Utilization of sludge from semi-chemical pulp and board mill

A

Kemian tekniikan korkeakoulu

Puunjalostustekniikan tutkinto-ohjelma

Helena Moring

PUOLIKEMIALLISEN SELLU-JA KARTONKITEHTAAN LIETTEEN HYÖTYKÄYTTÖ

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi- insinöörin tutkintoa varten Espoossa 15.2.2012.

Valvoja Professori Olli Dahl

Ohjaaja Dl Esa Ekholm

TkT Timo Laukkanen

Dl Kati Manskinen

A Aalto-yliopisto Kemian tekniikan korkeakoulu

Kemian tekniikan korkeakoulu Diplomityön tiivistelmä Puunjalostustekniikan tutkinto-ohjelma

Tekijä

Helena Moring

Diplomityön nimi

Puolikemiallisen sellu-ja kartonkitehtaan lietteen hyötykäyttö

Tiivistelmä

Tässä diplomityössä tarkastellaan Stora Enson Heinolan Flutingtehtaan lietteiden hyötykäyttömahdollisuuksia. Työn kirjallisuus osassa esitellään puolikemiallisen sellu- ja kartonkitehtaan lietteiden syntyminen, niiden ominaisuudet, erilaisia lietteen käsittelymenetelmiä sekä mahdollisia lietteen hyötykäyttökohteita. Kokeellisessa osassa tutkitaan Stora Enson Heinolan Flutingtehtaan jätevedenpuhdlstusprosesslssa syntyvien lletejakeiden ominaisuuksia eri käsittely- ja hyötykäyttövaihtoehtojen näkökulmasta. Lisäksi tarkastellaan kunnille ja yrityksille suunnattujen kyselyn ja haastattelujen perusteella eri vaihtoehtojen toteutusmahdollisuuksia Päijät-Hämeen alueella.

Lietteiden poltto-, kompostointi-, maanparannus- ja maanrakennusominalsuuksien selvittämiseksi eri lietejakeista otettiin analysoitaviksi näytteet. Mädätyspotentiaali mitattiin manometrisin laboratoriokokein, joiden tuloksia vertailtiin toisiin mädätyskokeisiin. Viimeiseksi selvitettiin haastattelututkimuksella Päijät-Hämeen alueella toimivien yritysten mahdollisuuksia toteuttaa lietteiden käsittelyä ja hyötykäyttöä. Analyysituloksiin ja haastatteluihin perustuvan

pohjalta pyrittiin selvittämään alueellisesti parhaat hyötykäyttökohteet tehtaan eri lietejakeille.

Tulosten perusteella tutkittujen lietejakeiden mädätykselle ei ole esteitä, mutta ne tuottivat biokaasua vain 100-180 ml/g.

Kaikki lietejakeet soveltuvat analyysitulosten perusteella hyvin kompostointiin orgaanisen aineen suuren pitoisuuden vuoksi. Lietteet sopivat lannoitekäyttöön, sillä kokonaishaitta-ainepitolsuudet ovat alhaisia ja ravinteiden määrät puolestaan suuria. Kaikki lietejakeet soveltuvat myös maanrakennuskäyttöön, sillä liukoista orgaanista hiiltä lukuun ottamatta liukoisten haitta-aineiden määrät olivat alhaisia. Lietteiden lannoite- ja maanrakennuskäyttö on luvanvaraista.

Poltossa tulee ottaa huomioon lietteiden korkea vesipitoisuus sekä bio- ja flotaatiolietejakeiden korkeat alumiini- ja natriumpitoisuudet.

arvioinnin

Haastattelujen perusteella Päijät-Hämeen alueella potentiaalisia lietteen käyttäjiä olisivat kompostointia ja tulevaisuudessa mahdollisesti muitakin käsittelymenetelmiä harjoittava Kujalan Komposti Oy sekä mädätyslaitoksia omistava Biovakka Suomi Oy. Lisäksi Ekokem-Palvelu Oy voisi hyödyntää lietettä maanrakennuksessa, mutta ainakin osa lietteestä vietäisiin pois Päijät-Hämeen alueelta. Myös St 1 Biofuels Oy, Kuusakoski Oy ja Kekkllä Oy olisivat kiinnostuneita lietteestä, mutta yrityksillä ei tällä hetkellä ole toimintaa Päijät-Hämeen alueella.

