX, biol. m 3 /d 10 531 16 913 13 115 11 794 9 957 11 287 18 732 Q MAX /Q KA 2 3,3 2,7 2,9 2,8 2,6 3,1 2,2 Ohitus, koko laitos m 3 /a 5 880 --- 7 040 5 197 199 7 390 koko laitos max m 3 /d --- --- --- --- --- --- --- biol. m 3 /a 113 336 117 044 113 013 51 763 94 019 biol. max m 3 /d --- --- --- --- --- --- --- Tuntivirt., q KA m 3 /h 230 243 270 300 290 254 320 380, q MAX,TUL m 3 /h 813 --- 852 1 268 864 945 1 163 1 000 * Prosessimitoitus 19.1.2007, Suunnittelukeskus Oy Taulukossa esitetyt maksimituntivirtaamat on saatu yhdistämällä käsittlyyn menevä tuntimaksimi ja samaan aikaan mahdollinen koko laitoksen ohitus. Ko. maksimituntivirtaamaa on käytetty tässä raportissa vuoden 2015 yksikköprosessien viipymän laskennassa, joka ei ohitusten takia todellisuutta vastaava. 113 918 2.1.2 Ainemäärät Taulukossa 3 on esitetty tulokuormitus vuosikeskiarvoina ajanjaksolla 2006-2015. Vuosi 2015 on virtaamien tapaan tarkastelujakson suurin. 4
Taulukko 3. Tulevat ainemäärät Häpönniemen puhdistamolle 2006-2015. Parametri (kg/d) Vuosi 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 BOD 7 1 300 1 700 1 500 1 700 1 800 2 000 2 300 2 400 2 600 2 900 Kok. typpi 250 260 280 310 280 300 370 370 360 400 Kok. fosfori 34 43 43 54 46 54 62 61 60 58 Puhdistamon mitoituskuormat (Prosessimitoitus 19.1.2007, Suunnittelukeskus Oy) ovat 1 820 kgbod/d, 380 kgn/d ja 60 kgp/d. Nykyiset ainemääräkuormat ylittävät jo mitoitusarvot neljännesvuosikeskiarvoina ja vuosikeskiarvonakin orgaanisen aineksen ja typen kohdalla. Maksimi BOD-kuorma neljännesvuosikeskiarvona oli 3 300 kgbod/d (IV/2015 ) ja typpeä 430 kgn/d (I/2015). Fosforia tuli vastaavasti 61 kgp/d (II/2015). 2.2 Esikäsittelyn toiminta 2.2.1 Hiekanrerotus Hiekanerotuksen toimintatiedot nykytilanteessa ja referenssivuotena 2009 on esitetty taulukossa 4. V. 2009 puhdistamon tulokuormitus oli tasolla, joka mahdollisti biologisen suodatusvaiheen riittävän tehokkaan toiminnan. Taulukko 4. Hiekanerotuksen toiminta, nykytilanne KA v. 2015 ja referenssivuosi 2009. Parametri Yksikkö Vuosi KA 2009 KA 2015 Linjamäärä kpl 2 Tilavuus, yht. m 3 150 Viipymä, q KA, q MAX min 39 28 min 11 7,7 Hiekanerotuksen kapasiteetti on riittävä v. 2015 tilanteessa. 2.2.2 Esi-ilmastus Altaat on varustettu pohjailmastimilla (lautasilmastin). Ilmastusilma otetaan samoilta kompressoreilta hiekanerotukseen ja biologisille suodatinsoluille. Esi-ilmastukseen kierrätetään lietettä esiselkeytyksen raakalietepumpuilta, jolloin altaisiin pyritään muodostamaan aktiivilietekanta. Kierrätettävä määrä on noin 40 m 3 /h, jolloin palautussuhde jää alhaiseksi. Lisäksi kierrätysvirtaamaa ei johdeta aivan altaiden alkupäähän, jolloin liete sekoittuu tulevaan jäteveteen vasta myöhemmässä vaiheessa. Esi-ilmastuksen tilatiedot nykytilanteessa on esitetty taulukossa 5. Taulukko 5. Esi-ilmastuksen tilatiedot, nykytilanne v. KA 2015 vs. referenssivuosi 2009. Parametri Yksikkö Arvo KA 2009 KA 2015 Lukumäärä kpl 2 Tilavuus, yht. m 3 320 Vesikorkeus m 4,0 Viipymä, q KA, q MAX min 83 60 min 24 17 2.2.3 Esiselkeytys 5
