Kaatopaikkavesien haihdutus

Valtioneuvoston päätöksen kaatopaikoista (861/1997) mukaan kaatopaikalla muodostuvat kaa-topaikkavedet tulee kerätä hallitusti yhteen, käsitellä kaatopaikalla tai johtaa muualle käsitel-täväksi. Kaatopaikkavedellä tarkoitetaan kaatopaikalle sijoitetun jätteen läpi suotautuvaa eli suotovettä tai muuta kaatopaikalla muodostuvaa likaantunutta nestettä (VNp 861/1997). Kel-takankaan vanhalla kaatopaikalla kaatopaikkavedet johdetaan viemäriin ja sieltä edelleen kun-nalliselle jätevedenpuhdistamolle käsiteltäväksi. Kaatopaikalla on jo rakennettuna valmius

kaatopaikkaveden takaisinkierrätykseen jätepenkereeseen. (Kosonen 2007.) Keltakankaan uu-della kaatopaikalla kaatopaikkavesiä on kerätty toiminnan aloittamisesta eli vuodesta 2002 saakka. Kaatopaikkavedet sekä alueella kertyvät sadevedet johdetaan kahteen tasausaltaaseen, joiden tilavuus on noin 3 500 m³. Kaatopaikkavettä ilmastetaan pintailmastimilla sekä hapete-taan happimaton avulla hajuhaittojen estämiseksi. Kaatopaikkavedet johdehapete-taan Anjalankosken kaupungin Halkoniemen jätevedenpuhdistamoon käsiteltäväksi kuten vanhankin kaatopaikan kaatopaikkavedet. Vuonna 2006 kaatopaikkavettä muodostui noin 44 390 m³. (Alatalo 2007a.) Kaatopaikkavesien haihduttamisella pienennetään kaatopaikkavesien tilavuutta ennen vesien johtamista viemäriverkostoon, jolloin säästetään jätevesikustannuksissa. Myös orgaanisten yhdisteiden pitoisuus pienenee, niiden palaessa haihduttimen lämpötilassa. Toisaalta haihdut-tamisen lopputuotteena saatava väkevä kaatopaikkavesi soveltuu kierrätettäväksi kaatopaikan jätetäyttöön kaatopaikkakaasun muodostumisen voimistamiseksi sekä jätteen stabiloitumisen nopeuttamiseksi. Suomessa ensimmäinen haihduttamo rakennettiin Päijät-Hämeen Jätehuolto Oy:n Kujalan kaatopaikalle Lahteen vuonna 1996 (Seppälä 2007). Laitteiston käytöstä on luo-vuttu. Myös Rosk’n Rollin Munkkaan kaatopaikalla on ollut käytössä sähköinen kaatopaikka-vesien haihdutin. Haihduttamon käytöstä on luovuttu muun muassa toimintahäiriöiden takia (Lehtonen 2007).

Haihduttimista on useita erilaisia teknisiä ratkaisuja, ne eroavat toisistaan lämmönsiirtoteknii-kan sekä poistokaasujen ja lauhteen puhdistustekniilämmönsiirtoteknii-kan perusteella. Lämmön tuottamiseen tar-vittavat polttimet voivat sijaita joko haihduttimen pohjalla, katossa tai sivuilla. Lämmönsiir-rinosa voi olla sijoitettuna poltinten sijainnista riippuen haihduttimen alaosassa tai esimerkiksi spiraalina haihduttimen vesitilan alueella. Lämpö voidaan siirtää kaatopaikkaveteen myös suo-raan ilman lämpöä johtavaa pintaa. (Roe et al. 1998, 25 - 27.) Haihduttimessa kaatopaikkavet-tä kuumennetaan höyrystymispisteeseen. Haihdutin toimii alipaineisena, jolloin toimintaläm-pötila on noin 50 - 60 ºC. Lahden käyttökokemuksen perusteella haihdutuksessa käsiteltävästä kaatopaikkavedestä 14 prosenttia muodostaa konsentraattia ja noin 80 prosenttia lauhdetta.