Professuurin nimi Professuurin koodi

Prosessiteollisuuden ympäristötekniikka Puu-127

Työn valvoja Sivumäärä

Professori Olli Dahl 95 + 8

Työn ohjaaja Kieli

Dl Esa Ekholm, TkT Timo Laukkanen, Dl Kati Manskinen

Suomi

Avainsanat

liete, käsittely, hyötykäyttö,

Päiväys

15.2.2012

A!

School of Chemical Technology

Degree Programme of Forest Products Technology

Abstract of Master’s Thesis

Author

Helena Moring

Title of Thesis

Utilization of sludge from semi-chemical pulp and board mill

Abstract "

This Master’s Thesis is about utilization possibilities of sludges from Stora Enso Heinola Fluting mill. The literature review concentrates on the generation of sludges in semi-chemical process, characteristics of sludges as well as on possibilities of their handling and utilizing. In the experimental part the sludges from waste water treatment of Heinola Fluting mill are analysed in order to find out the possible handling and utilization methods. Finally the concrete possibilities to execute the sludges in the Räijät-Häme area are determined by conducting a survey and interviews among the companies and actors in the area.

The characteristics of sludges affecting composting, combustion, fertilization and land construction were analysed. The digestion potential of sludges was tested with manometric laboratory experiments that were compared to other digestion tests. Finally the chosen companies in the Räijät-Häme area were interviewed regarding their interests and opportunities to handle or utilize sludges. Based on the analyses and interviews the best ways to regionally utilize these sludges were

According to these results there are no inhibitors preventing the digestion, but the amount of biogas produced was only 100-180 ml/g. All the sludges can be easily composted, as they contain a lot of organic substances. All the sludges can be used as fertilizers as well, as they contain a lot of nutrients and the concentrations of harmful substances are low. All the sludges can be used in land construction, since the total concentrations of harmful metals are low except for the dissolved organic carbon. Utilization of sludges as fertilizers or in land construction requires a licence. In combustion the water content of sludges should be taken into account. Bio- and flotation sludges also contain high concentrations of aluminium and sodium.

According to the interviews there are two companies potential to utilize sludge in near future: Kujalan Komposti Oy, a composting company, which is contemplating on developing also other handling methods, and Biovakka Suomi Oy¡ a digestion plant company. Furthermore, Ekokem-Palvelu Oy could utilize sludges in land construction, but at least some of the sludge would be transported elsewhere from the Räijät-Häme area. Stl Biofuels Oy, Kuusakoski Oy and Kekkilä Oy would be interested in sludge, but they did not have suitable resources in Räijät-Häme at the time this study was conducted.

Chair Chair code

Environmental Technology within Process Industry

Puu-127

Supervisor Pages

Professor Olli Dahl 95 + 8

Instructor Language

M.Sc. (Tech) Esa Ekholm, D.Sc. (Tech) Timo Laukkanen, M.Sc. (Tech) Kati Manskinen

Finnish

Keywords

sludge, handling, utilization, semi-chemical,

Date

15.2.2012

Esipuhe

Tämä diplomityö oli osa Lahden tiede- ja yrityspuisto Oy:n projektia "Materiaalien käsittelyllä lisää palveluja ja tekniikkaa Päijät-Hämeeseen", jossa yhteistyökumppanina toimi tämän työn kohdalla Stora Enso Oyj. Lisäksi osa kokeista suoritettiin Aalto- yliopiston Puunjalostustekniikan laitoksella.