Esiselkeytys on kaksilinjainen ja siinä on yhtyvä vesipinta esi-ilmastuksen kanssa. Kummassakin linjassa on 2 kpl lietesyvennyksiä. Raakalietepumput (2+2 kpl) ovat taajuusmuuttajaohjattuja. Biologisen käsittelyn ohitus tapahtuu esiselkeytyksen kokoomakanavasta säätöluukun kautta, joka on varustettu virtaamamittauksella. Ohituksen purku tapahtuu käsitellyn veden näytteenoton perään. Esiselkeytyksen keskimääräinen toiminta nykytilanteessa ja referenssitilanteessa on esitetty taulukossa 6. Esiselkeytyksen reduktioissa on mukana esi-ilmastuksen vaikutus. Esi-ilmastukseen kierrätetään lietettä raakalietepumpuilla kello-ohjauksella. Ohjaus toimii siten, että ensin raakalietepumput pumppaavat lietesyvennyksistä sakeimman raakalietteen lietteenkäsittelyyn, jonka jälkeen tietyn ajan kuluttua toimilaiteventtiilijärjestelyillä liete ohjataan esi-ilmastukseen. Nykytilanteessa ilmastetaan lähinnä esi-ilmastuslinjojen ensimmäistä 50 %, loppuosan ollessa minimiilmasekoituksella (ilmahämmennys). Taulukko 6. Esiselkeytyksen toiminta nykytilanteessa ja reverenssivuotena. Parametri Yksikkö Vuosi KA 2009 KA 2015 Lukumäärä kpl 2 Pinta-ala yht. m 2 2 x 324 = 648 Pintakuorma, q KA, q MAX m/h 0,35 0,49 m/h 1,3 1,5 Vesisyvyys m 4,0 Tilavuus, yht. m 3 2 600 Viipymä, q KA, q MAX h 11 8,1 h 3,2 2,2 BOD-red. % 78 73 COD-red. % 74 65 SS-red. % 82 81 N-red. % 28 23 P-red. % 90 78 Biologisen osan keskimääräinen tulokuorma nykytilanteessa on esitetty taulukossa 7. Taulukko 7. Biologisen käsittelyvaiheen tulokuorma ja nykyiset mitoitusarvot. Parametri Yksikkö Kuormitus Mitoitus* KA v. 2009 KA v. 2015 BOD 7atu kg/d 500 370 780 mg/l 73 70 100 COD Cr kg/d --- 1 280 2 310 mg/l --- 230 300 Kiintoaine kg/d --- 410 550 mg/l --- 75 72 N-kok. kg/d 250 220 310 mg/l 36 40 40 NH 4 -N kg/d 180 210 280 mg/l 26 38 36 P-kok. kg/d --- 5,3 13 mg/l --- 1,0 1,7 * Alkuperäinen prosessimitoitus v. 2001 6
2.3 Puhdistustulos Taulukossa 8 on esitetty keskimääräinen puhdistustaso (käsitelty jätevesi) vuosina 2009-2013. Vuonna 2011 puhdistustulos oli vielä käsitellyn veden osalta vuoden 2009 tasoa, mutta ohitukset (KA 329 m 3 /d) mukaan lukien jo hieman heikompi. Vuosi 2015 eroaa selvästi muista vuosista siten, että orgaanisen aineksen, kiintoaineen, fosforin ja ammoniumtypen jäännöspitoisuudet ovat aikaisemaa suurempia. Taulukko 8. Nykyinen puhdistustaso v. 2010 2015, vuosikeskiarvo, käsitelty vesi. Parametri Yksikkö 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 BOD COD Cr Kiintoaine P-kok. N-kok. NH 4 -N mg/l 13 13 14 9,9 20 11 24 % 96 97 95 97 95 97 94 mg/l 62 53 52 51 68 58 82 % 92 97 92 94 92 94 91 mg/l 5,6 4,6 6,2 6,8 8,7 8,3 14 % 99 99 98 98 98 98 97 mg/l 0,18 0,17 0,18 0,22 0,33 0,30 0,49 % 98 98 98 98 96 97 94 mg/l 15 16 12 28 33 37 37 % 74 67 73 50 39 36 35 mg/l 6 8,7 6,9 25 31 35 34 % 90 80 85 55 42 40 40 3. KUORMITUSENNUSTEET 3.1 Yleistä Tässä suunnitelmassa mitoitusvuodeksi on valittu v. 2035. Uudenkaupungin vesihuollon kehittämissuunnitelma on tehty v. 2010 aikana (Airix ympäristö Oy, 16.12.2010). Kehittämissuunnitelman ennusteet ulottuvat vuoteen 2030 saakka. Koska asukasmäärän muutosennusteet ovat pieniä ja osittain negatiivisia ja liittymisasteen ennustetaan nousevan verkostossa lähelle 100 % vuoteen 2030 mennessä, käytetään tässä suunnitelmassa kehittämissuunnitelmassa esitettyjä kuormituslukuja. Teollisuuskuormitus on kasvanut viime vuosina voimakkaasti. Teollisuuskuormaa saattaa muuttaa mm. seuraavat tekijät: - Vakka-Suomen Panimon muutto uusiin tiloihin ja tuotantokapasiteetin kasvu - Soijaöljytehtaan käynnistyminen uudelleen - Vihannes Laitilan tuotannon kasvu - Laitilan Wirvoitusjuomatehtaan laajennus (kaavavaihe menossa). Vihannes-Laitila Oy:n toiminta on ympärivuotista, mutta painottuu sesongin osalta syksyyn. Merkittävimmät teollisuuskuormittajat tällä hetkellä ovat Laitilan Wirvoitusjuomatehdas ja Vihannes-Laitila Oy. Näiden osalta tulokuormitusgrafiikat on esitetty liitteissä 11 ja 12. Näiden kuormittajien osalta käytetään mitoitusarvona nykytilanteen mukaista 90 % kuormituspistettä, jolloin saadaan maksimivuosineljänneksen suuruusliuokassa oleva kuormitustaso mitotusksen lähtökohdaksi. Pienempien teollisuuskuormittajien osalta käytetään nykyisiä keskimääräisiä kuormitusarvoja. Vakka-Suomen Panimon osalta tarkastellaan erikseen tilanne, jossa sen kuormitus kasvaa tulevaisuudessa samalle tasolle Laitilan Wirvoitusjuomatehtaan kanssa (tai Laitilan Wirvoitusjuoma- 7
