Hanna Kyllönen, Lotta Sorsamäki ja Mona Arnold VTT Jätevedestä raaka-aine typen, fosforin ja hiilen tuotantoon VTT:n Resurssikonttiprojekti Yhdyskuntajätevesiä ja osin myös teollisuuden jätevesiä voidaan hyödyntää nykyistä selvästi tehokkaammin hiilen ja ravinteiden lähteinä. Teknologian tutkimuskeskus VTT näkee jäteveden raaka-aineena, josta nämä arvoaineet otetaan talteen käyttökohteeseen sopivassa muodossaan. Ideaa viedään nyt eteenpäin pienen mittakaavan jätevesiratkaisuihin tähtäävässä Resurssikontti-hankkeessa. 20 Suomen tahtotilana on edetä ravinteiden kierrättämisen esimerkkialueeksi. Tavoitteena on optimoitu ravinnekierto, jossa ravinteet kohdennetaan elintarviketuotantoon yhä tehokkaammin, ja ympäristöä haittaavat ravinnehävikit vähenevät olennaisesti. Tässä yhteydessä keskeisiä ravinteita ovat typpi ja fosfori. Yhdyskuntajätevedet on resurssi, jota voitaisiin hyödyntää huomattavasti nykyistä tehokkaammin ravinnekierrossa. Suomessa muodostui vuonna 2010 3460 miljoonaa kuutiota yhdyskuntajätevesiä, ja ne sisälsivät käsittelemättöminä noin 4 000 tonnia fosforia, 25 000 tonnia typpeä ja 128 000 tonnia orgaanista ainetta 1. Samana
vuonna fosforia myytiin keinolannoitteina maatiloille noin 13 000 tonnia ja typpeä noin 157 000 tonnia 2. Nykyiset kunnallisen jäteveden käsittelymenetelmät perustuvat ajatteluun, jonka mukaan jätevettä puhdistetaan poistamalla haitta-aineita, ravinteita ja taudinaiheuttajia siihen pitoisuuteen, että ympäristönormien mukaan se voidaan laskea vastaanottavaan vesistöön. Toteutusratkaisut pohjautuvat pääosin 70-luvulla kehitettyyn tekniikkaan, jossa käytetään mekaanisen ja fysikaalisen erotuksen, kemiallisen saostuksen ja biologisen hiilen ja ravinteiden sidonnan menetelmiä. Ratkaisut vaativat tyypillisesti suuren tilan, pitkät viipymäajat ja rakennusvaiheessa mittavat investoinnit sekä itse laitoksen että vesien keräilyn osalta. Käsittely on paikkaan sidottu eikä jäteveden määrän tai laadun vaihteluita voida helposti huomioida. Käsittelyssä valtaosa typestä ja osa hiilestä ja fosforista menetetään ilmakehään ja/tai ei-hyödylliseen loppusijoitukseen. On arvioitu, että jäteveden käsittelyssä menetetään Suomessa useiden kymmenien miljoonien eurojen arvosta ravinteita ja hiiltä 3. Lisäksi nämä samat aineet kuormittavat vesistöjä. Käytännössä jäteveden sisältämien ravinteiden ja hiilen hyödyntäminen on tähän asti tapahtunut ainoastaan jätevesilietteen kautta. Lietteen käytön mahdollisuudet lannoitteena ovat kuitenkin rajalliset, sillä kaikki lietteen sisältämä fosfori ei ole biosaatavassa muodossa. Lietteen sisältämät raskasmetallit, patogeenit, pysyvät orgaaniset yhdisteet ja lääkeaineet sekä lietteen jäteluonne heikentävät myös sen käyttömahdollisuuksia maataloudessa. Lisäksi lietteen käytössä on logistisia ja ravinneannostuksen säätöön liittyviä haasteita. Tällä hetkellä käsitelty liete ohjautuu suurimmaksi osaksi viherrakentamiseen. Näin ollen tarvitaan innovatiivisia ratkaisuja jäteveden sisältämien arvokkaiden Jäteveden sisältämät ravinteet, hiili ja vesi erotetaan toisistaan ja palautetaan edelleen kiertoon hyötykäytettäväksi. komponenttien, ravinteiden ja hiilen, talteen ottamiseksi ja palauttamiseksi takaisin kiertoon. Siirrettävä Resurssikontti mahtuu pieneen tilaan VTT tutkii ympäristöministeriön Raki2- ohjelman Resurssikontti-hankkeessa jäteveden käsittelyyn sopivaa kokonaiskonseptia, joka koostuu teollisuudessa käytössä tai kehitteillä olevista fysikaaliskemiallisista menetelmistä. Niitä yhdistetään uudella tavalla siten, että aineiden talteenotossa keskitytään nimenomaan muodostuviin tuotteisiin eli ravinteisiin, hiileen ja puhtaaseen veteen niiden hävittämisen sijaan. Toimintamalli ei sisällä biologista käsittelyä, joten se voidaan toteuttaa joustavasti eri suuruusluokissa paikallisesti ja sesonkiratkaisuna. Tavoitteena on kehittää helposti siirrettävissä oleva, pieneen tilaan menevä, helppokäyttöinen, joustava ja investoinniltaan edullinen jätevedenkäsittely-yksikkö. 21