Lahden tiede- ja yrityspuiston osalta haluan kiittää ohjaajaani Esa Ekholmia, jolla on ollut alusta asti selkeä näkemys työn tavoitteista ja sisällöstä, sekä Aleksi Mäkelää, joka on ollut suurena apuna käytännön järjestelyissä. Stora Enson puolelta työtäni on ohjannut Kati Manskinen, joka on innostanut ja neuvonut minua aktiivisesti työn alusta aivan loppumetreille saakka. Myös Heinolan Flutingtehtaan muu henkilökunta on ystävällisesti auttanut minua aina tarvittaessa. Lisäksi haluan esittää kiitokset Puunjalostustekniikan laitokselle ohjaajalleni Timo Laukkaselle, jonka asiantuntevuudesta on ollut iloa niin työn kirjallisessa kuin kokeellisessakin osuudessa, sekä professori Olli Dahlille, jonka kautta löysin tämän dipiomityömahdollisuuden.

Kiitos ystäville, jotka ovat auttaneet diplomityötä koskevissa pohdinnoissani.

Teekkarikaverit ovat pitäneet huolta siitä, että opiskelu on ollut elämän parasta aikaa.

Muut ihanat ystävät taas ovat varmistaneet, että muistan elämää löytyvän myös Otaniemen ulkopuolelta...

En olisi tässä pisteessä, jos perheeni ei olisi aina kannustanut ja tukenut minua opinnoissani. Suurin kiitos kuuluu rakkaalle avopuolisolleni Tuomolle, joka on ollut koko tämän projektin ajan kiinnostunut sen etenemisestä sekä huolehtinut minun jaksamisestani ja hyvinvoinnistani.

Espoossa 15.2.2012,

X

Helena Moring

Lyhenneluettelo

ВТЕХ Benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene; bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni ja ksyleeni

COD Chemical oxygen demand; kemiallinen hapenkulutus

DOC Dissolved organic carbon; liukoinen orgaaninen hiili

KMLA Kalorimetrinen lämpöarvo

LOI Loss on ignition; kokonaishehkutushäviö

MBP Minimum Biosludge Process; vähän biotieteitä tuottava aktiivilieteprosessi

NSSC Neutral Sulphite Semi-chemical process; puolikemiallinen neutraali sulfi ¡«¡prosessi

PAH Polycyclic aromatic hydrocarbons; polysykliset aromaattiset hiilivedyt

PCB Polychlorinated Biphenyls; Polykiooratut bifenyylit

SHF Separate hydrolysis and fermentation; erillinen hydrolyysi ja käyttäminen

SSF Simultaneous saccharification and fermentation; yhdistetty sokerihydrolyysi ja käyttäminen

TLA Tehollinen lämpöarvo

TOC Total organic carbon; kokonaisorgaaninenhiili

VOC Volatile organic carbon; haihtuva orgaaninen hiili

VS Volatile solids; orgaaninen kiintoaines, kiintoaineksen hehkutushäviö

Lietejakeista käytetyt lyhenteet:

В Bioliete, aktiivilieteprosessin ylijäämäliete

F Flotaatioliete, jäteveden tertiäärikäsittelyssä muodostuva liete

PK Yhdistetty puru-ja kuituliete, jäteveden esiselkeytyksessä erotettu liete

PKB Puru-, kuitu-ja biolietettä sisältävä sekaliete

PKBF Puru-, kuitu-, bio-ja flotaatiolietettä sisältävä sekaliete

Sisällysluettelo

Esipuhe

Lyhenneluettelo

1. Johdanto... 9

KIRJALLISUUSOSA 11

2. Puolikemiallisen sellu- ja kartonkiteollisuuden jätevesilietteet...

Puolikemiallinen prosessi kartongin valmistuksessa...

2.2. Heinolan Flutingtehtaan tuotantoprosessi...

2.3. Jäteveden käsittely puolikemiallisella sellu- ja kartonkitehtaalla 2.4. Heinolan Flutingtehtaan jätevedenpuhdistus ja lietteet...

2.5. Kuitu-ja purulietteet...

2.6. Biolietteet...

2.7. Tertiäärikäsittelyn lietteet...

3. Lietteiden käsittelymenetelmät...

3.1. Tavoitteet ja rajoitteet... . 3:2. Mekaaniset käsittelymenetelmät...

Mekaaninen kuivaus...