tehda kaksinkertaistaa tuotannon). Muuten teollisuuskuormituksen oletetaan tässä pysyvän nykyisellä tasolla. Panimo- ja virvoitusjuomateollisuuden kuormituskasvu vaikuttaa oleellisesti laitoksen mitoitustarkasteluihin, koska niistä pääosin syntyvä liukoinen orgaaninen aines menee suureksi osaksi esiselkeytyksen läpi, jolloin biologisen osan kuormitus kasvaa suhteessa tulokuormitusta enemmän. Maksimivuorokausivirtaamien osalta on ennusteissa otettava huomioon, että ympäristöluvassa Vakka-Suomen vesi on velvoitettu saneeraamaan jätevesiverkostoa siten, että hulevesien määrä tulevaisuudessa vähenee. Tässä voidaan olettaa, että maksimivuorokausivirtaamat tulee rajoittaa tulevaisuudessa nykytasoon tai niiden voidaan arvioida jopa hieman pienenevän. 3.2 Jätevesien määrän ja kuorman kasvu 3.2.1 Virtaamat Taulukossa 9 on esitetty Uudenkaupungin toiminta-alueen osalta Vesihuollon kehittämissuunnitelman mukaiset liittyjämäärän kasvuennusteet vuoteen 2030 saakka. Taulukko 9. Liittyjämäärän kasvuennusteet (VHKS 2010, Airix Ympäristö), Uudenkaupungin toiminta-alue. Parametri Tarkasteluvuosi v. 2010 v. 2020 v. 2030 Asukasmäärä 15 700 15 100 14 800 Liittyjämäärä 13 950 14 000 14 100 Liittymisaste, % 89 93 95 Uudenkaupungin osalta jätevesimäärän odotetaan pysyvän nykyisellä tasolla, koska liittyjämäärä pysyy suurin piitein samana ja verkostosaneeraus tulee vähentämään vuotovesiä. Samasta syystä vuorokausimaksimin ennustetaan pysyvän nykyisenä Qmax 20 000 m 3 /d. Jätevesimäärät kasvavat yhdyskuntakuorman johdosta seuraavasti, kun huomioidaan jo liittyneiden Lokalahden ja Kustavin alueiden lisäksi Vehmaan ja Taivassalon alueet vuosien 2020 ja 2030 ennusteissa. Virtaamissa on mukana nykytason mukainen teollisuusvesikuorma. Taulukko 10. Jätevesimääräennusteet (VHKS 2010, Airix Ympäristö). Toiminta-alue Tarkasteluvuosi v. 2010 v. 2020 v. 2030 Uusikaupunki 5 800 5 800 5 800 Pyhäranta 75 90 95 Laitila 1 520 1 550 1 600 Lokalahti 90 110 130 Kustavi 70 90 110 Taivassalo (295) 305 315 Vehmaa (210) 230 250 Yhteensä 7 555 8 175 8 300 Teollisuuden laajenemisen (panimo- ja virvoitusjuomateollisuus) vaikutukseksi arvioidaan 200 m 3 /d, jolloin uusi mitoitusvuorokausivirtaama on 8 500 m 3 /d. Keskivirtaamaksi q KA tulee 350 m 3 /h ja maksimivirtaamaksi arvioidaan q MAX 1 000 m 3 /h. Nykytilanteessa biologisen suodatuksen läpi saadaan menemään tuntitasolla max. n. 500 m 3 /h. Alkuperäinen mitoitus v. 2001 on ollut 750 m 3 /h. Tämä on mahdollista ajaa suodattimien läpi jatkossa, jos kiintoainepitoisuus esikäsittelyn jälkeen saadaan riittävän alhaiseksi (tasolle 50 mgss/l). 8
