Tehokas mikrosaasteiden eliminointi modulaarisella otsonilaitteistolla

Positiiviset tulokset jätevedenpuhdistamoissa

Tehokas mikrosaasteiden eliminointi modulaarisella otsonilaitteistolla

EU:n uuden yhdyskuntajätevesidirektiivin vuoksi useisiin jätevedenpuhdistamoihin on integroitava lisäpuhdistusvaiheita mikrosaasteiden eliminoimiseksi. Uusimman käytettävissä olevan tekniikan ja käytännön kokemusten perusteella otsonointi ja sitä seuraava suodatusvaihe tarjoaa yhden tehokkaimmista käsittelytekniikoista uusien vaatimusten täyttämiseksi. Tässä tarkasteltavan modulaarisen järjestelmäratkaisun avulla voidaan reagoida joustavasti vaihteleviin jätevesimääriin ja koostumuksiin. Jätevedenpuhdistamot saavuttavat siten saman tai paremman puhdistustuloksen vähäisemmällä vaivalla ja alemmilla käyttökustannuksilla kuin mikä voidaan saavuttaa käyttäen tavanomaisia otsonilaitteistoja.

Uusi yhdyskuntajätevesidirektiivi

Uudelleenlaadittu direktiivi astuu voimaan kaikissa EU:n jäsenvaltioissa arviolta syksyllä 2024. Seuraavassa artikkelissa käsitellään niitä toimenpiteitä, joita saksalaisissa jätevedenpuhdistamoissa on tämän vuoksi tehtävä jäteveden käsittelyyn liittyen. Uuden direktiivin artiklassa määritellään vaatimukset mikrosaasteiden eliminoimiseksi vuoteen 2045 mennessä kokoluokan 5 jätevedenpuhdistamoille (yli 150000 asukkaan jätevedenpuhdistamot, joita Saksan liittotasavallassa on noin 240 kappaletta) sekä pienempien paikkakuntien jätevedenpuhdistamoille, jotka ohjaavat vetensä herkkiin vesistöihin.

Mikrosaasteet jätevesissä

Ihmisperäisiin mikroepäpuhtauksiin, joita sanotaan myös mikrosaasteiksi, kuuluvat lääke-, kasvinsuojelu- ja puhdistusaineet, kosmetiikkatuotteet ja teollisuuskemikaalit. Useimmissa jätevedenpuhdistamoissa näitä mikrosaasteita ei vielä eroteta ja oteta talteen täydellisesti. Myös silloin, kun tutkimukset osoittavat yksittäisillä aineilla olevan myrkyllinen vaikutus ihmisille ja ympäristölle, on tähän asti ollut epäselvää, mitä vaikutuksia erilaisten vedessä olevien aineiden yhdistelmillä voi olla. Uudessa direktiivissä määritetään nyt 12 indikaattoriainetta ohjearvona. Sen seurauksena jätevedenkäsittelyssä on vähintään kuutta mainittua ainetta vähennettävä vähintään 80 %. Esimerkkeinä mainitaan särkylääke Diclofenac ja korroosionestoaine Benzotriazol.

Toimenpiteet mikrosaasteiden eliminointia varten

Adsorptiota aktiivihiileen ja otsonointia yhdessä niitä seuraavan suodatusvaiheen kanssa on käytetty Saksassa useita vuosia. Muita, yleensä oksidatiivisia toimenpiteitä on kokeiltu tutkimusprojekteissa, mutta ne eivät tällä hetkellä ole vielä siinä määrin taloudellisesti kannattavia, että niitä voitaisiin käyttää jätevedenpuhdistamoissa.

Otsonointi yhdessä rakeistetun aktiivihiilen (GAK) kanssa tarjoaa useita etuja: Vakaa ja korkea 80%:n eliminointitaso saavutetaan myös silloin, kun epäpuhtauksien koostumus vaihtelee. Ennen aktiivihiilikäsittelyä poistetaan hapettuvat ja osittain adsorboitavissa olevat aineet. Sen seurauksena mikrosaasteet hajoavat paremmin ja aktiivihiilen käyttöaika pidentyy oleellisesti.

Laitteiston valintaa koskevat vaatimukset

Taloudellisin ratkaisu riippuu ennen muuta jäteveden koostumuksesta ja sen sisältämien mikrosaasteiden pitoisuudesta. Jäteveden koostumuksen ja virtausmäärien suuret vaihtelut aiheuttavat poikkeamia vaadittavassa otsonikapasiteetissa.

Jokaisella otsoninkehittimellä on optimaalinen toimintapiste, jossa käyttökustannukset ovat pienimmillään. Tämä optimaalinen toimintapiste riippuu otsonitehosta ja -pitoisuudesta ja paikallisista sähkövirrasta, hapesta ja jäähdytysvedestä aiheutuvista kustannuksista. Optimaalisen hyötysuhteen tulee nimelliskäytössä olla 8 kWh/kg otsonia. Hapen ja sähkövirran kulutuksen dynaaminen modulointi suhteessa paikalliseen kustannustasoon näyttelee siten merkittävää roolia kokonaiskustannustason minimoinnissa.

Modulaarisen ja tavanomaisen otsonilaitteiston vertailu

Vaadittavan otsonimäärän määrittämisen kannalta ratkaisevat parametrit ovat liuenneen orgaanisen hiilen määrää sedimentissä kuvaavat DOC-arvot 5-15mg/l otsonin annostelunopeuden ollessa 0,3-0,8 g otsonia/g DOC. Tyypillinen kontaktiaika on 20 - 30 minuuttia. Erityisesti tulee huomioida bromaatin muodostuminen, jota käsitellään myöhemmin tässä artikkelissa.