3.2.2. Geotuubaus...

3.3. Termiset käsittelymenetelmät...

3.3.1. Terminen kuivaus...

3.3.2. Pyrolyysi ja kaasutus...

3.3.3. Märkähapetus...

3.3.4. Poltto...

3.4. Kemialliset käsittelymenetelmät...

Kemiallinen tiivistys...

11

2^.1^. ₁₁

12 13 15 20 21 22 24 24 27

3.2.1. 27

28 30 30 31 32 33 36

3.4.1. 36

3.4.2. Kalkitus 36

3.5. Biologiset käsittelymenetelmät 3.5.1. Entsyymikäsittelyt...

3.5.2. Mädätys...

3.5.3. Etanolin valmistus...

38 38 38 41

3.5.5. Matokompostoìnti...

3.6. Muut käsittelymenetelmät...

4. Lietteen hyötykäyttö...

4.1. Maan- ja viherrakentaminen sekä maisemointi 4.2 Lannoitekäyttö...

4.3 Lietteen käyttö materiaaleissa...

KOKEELLINEN OSA...

45 46 47 47 48 51 52 5. Kokeellisen osan tavoitteet ja menetelmät...

5.1. Käsittely-ja hyötykäyttövaihtoehtojen rajaaminen...

5.2. Näytteiden otto ja analyysimenetelmät...

5.2.1. Näytteiden otto...

5.2.2. Analyysimenetelmät...

5.2.3. Mädätyskokeiden koejärjestelyt...

6. Lietteiden ominaisuudet käsittely-ja hyötykäyttömenetelmien kannalta 6.1. Mädätys...

6.1.1. Mesofiilinen mädätys...

6.1.2. Termofiilinen mädätys...

6.1.3. Mädätyksessä syntyvän biokaasun energiapotentiaali...

6.2. Kompostointi...

6.3. Lannoitevalmistekäyttö...

6.4. Maan- ja viherrakennus sekä maisemointi...

6.5. Poltto...

52 52 53 53 54 55 57 57 57 64 65 67 69 72 76 7. Lietteiden käsittelyjä hyötykäyttö Päijät-Hämeen alueella...

7.1. Paikallisten toimijoiden haastattelut...

7.2. Käsittely- ja hyötykäyttömenetelmien ympäristövaikutukset 8. Johtopäätökset ja suositukset...

Lähteet...

79 79 83 85 88 LIITTEET

1. Johdanto

Metsäteollisuuden jätevedenpuhdistamoilla syntyy paljon kiinteää jätettä eli lietettä.

Jätevedenpuhdistusprosessin eri vaiheissa syntyvillä lietteillä on erilaiset ominaisuudet, jotka vaikuttavat niiden jatkokäyttömahdollisuuksiin. Lietteenkäsittelyllä on aikaisemmin , lähinnä pyritty saamaan lietteestä joko polttokelpoista massaa tai sopivaa kaatopaikkajätettä. (Ojanen, 2001) Nämä ratkaisut eivät kuitenkaan ole kestäviä, vaan tilalle halutaan löytää taloudellisesti, ympäristönsuojelullisesti ja energiankäytöllisesti parempia lietteenkäyttökohteita.

EU:n jätepolitiikkaan pohjautuva Suomen valtakunnallinen jätesuunnitelma vuoteen 2016 (Huhtinen et ai., 2007) esittää päämääriksi jätteiden synnyn ehkäisyn sekä jätteiden kierrätyksen ja hyödyntämisen,

toimintapoliittisin keinoin ja jätelainsäädännön parantamisella. Suomen jätelakia on päivitetty, ja uusi laki tulee voimaan 1.5.2012. (Jätelaki, 646/2011) Lain suurimmat muutokset painottavat jätteen synnyn ehkäisyä, elinkaariajattelua ja tuottajavastuuta.

Lietteen osalta tärkein toimenpide on sen syntymisen vähentäminen sekä kierrätyksen ja hyötykäytön lisääminen.

