Biokaasulaitoksen rejektivesien vaikutus jätevedenpuhdistamon toimintaan ja rejektivesien esikäsittelyn tarpeellisuus

Diplomityön tavoitteena oli tutkia biokaasulaitoksen rejektivesien ominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä ja rejektiveden esikäsittelyn tarpeellisuutta. Lisäksi tavoitteena oli tarkastella Kouvolaan suunnitteilla olevan Kymen Bioenergia Oy:n biokaasulaitoksen rejektivesien vaikutusta Kouvolan Veden Mäkikylän jätevedenpuhdistamolla. Biokaasulaitoksen rejektivedet ovat yhdyskuntajätevesiin verrattuna selvästi konsentroituneempia. Jätevedenpuhdistamoilla erityisesti rejektiveden korkea typpipitoisuus aiheuttaa lisäkuormitusta. Suomessa toiminnassa oleville biokaasulaitoksille tehdyn kyselytutkimuksen tulosten perusteella rejektiveden typpipitoisuuteen vaikuttaa syötteen typpipitoisuus sekä mädätysjäännöksen kuivauksen tehokkuus. Rejektiveden kiintoainepitoisuudella on puolestaan vaikutusta biologiseen hapenkulutukseen ja välillisesti myös rejektiveden kemialliseen hapenkulutukseen. Rejektivesien jätevedenpuhdistamoilla aiheuttamaa kuormitusta on mahdollista vähentää esikäsittelemällä rejektivedet joko biologisella tai fysikaalis-kemiallisella puhdistusmenetelmällä. Kyselytutkimus kuitenkin osoitti, että rejektivesien esikäsittelyssä ei aina päästä puhdistustavoitteeseen. Jätevedenkäsittelyn sijaan rejektivesiä on mahdollista käyttää lannoitteena, mikäli biokaasulaitoksen syöte ei sisällä jätevedenpuhdistamon lietteitä. Myös Kouvolan Veden Mäkikylän puhdistamolla biokaasulaitoksen rejektivedet tulevat lisäämään merkittävästi tulovirtaaman typpikuormaa. Typpikuorman lisäys edellyttää ilmastusaltaassa ilmastuksen tehostamista sekä kalkin syöttömäärän lisäämistä, jotta jäteveden happipitoisuus ja pH pysyvät typenpoistoreaktioille suotuisina. Lisäksi tulovirtaamasta puolet tullaan ohjaamaan esiselkeyttimen ohi, jotta ilmastusaltaassa on orgaanista ainetta typenpoistoon riittävästi. Mäkikylän puhdistamon typenpoistokapasiteettia on mahdollista kasvattaa lisähiilen syötöllä. Mikäli biokaasulaitoksen kapasiteettilisäyksen jälkeen rejektivesien typpikuoma ylittää lisähiilellä saavutetun lisäkapasiteetin, on rejektivedet esikäsiteltävä.

Biokaasun tuottaminen ja hyödyntäminen Lappeenrannassa

Lappeenrannassa kerätään ja hyödynnetään tällä hetkellä kaatopaikkakaasua 0,3 milj.m3 vuodessa. Biokaasua voitaisiin tuottaa Lappeenrannassa mädättämällä bioperäisiä jätteitä ja biokaasuntuotantoa varten kasvatettuja energiakasveja. Biokaasuntuotantoon soveltuvia jätteitä ovat erilliskerätty biojäte, jätevedenpuhdistamon jätevesiliete, puutarhajäte, lietelannat ja oljet. Kesannolla olevilla peltoaloilla voitaisiin kasvattaa ruokohelpeä. Biokaasun tuotantoon soveltuvia materiaaleja voitaisiin kerätä 143 000 t/a ja kasvattaa 68 000 t/a. Työssä tarkastellaan vaihtoehtoa, jossa mädätetään vain puhdistamoliete, sekä useita materiaaleja mädättävää yhteismädättämöä, johon liittyen tutkitaan kolmea eri vaihtoehtoa: kunnallisen jätteen mädätystä, kaiken jätteen mädätystä ja jätteen sekä energiakasvien mädätystä. Paras sijoituspaikka mädättämölle olisi jätevedenpuhdistamon läheisyydessä. Jätemateriaalista saataisiin kaasua enintään 12 milj. m3 ja energiakasveista enintään 16 milj. m3. Kaasusta voitaisiin tuottaa energiaa CHP-laitoksessa enintään 184 GWh. Mikäli biokaasun tuotannolla halutaan ensisijaisesti vähentää kasvi-huonekaasupäästöjä, kannattaa kaasu jalostaa ajoneuvopolttoaineeksi. Jalostettu kaasu on mahdollista myös syöttää maakaasuverkostoon. Suurimmat tulot on mahdollista saavuttaa yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa, mikäli biokaasulle suunniteltu syöttötariffi toteutuu. Muussa tapauksessa suurimmat tulot saadaan jalostamalla biokaasua ajoneuvojen polttoaineeksi.

