Ravinteiden saattaminen takaisin kiertoon, osa 2: jätevedenkäsittely

Ravinteiden saattaminen takaisin kiertoon, osa 2: jätevedenkäsittely

Kaisa Grönman

Jatketaan vielä tavoista, joilla ravinteet saadaan elintarviketjusta takaisin kiertoon. Yksi tällaisista tavoista on jätevedenpuhdistus, jossa hyötykäyttämällä liete  voidaan saada ravinteita kiertoon mutta toisaalta myös menetetään ravinteita puhdistetun veden mukana (varsinkin jos puhdistusta ei tehdä tai siinä on ongelmia).

Jätevedessä oleva fosfori on peräisin lähinnä ihmisen ulosteista ja virtsasta sekä fosfaattipitoisista pesuaineista. Typpi on suurimmalta osalta peräisin virtsasta, pienempi osa tulee ulosteista ja muista lähteistä.

Typpi esiintyy jätevedessä ammoniumtyppenä ja sitä poistetaan kahdessa peräkkäisessä biologisessa prosessissa: nitrifikaatiossa ja denitrifikaatiossa. Nitrifikaatiossa ammoniumtyppi hapetetaan nitriitiksi ja edelleen nitraatiksi, kun mikrobit käyttävät ammoniumtyppeä energianlähteenään ja hiilidioksidia hiilen lähteenä. Ammoniumtypen hapettaminen nitraatiksi nitrifikaation avulla on vähimmäisvaatimus, mutta usein prosessia jatketaan kokonaistypen poistolla eli denitrifikaatiolla. Tämä on tarpeen silloin, kun puhdistettu jätevesi johdetaan mereen tai tietyille vesialueille. Käytännössä sekä typen ja fosforin vaadittu puhdistustehokkuus määrätään laitoskohtaisesti ympäristöluvassa.

Denitrifikaatiossa mikroorganismit ja bakteerit  pelkistävät nitraattia hapettomissa tai vähähappisissa olosuhteissa, jolloin typpi vapautuu  ilmakehään typpikaasuna (N2)  Epätäydellinen denitrifikaatio voi johtaa dityppioksidipäästöihin.

Fosfori poistetaan Suomessa tyypillisesti kemiallisesti lisäämällä jäteveteen esim. rautasulfaattia, jolloin fosfori saostuu ja laskeutuu lietteen mukaan. Fosforia voidaan poistaa myös biologisesti anaerobisissa oloissa menestyvien, fosforia ravinnokseen käyttävien sienten avulla, mutta tämä on Suomessa harvinaista, koska kemiallisella fosforinpoistolla päästään parempiin tuloksiin.

Typenpoiston keskimääräinen teho on parantunut, mutta edelleenkin purkuvesistöihin pääsevän typpikuorman pienentäminen on haasteena jätevedenpuhdistamoilla. Jätevedenpuhdistamon tyypillinen puhdistusteho typelle on n. 56 prosenttia. Fosforilla päästään n. 96 prosentin puhdistustehokkuuteen ja orgaaniselle ainekselle n. 97 prosenttiin. Poistetusta fosforista kaikki sitoutuu lietteen orgaaniseen ainesosaan, poistetusta typestä n. 30 % jää lietteeseen lopun vapautuessa ilmaan typpikaasuna.

Jäteveden puhdistusprosessin tuloksena syntyy siis puhdistetun veden lisäksi lietettä, joka on jäteveden mukana tullutta kiintoainesta sekä puhdistamolla muodostunutta biolietettä ja kemiallista lietettä. Jotta lietteen sisältämä ravinne voidaan saada takaisin kiertoon ja hyötykäyttöön, on lietteessä olevat patogeenit tuhottava ja liete stabiloitava, eli siinä tapahtuva biologinen hajotustoiminta keskeytymään tai loppumaan. Lisäksi jätevesilietteen määrää vähennetään ja kuiva-ainepitoisuutta nostetaan käsittelemällä sitä esimerkiksi tiivistyksellä (laskeutus tai flotaatio) tai mekaanisella vedenerotuksella (esim. suotonauhapuristin, linko).

Lietteen jatkojalostus voidaan suurelta osin tehdä biologisin menetelmin aerobisesti (kompostoimalla) tai anaerobisesti (mädättämällä) jolloin molemmissa tapauksissa saadaan multamaista lopputuotetta. Tätä lopputuotetta voidaan käyttää viherrakentamiseen, maatäyttöihin ja maatalouskäyttöön. Kuitenkin vain pieni osa, n. 5% lietteistä hyödynnetään  lannoitteina  maatalouskäytössä. Suomen ympäristökeskuksen raportissa on kerrottu lietteen lannoitekäytön esteistä.  Näistä suurimmat syyt Euroopassa ovat liian korkeat raskasmetallipitoisuudet, taudinaiheuttajat, liian korkea typpipitoisuus, orgaaniset haitta-aineet, korkeat kuljetuskustannukset ja ennakkoluulot lietteen käyttöä kohtaan. Maatalouskäyttöä vähentävät myös alueelliset rajoitukset, kausittaisesta käytöstä johtuva varastointitarve, vaihtoehtoiset käyttömahdollisuudet (esim. energiahyötykäyttö), puute kiinnostuneista asiakkaista, viranomaisten toimet ja mahdollisesti heikko fosforin käyttökelpoisuus kasveille.

Haasteista huolimatta, yritykset kuten Kemira ovat alkaneet huomata lietteiden hyödyntämismahdollisuudet lannoitteena, varsinkin kun viimeisimmät MTT:n tutkimustuloksetkin osoittavat, että kasvit pystyvät hyödyntämään hyvin lietteen eloperäistä fosforia ja raskasmetallipitoisuudet ovat menneistä vuosista pienentyneet. Aiheesta voi lukea lisää tuoreimmasta Tekniikka ja talous -lehden numerosta (ilm.23.8.2013).

Lähteitä:

Kampschreur et al. 2009. Nitrous oxide emission during wastewater treatment. Water Research. Volume 43, Issue 17,  Pages 4093–4103.

Tontti & Salo. 2013. Puhdistamolietepohjaisten lannoitevalmisteiden soveltuminen viljelyyn.  ProAgria Keskusten Liitto

Säylä & Vilpas. 2012. Yhdyskuntien jätevesien puhdistus 2010. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 21.