Näitä edistetään esimerkiksi

Tässä diplomityössä tutkitaan Stora Enson Heinolan Flutingtehtaan lietteiden hyötykäyttömahdollisuuksia. Tutkimus on osa Lahden tiede- ja yrityspuisto Oy:n projektia "Materiaalien käsittelyllä lisää palveluja ja tekniikkaa Päijät-Hämeeseen". Tällä hetkellä Heinolan Flutingtehtaan lietteitä poltetaan tehtaan energiantuotannon kattilassa ja hyödynnetään mm. kaatopaikkojen rakennemateriaalina. Tehtaan lietejakeiden koostumus on kuitenkin viime vuosina muuttunut ja lietemäärät ovat kasvaneet, eikä kaikelle lietteelle ole toistaiseksi löydetty valtakunnallisen jätesuunnitelman (Huhtinen et ai., 2007) mukaisia käyttökohteita. Työn tarkoituksena on selvittää lietteiden ominaisuudet ja etsiä niiden perusteella parhaat mahdolliset käyttökohteet lietteille Päijät-Hämeen alueella.

Työn kirjallisuusosassa esitetään puolikemiallisen sellu- ja kartonkitehtaan lietteiden syntyminen, niiden ominaisuudet, erilaisia lietteen käsittelymenetelmiä sekä mahdollisia lietteen hyötykäyttökohteita. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään teoreettisesti

puolikemiallisessa prosessissa syntyvän lietteen hyödyntämismahdollisuuksiin ja lietteen käyttöä koskeviin lainsäädännöllisiin, taloudellisiin, ympäristösuojelullisiin ja työsuojelullisiin rajoituksiin. Esitetyt lietteen käsittely- ja hyötykäyttömenetelmät rajattu niihin vaihtoehtoihin, jotka soveltuvat Heinolan Flutingtehtaan kaltaisen puolikemiallisen prosessin tuottamille lietteille.

on

Kokeellisessa osassa tutkitaan Stora Enson Heinolan Flutingtehtaan jätevedenpuhdistusprosessissa syntyvien lietejakeiden soveltuvuutta eri käsittelyihin ja loppukäyttömenetelmiin. Lietteiden poltto-, kompostointi-, maanparannus- ja maanrakennusominaisuudet selvitetään laboratorioanalyysein.

mädätyspotentiaali mitataan laboratoriokokein, joille vertailukohdan tarjoavat ulkopuolisen tahon tuottamat mädätyskokeet. Viimeiseksi selvitetään haastattelututkimuksella Päijät-Hämeen alueen toimijoiden mahdollisuuksia toteuttaa lietteiden hyötykäyttöä. Analyysituloksiin ja haastatteluihin perustuvan arvioinnin pohjalta pyritään selvittämään alueellisesti parhaat hyötykäyttökohteet tehtaan eri lietejakeille.

Lietteiden

KIRJALLISUUSOSA

2. Puolikemiallisen sellu- ja kartonkiteollisuuden jätevesilietteet

2.1. Puolikemiallinen prosessi kartongin valmistuksessa

Yleisin sellun- ja paperinvalmistuksen puolikemiallinen prosessi on NSSC, Neutral Sulphite Semi-Chemical, jossa käytetään neutraaleja olosuhteita ja kemikaalina sulfiittia.

Puolikemiallisessa prosessissa raaka-aineena käytetään usein lehtipuita ja lopputuotteista yleisin on flutingkartonki. (Gullichsen, 1999, pp.102-08)

Prosessin ensimmäinen vaihe on kemiallinen. Siinä hake esihöyrytetään, imeytetään natriumsulfiitilla ja keitetään ligniinisidosten katkaisemiseksi. Käsittely on kuituja säästävä ja sen tarkoituksena on katkoa sidoksia vain juuri sen verran, ettei myöhempi mekaaninen käsittely vahingoita kuituja. Kemiallisessa käsittelyssä tapahtuu natriumsulfiitin avulla sulfonointi, jota nopeutetaan 160-190 °C lämpötilalla, sekä hydrolyysi, jossa liukenee ligniinin lisäksi paljon hemiselluloosia. Kemiallisen osuuden saanto vaihtelee välillä 75-85 %. (Gullichsen, 1999, pp.102-08)

Kemiallisen käsittelyn jälkeen pehmennyt hake hierretään mekaanisesti karkeaksi selluksi, joka lajitellaan ja pestään. Tyypillisesti hiertämiseen käytetään levyjä uhi mia.