3.2.2 Ainemäärät Taivassalon ja Vehmaan alueiden liittymisen myötä liittyjämäärä kasvaa ennusteiden mukaan vuoteen 2020 mennessä arviolta 2 150 asukkaalla ja vuoteen 2030 mennessä 2 300 asukkaalla. Alueiden keskimääräinen ominaisvesimäärä on tällöin 250 l/as d. Ainemääräkuormat lasketaan samoilta alueilta seuraavilla ominaiskuormituksilla: o BOD 60 g/as. d o N 13 g/as. d o P 2,5 g/as. d o SS 70 g/as. d. Tämä tarkoittaa lisäkuormaa 130 kgbod/d, 28 kgn/d, 5,4 kgp/d ja 150 kgss/d vuoteen 2020 mennessä ja 140 kgbod/d, 30 kgn/d, 5,8 kgp/d ja 160 kgss/d vuoteen 2030 2035 mennessä. Vihannes-Laitila Oy:n ja Laitilan Wirvoitusjuomatehtaan kuormitusvaihtelu otetaan huomioon siten, että keskimääräiseen kirjattuun tulokuormitukseen lisätään näiden kuormittajien osalta vuosien 2010-2015 keskiarvon (huom. aikaisemmassa esisuunnitelmassa käytettiin mediaania) ja 90 % -pisteen erotus (ks. liitteet 11 ja 12). Tällöin nykyiseen keskimääräiseen tulokuormaan, jossa on jo mukana teollisuuskuormitus keskiarvona, lisätään Vihannes-Laitilan osalta 380 kgbod/d, 100 kgss/d, 2 kgp/d ja 7 kgn/d. Vastaavasti Laitilan virvoitusjuomatehtaan kuormitusvaihtelun huomioiminen lisää mitoituskuormitustasoa 570 kgbod/d, 290 kgss/d, 2 kgp/d ja 7 kgn/d. Vuosien 2015 tiedoilla päivitetty kuormitusennuste vuodelle 2035 on esitetty taulukossa 11. Tässä ei ole huomioitu mahdollisia teollisuuden kapasiteettimuutoksia. Taulukko 11. Kuormitusennusteet, koko verkostoalue v. 2035, ilman teollisuuden kapasiteettilisäystä. Suluissa on esitetty v. 2015 tehdyn esisuunnitelman kuormitusennusteet vaihtoehdolle VE1 (=ei teollisuuden kapasiteettilisäystä). Parametri Yksikkö Nykytilanne, ka 2015 Kuormitusarvo Lisäkuorma, kunta Lisäkuorma, teoll. MAX v. 2035 Keskivirtaama Q d m 3 /d 7 690 (7 500) 800 8 490 (8 300) BOD 7 COD Cr Kiintoaine Kok. P Kok. N kg/d 2 900 (2 400) 140 950 (840) 3 990 (3 380) mg/l 390 (320) 470 (410) kg/d mg/l kg/d 2 900 (2 800) 160 390 (300) 3 450 (3 260) mg/l 390 (3 70) 410 (390) kg/d 58 (61) 5,8 4 (5,5) 68 (72) mg/l 7,8 (8,1) 8,0 (8,7) kg/d 400 (370) 30 14 (18) 444 (420) mg/l 54 (49) 52 (51) BOD:N:P 100:14:2,0 100:21:4,1 100:1,0:0,4 100:11:1,7 Uuden teollisuuskuormituksen (panimo- ja virvoitusjuomateollisuus) vaikutukseksi arvioidaan seuraavat kuormat: - BOD kg/d 500/1 000 (KA/MAX) - SS kg/d 50/400 (KA/MAX) - P kg/d 2/6 (KA/MAX) - N kg/d 5/12 (KA/MAX). Vuoden 2035 tilanteessa uudet mitoitusarvot (KA/MAX) ovat seuraavat, kun kuntakuorma oletetaan vakioksi ja teollisuuskuormitukseen oletetaan KA/MAX vaihtelu yllä olevan mukaisesti. Kes- 9
kimääräinen orgaaninen tulokuorma (BOD) on saatu laskemalla yhteen nykyinen (2 900) + uusi kuntakuorma (140) + uusi teollisuus ka (500). Taulukko 12. Mitoitusarvot v. 2035. Parametri Yksikkö Kuormitusarvo KA MAX Vuorokausivirtaama Q d, KA m 3 /d 8 500 BOD 7 kg/d 3 540 5 000 mg/l 420 590 Kiintoaine kg/d 3 110 3 850 mg/l 370 450 Kok. P kg/d 66 74 mg/l 7,8 8,7 Kok. N kg/d 435 460 mg/l 51 54 BOD:N:P 100:12:1,9 100:9:1,5 4. PROSESSIMITOITUS JA TARVITTAVAT TOIMENPITEET 4.1 Yleistä Vuonna 2015 maksimi BOD-kuorma neljännesvuosikeskiarvona oli 3 300 kg/d. Tämä on vain 240 kg/d vähemmän kuin taulukossa 12 esitetty vuoden keskimääräinen kuorma uudessa mitoitustilanteessa. Tämän takia aktiivilieteprossessin mitoitus tehdään tässä taulukon 12 maksimikuormien mukaan, jossa on huomioitu teollisuuden suuri kuormitusvaihtelu. Toinen oleellinen mitoitustekijä on oletettu liukoisen BOD:n osuuden voimakas kasvu johtuen ennusteiden sisältämästä teollisuuskuorman kasvusta, jossa BOD on pääosin liukoisessa muodossa. Kun oletetaan, että teollisuusvesissä BOD-reduktio esiselkeytyksessä on vain 30 %, muuttuu kokonaisuudessaan esiselkeytyksen reduktio tasosta 70 80 % tasolle 60 70 %. Maksimikuormitustilanteessa orgaanisen aineksen kuorma esiselkeytyksen jälkeen kasvaa merkittävästi tasolle 2 100 kgbod/d, kun BOD reduktioksi oletetaan on 50 %. Typenpoiston