Lauhde muodostuu, kun höyrystynyt vesi lauhdutetaan nesteeksi. (Ettala et al. 1994, 14 - 17;

Seppälä 2007.) Haihduttamisprosessi on esitetty kuvassa 20.

Kuva 20. Kaatopaikkavesien haihdutusprosessi (Roe et al. 1998, 26).

Haihdutuksessa muodostuu myös poistokaasua, joka Lahden käyttökokemusten perusteella on pääosin hiilidioksidia, happea ja typpeä (Seppälä 2007). Kaasujen käsittely voidaan tehdä eril-lisellä puhdistuslaitteistolla tai siitä voidaan erottaa vesi ja johtaa soihtuun, jossa se voidaan polttaa ylijäämäkaatopaikkakaasun seassa. Konsentraatin kuiva-ainepitoisuus on keskimäärin 30 prosenttia, se voidaan muun muassa kierrättää takaisin jätetäyttöön. (Roe et al. 1998, 25 - 27.)

Haihduttamoissa käytetään yleensä fossiilisia polttoaineita tai sähköä lämmöntuottamiseen käsiteltäessä muun muassa jätevesiä. Erityisesti Yhdysvalloissa kaatopaikoilla kaatopaikka-vesien haihduttamiseen on käytetty kaatopaikkakaasua (U. S. EPA 2006). Tässä diplomityössä lasketaan kuinka paljon Anjalankoskella muodostuvalla kaatopaikkakaasulla voidaan käsitellä kaatopaikkavesiä. Laskennassa yhtä käsiteltävää kuutiometriä kohden tarvitaan 850 kWh läm-pöä, että kaatopaikkaveden tilavuuden pienentymä on 97 prosenttia (Roe et al. 1998, 26). Li-säksi lasketaan kaatopaikkavesien haihduttamista 50 prosenttia alkutilavuudesta, jolloin tarvit-tava energiankulutus on noin 440 kWh käsiteltävää m³ kohti. Tarvittavassa lämpöenergiassa on huomioitu veden höyrystämiseen tarvittava lämpö, noin 2,4 MJ/kg, sekä lämpöhäviöt.

Kaatopaikkavesien haihduttaminen vie runsaasti energiaa. Keltakankaan vanhalta kaatopaikal-ta muodostuvalla kaatopaikkakaasulla, jonka mekaatopaikal-taanipitoisuus on 35 - 40 tilavuusprosenttia, voidaan haihduttaa noin 6 300 m³ kaatopaikkavettä eli käsitellä noin 6 500 m³, kun tilavuuden

pienentymä on noin 97 prosenttia. Mikäli kaatopaikkavedestä haihdutetaan vain 50 prosenttia, voidaan vanhalla kaatopaikalla muodostuvalla kaasulla käsitellä noin 12 600 m³ kaatopaikka-vettä. Mikäli uudelta Keltakankaan kaatopaikalta muodostuva kaatopaikkakaasu on metaanipi-toisuudeltaan 45 tilavuusprosenttia, voidaan haihduttimessa käsitellä noin 17 800 m³ kaato-paikkavettä, kun tilavuutta pienennetään 97 prosenttia. Mikäli tilavuutta pienennetään 50 pro-senttia, voidaan uudella kaatopaikalla muodostuvalla kaatopaikkakaasulla käsitellä noin 34 400 m³. Kaatopaikkaveden haihdutuskapasiteetti on esitetty kuvassa 21.

Kuva 21. Kaatopaikkavesien haihdutuskapasiteetti kaatopaikkakaasulla. Kuvaan merkitty vanhan kaatopaikan (1) ja uuden kaatopaikan (2) kaasuntuotantomäärät.