Biokaasulaitoksen energiatalouden tarkastelu

Biokaasulaitosala ja tuotosten hyötykäyttömarkkinat kasvavat ja kehittyvät tiukentuneiden ilmastotavoitteiden, liikenteen biopolttoaineiden lisäämisvelvoitteiden sekä jätehuoltoratkaisujen uusiutumisen myötä. Tässä työssä tarkasteltiin biokaasulaitoksen toimintaa, energiataloudellisuutta sekä biokaasulaitoksen talouteen vaikuttavia tekijöitä, kuten porttimaksuja ja toiminnan mahdollistavaa logistiikkaa. Lisäksi työssä on laskettu biokaasun hyötykäytöstä aiheutuvat päästövähenemät, kun biokaasulla korvataan fossiilisia polttoaineita sähkön- ja lämmöntuotannossa tai perinteisiä liikennepolttoaineita. Työn keskeisemmät tulokset osoittivat, että biokaasulaitoksen energiatase on positiivinen, biokaasulaitosprosessin kuluttaessa noin 40 %:a biokaasulaitoksen kokonaisenergiantuotosta, kun kuljetuksia ei huomioida. Kuljetuksien kuluttama energiaosuus vastaa noin 20 %:a biokaasulaitoksen tuottamasta energiasta. Biokaasun hyötykäytöstä aiheutuvat vuosittaiset päästövähenemät vaihtelivat tarkastelluissa tapauksissa 6 600-7 800 tCO2-ekv välillä hyötykäyttömuodosta riippuen. Työn tulokset auttavat Biovakka Suomi Oy:tä tulevissa päätöksentekovaiheissa sekä investointikysymyksissä.

Biokaasu pienen kokoluokan sähkön ja lämmön yhteistuotannossa

Tässä työssä tarkastellaan mädättämällä saadun biokaasun käyttöä pienen kokoluokan alle 100 kWe sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Työssä esitellään biokaasun tuotanto biokaasureaktorissa anaerobisella käsittelyllä eli mädättämällä sekä nykypäivänä käytössä olevat biokaasua käyttävät pienen kokoluokan energiantuotantotekniikat alle 100 kWe kokoluokassa. Lisäksi tutkitaan maatilakokoluokan biokaasulaitoksen kannattavuutta, sekä esitellään eri toimittajia biokaasulaitokseen liittyen. Työn loppuosassa käsitellään myös tulevaisuudennäkymiä biokaasusektorilla. Hajautettu energiantuotanto on nouseva teknologia-alue ja monet toimenpiteet Euroopan unionin alueella kannustavat hajautettuun sekä kestävään energiantuotantoon. Suomen uusiutuvan energian velvoitepaketissa on tavoitteena lisätä biokaasulla tuotetun kokonaisenergian määrä vuodessa 1 TWh:iin vuoteen 2020 mennessä, kun se vuonna 2009 oli 0,44 TWh. Kiinnostus biokaasuteknologiaa ja biokaasua käyttävien pienen kokoluokan sähkön ja lämmön yhteistuotantoratkaisuja kohtaan onkin lisääntynyt viime vuosien aikana.

TEHO-hankkeen raportteja, osa 3 : Fosforin kerrostuminen, Lietteenlevitys sokerijuurikkaalle, Lannan levityskokeilut, Separointi, Typen poisto

Tehoa maatalouden vesiensuojeluun (TEHO) -hankkeen tavoitteena on edistää maatalouden vesiensuojelua. Tähän julkaisuun on koottu tuloksia TEHO-hankkeen aikana tehdyistä kokeiluista ja seurannoista. Julkaisun ensimmäinen osa käsittelee fosforin kerrostumista suorakylvölohkoilla ja suojavyöhykkeillä. Fosforin kerrostuminen maan pintakerroksiin pellon muokkauksen loputtua on ongelmallista varsinkin liukoisen fosforin osalta, koska se on tällöin alttiina huuhtoutumiselle pintavalunnan mukana. Toisessa osassa käsitellään TEHO-hankkeen ja Sokerijuurikkaan tutkimuskeskuksen yhteistyössä toteuttamaa kokeilua, jossa lietelantaa levitettiin sokerijuurikkaalle kasvukaudella. Näin voidaan vähentää maan tiivistymistä ja saada ravinteet paremmin juurikkaiden käyttöön. Kolmannessa osassa kuvataan sian lietelannan ja biokaasulaitoksen maanparannusmädätteen vaikutuksia ohrasatoon eri lannanlevitysmenetelmillä. Neljänteen osaan on kerätty kokemuksia lietelannan separointikokeilusta kahdeksalla TEHO-tilalla. Viides osa käsittelee vermikuliittia (GeoTrap), joka on Turun yliopistossa kehitetty materiaali ammoniumtypen poistoon. Sitä voitaisiin hyödyntää lannan typpivalumien ehkäisyyn ja typpiravinteiden talteenottoon esimerkiksi jaloittelutarhojen valumavesistä. Julkaisu on toteutettu osana Tehoa maatalouden vesiensuojeluun (TEHO) -hanketta.