kannalta BOD:n kasvu on siinä mielessä eduksi, että lietteeseen sitoutuu nykytilannetta suurempi osuus typestä. Taulukko 13. Esiselkeytyksen mitoitustiedot, KA- ja MAX-kuormitukset ainemäärien mukaan teollisuuden tuotantotilanteesta riippuen. Parametri Yksikkö Kuormitustilanne Lukumäärä kpl 2 Pinta-ala yht. m 2 2 x 324 = 648 Pintakuorma, q KA, q MAX KA m/h 0,55 m/h 1,5 Vesisyvyys m 4,0 Tilavuus, yht. m 3 2 600 Viipymä, q KA, q MAX h 7,3 h 2,6 MAX BOD-red. % 60 50 COD-red. % 50 40 SS-red. % 70 70 N-red. % 15 15 P-red. % 75 75 10
Taulukossa 13 esitetyn esiselkeytyksen reduktioiden jälkeen aktiivilieteosan kuormitus on tauulukon 14 mukainen. Taulukko 14. Aktiivilieteprosessin tulokuorma ja mitoitusarvot. Parametri Yksikkö Kuormitus KA MAX BOD 7atu kg/d 1 420 2 500 mg/l 170 290 Kiintoaine kg/d 930 1 200 mg/l 110 140 N-kok. kg/d 370 390 mg/l 44 46 NH 4 -N kg/d 350 370 mg/l 41 44 P-kok. kg/d 17 19 mg/l 1,9 2,2 4.2 Aktiivilieteprosessi Aktiivilieteprosessin mitoitus on esitetty taulukoissa 15 ja 16. Biologisen osan maksimivirtaama rajataan max 900 m 3 /h. Aktiivilieteosa mitoitetaan osan vuotta nitrifioivana ja siten, että kesäaikanavoidaan lisäksi ajaa kokonaistypenpoistoa. Nitrifioivan prosessin etuna on se, että kesäaikana on mahdollista ajaa korkeita kokonaistypenpoistoasteita metanolin avulla (>80 %), kun nitrifikaatioaste on kokonaisuudessaan 100 % nitrifikaatiosolut huomioiden. Taulukko 15. Ilmastuksen mitoitustiedot, qmax biol. = 900 m 3 /h. Parametri/ Yksikkö Mitoitusarvo 2030 Linjamäärä kpl 3 Tilavuus V KOK. m 3 2 700 Tilavuus per allas m 3 900 Vesisyvyys m 5 Kok. viipymä, q KA, q MIT, q MAX,biol. KA h 7,6 h 5,4 h 3,0 MAX Org. tilakuorma L V kgbod/m 3 d 0,52 0,93 Lieteikä, max d 12 8 Lietepitoisuus kgmlss/m 3 5,0 5,2 Org. lietekuorma kgbod/kg MLSS d 0,10 0,18 Typpilietekuorma gn/kg MLSS d 27 28 AOR kgo 2 /d 3 100 3 700 SOTR kgo 2 /h 430 580 Ilmamäärä n-m 3 /h 5 200 7 000 Taulukko 16. Jälkiselkeytyksen mitoitustiedot,, qmax biol. = 900 m 3 /h. Parametri Yksikkö Mitoitusarvo 2030 KA MAX Altaita kpl 3 Pinta-ala yht. m 2 810 (3x270) 11
pintakuorma, q KA, q MIT, q MAX, biol. Lietepintakuorma, q KA, q MIT, q MAX, biol. m/h 0,44 m/h 0,62 m/h 1,1 kgmlss/m 2 h 4,4 4,5 kgmlss/m 2 h 5,3 5,5 kgmlss/m 2 h 7,8 8,0 4.3 Biologinen suodatus Aktiivilieteosan jälkeinen BOD-arvo on 10 20 mgo 2 /l ja vaihtelee hieman mm. virtaamatilanteen mukaan. Suurten virtaamien aikana BOD-arvoa nostaa hieman lisääntyvä kiintoaine, joka kuitenkin pidättyy nitrifikaatiosoluihin. BOD-kuorma nitrifikaatiosuodattimille on noin 80 300 kg/d ja tilakuorma 0,16 0,60 kg/m 3 d. Esisuunnitelmassa todettiin, että tilakuorman on oltava tasolla ka 0,5 kgbod/m 3 d ja maksimissaan 1,0 kgbod/m 3 d, joka on alkuperäinen mitoitusarvo vuodelta 2001. Kokonaistyppireduktio esiselkeytys ja aktiviilieteosa mukaan lukien on vähintään tasoa 30 40 % uudessa mitoitustilanteessa ja biologisen suodatuksen (N-solut) typpikuorma tasoa 250 kg/d (vastaa alkuperäistä mitoitustasoa 0,5 kgn/m 3 d), josta osa on kesäaikana jo valmiiksi nitraattimuodossa. Kun aktiivilieteosaa ajetaan lisäksi kesäaikana kokonaistypenpoistolla, jää biologisen suodatuksen typpikuormitus vielä selvästi alhaisemmaksi. Denitrifikaatiosuodattimien mitoitusarvo on 1,0 kgno 3 -Nred/m 3 d (denitrifkaationopeus). Jos nitrifikaatiosta johdetaan parhaassa tapauksessa 250 kg/d nitraattia (100 % hapetusaste yhdessä aktiivilieteosan kanssa), saavutetaan mitoitusdenitrifikaationopeudella 1,0 kgno 3 -Nred/m 3 d 80 % kokonaistypenpoistoaste laitoksella. Nitrifikaatio- ja denitrifikaatiosolujen tilatiedot päivitetyssä mitoitustilanteessa on esitetty taulukoissa 17 ja 18. Nitrifikaatiosolujen kuormitus on tarkasteltu siten, että aktiivilieteosa nitrifioi keskimäärin 50 %. Taulukko 17. Nitrifikaatiosolujen tilatiedot. Parametri Yksikkö Kuormitus 2035 Tilavuus yht. m 3 504 Tilavuus/solu m 3 6x84 Suodatinmateriaalin korkeus m 3,0 Pinta-ala yht. m 2 168 Pintakuorma, ka, max m/h 2,1 m/h 5,4 Typpikuorma kgnh 4 -N/d 125 Tilakuorma, N kg/m 3 d 0,25 Tilakuorma, BOD kg/m 3 d 0,16 0,60 SS-pintakuorma, q KA, q MAX gss/m 2 h 20 gss/m 2 h 130 Nitrifikaationopeus kgnh 4 -N/m 3 d 0,25 Nitrifikaatioaste (biol. käs.)* % 100 - aktiiviliete % 50 - N-solut % 50 Nitraattia, yht.* kg/d 250 Viipymä, q KA h 1,4, q MAX h 0,6 * aktiiviliete + biol. suod. 12
Taulukko 18. Denitrifikaatiosolujen tilatiedot. Parametri Yksikkö Kuormitus 2035 Tilavuus yht. m 3 159 Tilavuus/solu m 3 6x26,4 Suodatinmateriaalin korkeus m 2,0 Pinta-ala yht. m 2 80 Pintakuorma, ka, max m/h 4,0 m/h 11 Tilakuorma, NO 3 -N kg/m 3 d 1,6 Denitrifikaationopeus kgno 3 -N/m 3 d 1,0 Denitrifik. aste (D-solut) % 65 Viipymä, q KA, q MAX h 0,5 h 0,2 Kokonaistypenpoistoteho % 80 4.4 Lietteenkäsittely Raakasekalietettä muodostuu uudessa mitoitustilanteessa yhteensä: - raaakaliete kg/d 2 200 - ylijäämäliete, aktiiviliete kg/d 1 600 (MAX 2 700) - biologinen suodatus kg/d 1 000 (MAX) - YHT kg/d 5 900 (MAX). Sakeuttamon pinta-ala on 64 m 2 ja raakasekalietteen kuorma max. 0,19 m/h (min 2 %TS) ja 92 kgts/m 2 d. Sakeuttamon kiintoainekuormitus on kapasiteetin ylärajalla ja yhden sakeuttamon käyttö laitoksen kokoluokassa on muutenkin kyseenalaista. Sakeuttamon kannelle on varauduttava hankkimaan koneellinen esisakeutin aktiivilieteosan biolietettä varten tai vaihtoehtoisesti varaudutaan toisen sakeuttamon rakentamiseen (mahdollisesti aktiivilieteosan biolietteelle erillinen uusi yksikkö). 5. TOTEUTUSTAPASELOSTUS Uusi aktiivilieteprosessi rakennetaan esiselkeytyksen ja biologisen suodatuksen väliin. Vesi johdetaan putkella (DN600) esiselkeytyksen komoomakanavasta uusille prosessialtaille, jotka tehdään nykyisten prosessirakennusten itäpuolelle. Uudet altaat rakennetaan suorakaiteen muotoisina ja kattamattomina. Hydraulisesti nykyisen esiselkeytyksen pinnan (+4,90) ja biologisille suodattimille pumppaavan välipumppaamon pinnan (+2,60) välissä on 2,3 m hydraulista korkeutta, mikä riittää hyvin painovoimaiseen vesien johtamiseen aktiivilietelaitoksen läpi. Ilmastusaltaita ja selkeytysaltaita on kolme kappaletta. Ilmastuksen eteen rakennetaan jakokaivo, josta vesi johdetaan eri linjoille tasaisesti. Vastaava rakenne tehdään mahdollisesti myös ilmastus- ja selkeytysaltaiden väliin, jotta liete saadaan jaettua tasaisesti eri selkeytysaltaisiin. Aktiivilieteprosessista käsitelty vesi palautetaan välipumppaamoon DN600 putkella. Esiselkeytyksen komoomakanavaan asennetaan ylivuotoluukku, jolla voidaan leikata/ohittaa aktiivilieteprosessi. Ilmastusaltaiden a 900 m 3 vesisyvyys on viisi metriä. Selkeytysaltaat a 270 m 2 ovat mitat 38 x 7,0 m (pituus x leveys) ja keskisyvyys 4 m. Alustavat altaiden perustamistasot ovat: - ilmastusaltaat o pohja - 1,00 13