Tarkastellulla haihduttamisen energiankulutuksella ei siis saavuteta Keltakankaan kaatopai-koilla muodostuvien kaatopaikkavesien määrää vastaavaa käsittelykapasiteettia. Tarvittava käsittelykapasiteetti voidaan saavuttaa kaatopaikkakaasulla, mikäli molemmilta kaatopaikoilta saadaan arvioidut kaasun maksimituotannot sekä laadukasta kaasua eli metaanipitoisuudeltaan vähintään 45 tilavuusprosenttia. Tällöinkin voidaan muodostuvista kaatopaikkavesistä haih-duttaa 50 prosenttia. Todennäköisimmin tarvittava käsittelykapasiteetti on saavutettavissa,

mi-käli kaatopaikkakaasu yhdistettäisiin mädätysreaktorissa saatavan biokaasun kanssa. Kaa-suseoksen suuri määrä, 3,8 - 7,0 m³ vuodessa, ja korkea metaanipitoisuus mahdollistavat haih-dutuskapasiteetin, jonka suuruus vaihtelee välillä 30 000 - 57 000 m³ vuodessa.

Lasketaan kaatopaikkakaasun haihduttamiselle suurin sallittu investointikustannus. Investoin-tikustannukseen vaikuttavat kustannustekijät muodostuvat viemäriin johdettavan kaatopaikka-veden alhaisemmasta määrästä aiheutuvasta säästöstä sekä kaasun hankinnasta aiheutuvista kuluista. Investointilaskelmien perusteella suurimpaan sallittuun investointikustannukseen vaikuttavat ainoastaan käytettävissä olevan kaasun määrä sekä jätevedestä maksettava vesi-maksu. Investointikustannukseen ei vaikuta haihdutuksen ominaisenergiankulutus eikä myös-kään haihdutusaste. Vähäisemmällä energiankulutuksella saavutettava suurempi käsittely- mutta alhaisempi haihdutuskapasiteetti lisää viemäriin johdettavan veden määrää. Vastaavasti korkeampi energiankulutus alentaa käsittelykapasiteettia, mutta nostaa tilavuuden pienenemää, jolloin viemäriin johdettavan kaatopaikkaveden määrä on alhaisempi. Jos kaatopaikkakaasun hintana käytetään 3,5 €/MWh, on suurin sallittu investointikustannus kaikilla tarkastelluilla kaatopaikkakaasun määrillä negatiivinen. Lasketaan suurin sallittu investointikustannus, kun kaasun arvo on 0 €/MWh.

Suurin sallittu investointikustannus kaatopaikkakaasun määrän funktiona on esitetty kuvassa 22. Kaatopaikkavesien haihdutuksen suurin sallittu investointikustannus vanhan kaatopaikan kaasun määrällä on enintään 50 000 euroa, mikäli jätevedestä maksettava vesimaksu on 2

€/m³. Uudella kaatopaikalla muodostuvalla arvioidulla kaatopaikkakaasun määrällä suurin sal-littu investointikustannus on noin 180 000 euroa, kun jätevesimaksu on 2 €/m³. Yhden euron jätevesimaksun korotus noin kaksinkertaistaa taloudelliseen investointiin käytettävissä olevan kustannuksen. Edellä mainituilla suurimmilla sallituilla investointikustannuksilla tulisi pystyä kattamaan kaatopaikkaveden haihdutinlaitteisto sekä veden siirtämiseen tarvittavat laitteistot.

Kuva 22. Kaatopaikkavesien haihduttamon suurin sallittu investointikustannus kaatopaikkakaasun määrän funk-tiona.

Palvelu Oy:n toiminnasta muodostuu myös kaatopaikkavesiä. Lisäksi Ekokem-Palvelu Oy laajentavat toimintaansa Anjalankosken Ekoparkissa. Laajennuksen myötä alueella tullaan käsittelemään myös nestemäisiä ja lietemäisiä jätteitä. Kaatopaikkakaasun soveltuvuut-ta lietemäisten ja nestemäisten jätteiden käsittelyyn tulee soveltuvuut-tarkastella erikseen.