Jätevedestä hyödykkeitä tuottava liikuteltava konttipuhdistamo. Hankkeessa on mukana yksikköprosessien suomalaisia laitevalmistajia ja -osaajia, joiden asiantuntemusta hyödynnetään kokeellisessa tutkimuksessa ja toimivan kokonaiskonseptin löytämisessä. Projektissa testataan yksikköprosesseja kunnallisella jätevedellä ensin yksittäisinä ja sen jälkeen ketjussa jäteveden puhdistamolla niin, että haluttu veden puhtaustaso ja ravinnetuotteet saavutetaan. Jäteveden esikäsittelyssä tutkitaan orgaanisen aineksen koagulointia ja flokkausta käyttäen kemikaaleja siten, että ne eivät ole haitaksi vaan paremminkin hyödyksi jatkoprosessissa. Esikäsittelyssä kiintoaine erotetaan nesteestä lähinnä mikrosuodattamalla tai sentrifugoimalla. Vesi jatkaa edelleen ravinteiden talteenottoon. Fosforin ja typen talteenotossa selvitetään yksikköoperaatioina erityisesti selektiivistä adsorptiota ja Resurssikontissa tutkittava kokonaiskonsepti. 22
saostusta sekä arvioidaan niiden teknistaloudellisuutta. Ravinteiden, hiilen ja veden erilleen saamisessa selvitetään myös kalvosuodatuksen ja haihdutuksen toimivuutta osana kokonaiskonseptia. Puhdistettu vesi hygienisoidaan käyttökohteen tarpeiden mukaisesti. Kiintoaine puolestaan jatkaa edelleen vedenpoistoon ja sieltä kiintoaineen käsittelyyn. Kiintoaineen käsittelyssä tutkitaan muun muassa pienen mittakaavan märkähiiltoa (HTC, hydrothermal carbonisation). Laboratoriosta pilot-vaiheeseen Hankkeen ensi vaiheessa osoitetaan VTT:n laboratoriossa ämpärimittakaavassa kunkin osaprosessin tekninen toimivuus integroidulle ratkaisulle (proof-of-concept) sekä tehdään alustava teknistaloudellinen arviointi. Hankkeen tulosten pohjalta voidaan edetä pilot-vaiheeseen, joka on suunniteltu toteutettavaksi valitulle kokonaiskonseptille yritysvetoisena hankkeena vuosina 2018 2019. Jos konsepti saadaan skaalattua riittävän pieneen ja monistettavaan mittakaavaan, sen toivotaan tuovan uuden cleantechliiketoimintamahdollisuuden kotimaisille osaprosessitoimittajille, kokonaisratkaisun omistajalle sekä mahdollisesti jäteveden puhdistus palveluna -toimijalle sekä kansallisesti että kansainvälisesti. Hankkeen hyödyt Tehokkaalla ravinteiden kierrätyksellä vähennetään Itämeren ja muiden vesistöjen rehevöitymistä aiheuttavaa ravinnekuormaa. Resurssikonttiratkaisulla ei pyritä korvaamaan hyvin toimivia biologisia puhdistamoja vaan se on joustava ratkaisu jäteveden puhdistukseen eri suuruusluokissa paikallisesti ja sesonkeina. Sillä on paikallisesti merkittävä parantava vaikutus lähivesistön, myös Itämeren, tilaan. Hankkeen tuloksena esitetään jäteveden käsittelyyn uudenlaisia ratkaisuja, jotka pohjautuvat fysikaalis-kemiallisiin osaprosesseihin ja jossa tavoitteena ovat Resurssikontti tulevaisuudessa. 23
nykyisiin lietepohjaisiin lannoitevalmisteisiin nähden paremmin hyödynnettävissä olevat tulevaisuuden lannoite-, energia- ja maanparannustuotteet. Projektissa tuotetaan tietoa innovatiivisista käsittelyratkaisuista, joista teknologiatoimittajien sekä kierrätysravinteiden ja maanparannusaineiden valmistajien lisäksi hyötyvät kehitetyn konseptin loppukäyttäjät kuten lomakylät ja muut sesonkiluonteisesti toimivat kohteet, elintarviketeollisuusyritykset sekä maatalous ja haja-asutusalueen pienet puhdistamot. Ehkäpä kehitettyä konseptia viedään Resurssikontissa myös maihin, joissa on pula vedestä ja tarvitaan ravinteita, energiatuotteita ja maanparannusaineita. Lähteet 1 Säylä, J. ja Vilpas, R. 2010. Yhdyskuntien jätevesien puhdistus 2010. Suomen Ympäristökeskuksen raportteja 21/2012. Saatavissa: https://helda.helsinki.fi/ bitstream/handle/10138/39681/ SYKEra_21_2012.pdf?sequence=1 2 TIKE 2010. Maatilatilastollinen vuosikirja 2010. Saatavissa: http://www. maataloustilastot.fi/sites/default/files/ vuosikirja2010_nettiin_0.pdf 3 Aho et al., 2015. Ravinteiden kierron taloudellinen arvo ja mahdollisuudet Suomelle. Sitran selvityksiä 99. https:// www.sitra.fi/julkaisut/selvityksi%c3 %A4-sarja/Selvityksia99.pdf Lisätietoja Ympäristöministeriön Raki2-ohjelmaan kuuluva Resurssikontti-projekti alkoi 1.12.2016 ja päättyy 31.12.2017. Rahoittajina hankkeen ensi vaiheessa ovat ympäristöministeriö ja Teknologian tutkimuskeskus VTT. Ohjausryhmässä toimivat edellä mainittujen lisäksi Sofi Filtration, Aquaminerals, Owatec Group, Kemira, Watman, Dewaco, Econet Group, BSAG, Paraisten kaupunki ja Pöyry. Lisätietoja: http://www.vtt.fi/sites/resurssikontti 24