o vesipinta +4,00 o reuna +4,50 - selkeytysaltaat o pohja -1,00 o vesipinta +3,50 o reuna +4,00. Altaiden pohjataso perustetaan samalle tasolle nykyisen suodatusrakennuksen kellarikerroksen kanssa, jonka korkoasema on -0,80. Maanpinta aktiivilieteprosessille varatulla alueelle on nykyisin tasolla n. +3,0 +7,0. Altaita varten joudutaan siirtämään maata ja louhimaan kalliota. Ilmastusaltaiden yhteyteen rakennetaan kompressoriasema, johon asennetaan 2+1 kompressoria tuotoltaan a 3 500 n-m 3 /h x 70 kpa. Kompressori- ja sähkötilan koko on 70 m 2 ja se tehdään ilmastusaltaan päälle. Uuden aktiivilieteosan sijoitus ja allasratkaisut on esitetty liitteessä 13. Ilmastusaltaat rakennetaan peräkkäin ja varustetaan allaskohtaisilla ohitusluukuilla ja putkistoilla siten, että 1/3 allastilavuudesta voidaan ottaa kerrallaan huoltoon. Aktiivilieteosassa varaudutaan orgaanisen aineksen poiston ja nitrifikaation lisäksi kokonaistypenpoistoon. Ensimmäinen allas jaetaan väliseinillä kolmeen yhtä suureen anoksiosaan (a 300 m 3 ) ja jokainen lohko varustetaan ilmastimien lisäksi pystysekoittimella. Viimeisen altaan lopusta rakennetaan nitraattikierrätyslinja ensimmäisen altaan alkuun. Silloin, kun ajetaan kokonaistypenpoistoa (lähinnä kesäaika, jolloin proisessi nitrifioi tehokkaasti pienellä aerobisella allastilavuudella), kierrätetään aktiivilietettä 200 % suhteessa tulovirtaamaan. Ensimmäisen altaan anoksilohkot ovat tällöin kokonaan tai osittain ilmastamattomia ja lietettä sekoitetaan mekaanisesti. Tällöin prosessiin muodostuva denitrifioiva lietekanta pelkistää nitraattia typpikaasuksi hyödyntäen esiselkeytetyn veden liukoista orgaanista ainesta. Aktiiviliteprosessin ylijäämäliete pumpataan sakeutukseen ja edelleen kuivaukseen. 6. KUSTANNUSARVIOT 6.1 Investointikustannukset Taulukossa 19 on esitetty aktiivilieteprosessin rakentamisen kustannusarviot. Tässä on mukana uusi sakeuttamo (A 50 m 2 ) koneistoineen. Taulukko 19. Kantoaineprosessi teollisuuspäässä, kustannusarvio, alv 0%. Tehtävä Kustannus, alv 0% Kaivuu, maansiirto, louhinta ja aluetyöt 483 000 Rakennustekniset työt 3 216 000 Koneistot 1 220 000 SIA 300 000 LVI-työt 50 000 Yleiskustannukset ja varaukset (15 %) 930 000 Yhteensä 6 199 000 6.2 Käyttökustannukset Tässä tarkastellaan ainoastaan aktiivilieteosan aiheuttamia lisäkustannuksia. Tulokuormituksen kasvaessa myös muiden yksikköprosessien käyttökustannukset kasvavat. Toisaalta esimerkiksi nitrifikaatiosoluissa ilmastusenergian kulutus vastaavasti tulee pienenemään merkittävästi, jolloin 14
nettomuutos ilmastusenergian kohdalla on esitettyä pienempi. Lisäksi saavutetaan kesäaikana kokonaistypenpoistoajotavassa säästöä, kun metanolia ja alkalointikemikaalia ei tarvita suodatusvaiheessa yhtä paljon ja ilmastusenegian kulutus on pienempi. Vaihtoehtoisessa MBBRprosessissa ilmastusenergian kulutus on aktiivilieteprosessia jonkin verran suurempi. Aktiivilieteprosessin käyttökustannukset ovat, josta merkittävin on ilmastusenergian osuus. Käyttökustannuslisä on yhteensä: - energia /a 9 100* (10 snt/kwh) - kemikaalit /a 10 900 (kalkki**, fosforihappo) - kunnossapito /a 60 000. * ei huomioi mahd. kokonaistypenpoistoa kesäaikana ** kun ei ajeta kokonaistypenpoistoa (kokonaistypenpoistolla kustannukset pienemmät) 7. YHTEENVETO Häpönniemen puhdistamon tulokuormitus on kasvanut viimeisen kahden vuoden aikana selvästi. Tämä johtuu pääosin teollisuuskuormituksen lisääntymisestä. Tästä syystä myös tulevan veden laatu on muuuttunut siten, että se sisältää liukoista orgaanista ainesta aikaisempaa enemmän. Kun tapahtunut kuormitusmuutos otetaan huomioon ja lisäksi varataan tulevaisuuteen uudelle teollisuuskuormittajalle kapasiteettia, orgaanisen aineen mitoituskuorma on 3 500 5 000 kg/d. Tässä esisuunnitelmassa tarkasteltiin