Otsonilaitteistojen suunnittelussa pidetään yleensä lähtökohtana maksimaalista jäteveden tilavuusvirtaa ja suurinta odotettavissa olevaa DOC-pitoisuutta, jotta vähennystehoa koskevat vaatimukset voidaan täyttää myös huippuaikoina. Tätä huippukuormitusta tarvitaan kuitenkin vain harvoin. ProMinent GmbH:n Heidelbergissä toteuttamissa useissa pilottiprojekteissa on selvinnyt, että tavanomaisia laitteistoja käytettäessä yli 75%:ssa käyttöajasta ylletään alle 50%:iin maksimaalisesta otsonitehosta. Vain 12%:ssa koko käyttöajasta tarvitaan maksimitehoa. Jätevedenpuhdistamojen henkilöstö on keskusteluissa vahvistanut tämän tuloksen. Koska otsoninkehittimen tehokkuus riippuu vaadittavasta otsonitehosta, sellainen laitteisto on ylimitoitettu suuren osan käyttövuodesta.

Modulaarinen järjestelmä toimii oleellisesti tehokkaammin: Tarkastellussa pilottiprojektissa voidaan otsonitarpeesta riippuen aktivoida yksilöllisesti jopa 16 autarkkista otsoninkehitinmoduulia. Erityisesti keskisuurella ja alemmalla tehoalueella tapahtuvassa käytössä modulaarinen laitteisto laskee energiankulutusta huomattavasti.

Kontaktiaikojen selvä pienennys

Aiemmin mikrosaasteiden tehokas eliminointi maksimaalisella läpivirtauksella on vaatinut 20 - 30 minuutin kontaktiajan. Tämä edellyttää suurta betonista ja teräksestä valmistettua kontaktisäiliötä, joka vaatii paljon tilaa. Luxemburgilaisessa jätevedenpuhdistamossa toteutetussa pilottiprojektissa käytetty modulaarinen järjestelmä sen sijaan tuotti positiivisia tuloksia selvästi pienemmillä kontaktiajoilla. Tällöin jäteveden koostumus on erilaisten lähteiden (yksityinen ja teollisuus) vuoksi valtava haaste, koska orgaaninen ja kemiallinen bromidipitoisuus on korkea.

Eliminointitehon kannalta ratkaiseva merkitys on tehokkaan sekoittamisen ja tarveohjatun otsoninkehityksen yhdistelmällä. Tämä mahdollistaa kontaktiajan selvän pienentämisen vain viiteen minuuttiin vähennystehosta tinkimättä.

Positiiviset tulokset modulaarisella järjestelmällä

Käynnissä olevia pilottiprojekteja arvioidaan silmällä pitäen modulaaristen otsonilaitteistojen tehokkuutta jätevedenkäsittelyssä. Otsonoinnin ja aktiivihiilen yhdistävät järjestelmät saavuttavat yli 80%:n tehokkuuden mikrosaasteiden hajottamisessa. Oheisessa käytännön esimerkissä käytettävä ProMinent GmbH:n otsonilaitteisto yhdessä tehokkaan sekoituksen kanssa mahdollistaa kontaktiajan selvän lyhentämisen. Se tarkoittaa huomattavia säästöjä asennuskustannuksissa ja myös alempia CO2-päästöjä.

Jätevesimatriisista ja puhdistusteholle asetettavista vaatimuksista riippuen tarkasteltava järjestelmä voidaan päälle- ja pois kytkettävien moduulien ansiosta milloin tahansa joustavasti mukauttaa esiintyviin vaihteluihin. Modulaarisen rakenteen ansiosta olemassa olevia laitteistoja voidaan laajentaa, vaihtaa tai varustella helposti. Erittäin kompakti koko mahdollistaa todistettavasti jopa 70% tilansäästön. Mainitut edut johtavat siten merkittävään investointi- ja käyttökustannusten minimointiin.

Luxemburgissa sijaitseva pilottilaitteisto on sen lisäksi tuottanut erityisen positiivisen sivuvaikutuksen: Teollisuusalueelta sisään ohjattu jätevesi sisältää bromidia. Otsonikäsittelyssä voi muodostua potentiaalisesti haitallista bromaattia. Aiemmat tulokset kuitenkin osoittavat, että otsonilaitteiston hyvä säätely yhdessä pyörresekoittimen kanssa otsonin siirtämiseksi ja olemassa olevassa vesimatriisissa voi vähentää bromaatin muodostumista korkeista bromidipitoisuuksista huolimatta.

Kirjallisuushakemisto / lähteet

Oheisen artikkelin tietolähteinä on käytetty seuraavien laitosten ja yhdistysten julkaisuja: UBA, BMU, KomS BW, VKU, DWA, Saksan tilastoviranomainen. ProMinent GmbH:n itse tekemät tutkimukset mainituista pilottiprojekteista ovat myös olleet tämän tekstin pohjana.

Tekijät: Egbert Hocke, vedenkäsittelyprosessien kehitystoiminta, ja Wolfgang Matheis, otsoni-tuotantopäällikkö, molemmat ProMinent GmbH:n (Heidelberg) palveluksessa.