aikaisemmin tehdyn suunnitelman (MBBR kantoaineprosessi) vaihtoehdoksi aktiivilieteprosessi leikkaamaan kasvanutta tulokuormaa ennen olemassa olevaa biologista suodatusprosessia. Aktiivilieteprosessissa mikrobikanta ei kasva biofilminä kantoaineen pinnalla vaan prosessiin kehitetään vapaasti vedessä oleva lietekanta, jota kierrätetään prosessissa. Lietteen laskeutuminen estetään ilmastuksella ja mekaanisella sekoituksella. Mitoituksessa tarkasteltiin aktiivilieteprosessia siten, että BOD-kuorman leikkauksen lisäksi se nitrifioi osan vuodesta (n. kesä-joulukuu) ja kesäaikana voidaan ajaa kokonaistypenpoistoa (nitrifikaatio + denitrifikaatio). Aktiivilieteprosessiratkaisun investointikustannukseksi arvioidaan 6,2 M (alv 0%) sisältäen vesiprosessin tehostuksen lisäksi uuden sakeuttamon rakentamisen. MBBR-prosessin pilot-koeajoissa selvisi, että esisuunittelussa prosessitoimittajan esittämät kantoainereaktorin tilavuudet olivat jonkin verran liian pieniä ko. prosessiolosuhteisiin. Kun otetaan lisäksi huomioon edelleen kasvanut tulokuorma (max 4 380 kgbod/d 5 000 kgbod/d), aikaisemmin tehdyn esisuunnitelman kustannusarviot eivät enää pidä paikkaansa, vaan myös MBBRprosessiratkaisun todellinen kustannustaso tulisi nousemaan esitetystä 4,3 M :sta noin 5,1 M :oon. Tässä esisuunnitelmassa esitettyä kustannustasoa nostaa lisäksi uuden sakeuttamon rakentaminen, jonka kustannukseksi arvioidaan 300 000, alv 0%. Sakeuttamo mukaan lukien MBBR-vaihtoehdon uusi kustannustaso olisi 5,4 M. MBBR-prosessin käyttökustannukset ovat aktiivilietevaihtoehtoa suuremmat ja pitkän ajan tarkastelussa aktiivilieteprosessi voi tämän takia olla jopa edullisempi ratkaisu. RAMBOLL FINLAND OY 15
LIITE 1
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201 211 221 231 241 Qd [m3/d] Qd [m3/d] HÄPÖNNIEMEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO LIITE 2 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Biol. Käs vesi TULEVa YHT 800 700 600 500 400 300 200 100 0 ohitus EK Ohitus, tuleva 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 TULEVA YHT
LIITE 3
LIITE 4
LIITE 5
LIITE 6
LIITE 7
Laboratorio 1.1.11 La 20.2.11 Su 11.4.11 Ma 31.5.11 Ti 20.7.11 Ke 8.9.11 To 28.10.11 Pe 17.12.11 La 7.2.12 Ti 29.3.12 To 18.5.12 Pe 7.7.12 La 26.8.12 Su 15.10.12 Ma 4.12.12 Ti 23.1.13 Ke 14.3.13 To 3.5.13 Pe 22.6.13 La 11.8.13 Su 30.9.13 Ma 19.11.13 Ti 9.4.14 Ke 29.5.14 To 18.7.14 Pe 7.9.14 Su 27.10.14 Ma 16.12.14 Ti Qd, m3/d mgss/l HÄPÖNNIEMEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO LIITE 8 25000 20000 15000 10000 5000 0 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Jätevesi esikäsitelty m³/d Jätevesi nitrifikaatioon kiintoaine, lab. mg/l Jätevesi nitrifikaatioon kiintoaine, online mg/l Lin. (Jätevesi nitrifikaatioon kiintoaine, lab. mg/l) Esiselk. SS, LAb. vs. On-line (mgss/l) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 On-line
LIITE 9
LIITE 10
LIITE 11
LIITE 12
M Ramboll Niemenkatu 73 15140 LAHTI puh. 020 755 611 www.ramboll.fi Piiru stuk sen sisält ö Asemapiirustus Suu nn.a la Työn ro PRO 1510022084-002 Piirustusnro Liite 13 piir. M Leppänen suunn. Niko Rissanen Nimim. Tiedosto Muutos pvm Päiväys 10.5.2016 Mitt akaa va pituus 38 m esiselkeytys M M V=900 m3 V=900 m3 50x40 m selk. 1 selk. 2 selk. 3 A=270 m2 A=270 m2 A=270 m2 V=900 m3 leveys 60 m (sis. laajennusvaraukset) biostyr Tulevaisuuden varaus Tunn. Lukum. Muutos Rak enn usko htee n nimi ja osoi te Häpönnimen jätevedenpuhdistamo Toiminnan tehostamisen esisuunnitelma h yv.