Usein mekaanisessa osuudessa on kaksi vaihetta, alustava h ¡erto, jossa raakasellu syntyy, sekä sellua pidemmälle jauhava toinen hierto, jota seuraa kartonginvalmistus.

(Gullichsen, 1999, pp.102-08). Kuvassa 1 on esitetty Heinolan Flutingtehtaan NSSC- prosessin kaavio (European Commission, 2011). Heinolan Flutingtehtaan prosessit esitellään seuraavaksi tarkemmin.

Hake Höyry Höyry

Leikkuutähteet

Kuorinta, ij^ haketus

Rullaus,

pakkaus ">Flutin6

Keitin Hierto Pesu,

puristus

,, Kartonki- Hierto ч

Puu »

kone

Haihdu- Sooda- kattila

Lipeän valmistus

Na2S03 Höyry * S

NaOH/Na2CO

tus ₃

Lauhde

Kuitupitoiset kanaalivedet Talousvedet

Jäteveden käsittely

Lipeälaitoksen vedet Kaatopaikkavedet

Kuva 1. Heinolan Flutingtehtaan yksinkertaistettu NSSC-prosessikaavio. (European Commission, 2011)

2.2. Heinolan Flutingtehtaan tuotantoprosessi

Stora Enso Oyj:n Heinolan Flutingtehdas valmistaa puolikemiallista aallotuskartonkia pääosin neitseellisestä kuidusta. Pääraaka-aine on koivu, jonka lisäksi käytetään muita lehtipuita kuten haapaa ja leppää. Lisäksi käytetään aaltopahvitehtaiden leikkuutähteitä, joiden osuus raaka-aineista on noin 10 %. (Stora Enso Oyj, 2006) Tehtaan maksimaalinen vuosituotantokapasiteetti on noin 300 000 tonnia kartonkia, jonka valmistukseen kuluu noin 700 000 m3 puuta (Manskinen, 2011).

Raaka-aineesta osa saapuu hakkeena ja osa pyöreänä puuna, joka kuoritaan ja haketetaan. Sekoitetut hakkeet keitetään natriumsulfiittia (Ма250з) sekä natriumhydroksidia (NaOH) tai natriumkarbonaattia (Na2C03) sisältävässä keittoliuoksessa. Keiton saanto on noin 80 %. (Riuttanen, 2011) Keitetyn

kaksivaiheisen kuidutuksen ja pesun jälkeen se sekoitetaan aaltopahvin leikkuutähteiden kanssa, jotka on omassa prosessissaan aiemmin pulpperoitu, lajiteltu ja sakeutettu.

(Stora Enso Oyj, 2006) Sekoitettu massa johdetaan kartonkikoneelle ja massan pesuvesi haihduttamoon.

massan

Kartonkikoneella massan sisältämästä vedestä 90 % poistuu viiraosalla, puristinosalla ja kuivatusosalla. Valmis kartonki rullataan ja leikataan lopuksi asiakkaan tilaamaan

leveyteen. Käytetty vesi ja kemikaalit kierrätetään. Massan pesuvedestä haihdutetaan vettä, jolloin jäljelle jää mustalipeää. Mustalipeä poltetaan soodakattilassa ja liuotetaan viherlipeäksi, joka sisältää natriumkarbonaattia ja natriumsulfidia. Natriumsulfidi esikarbonoidaan, höyrytetään ja sulfonoidaan takaisin natriumsulfiitiksi. Kemikaalit saadaan näin talteen ja puuaines muutettua energiaksi. (Riuttanen, 2011)

Soodakattilan teho on 33 MW, ja sillä tuotetaan 1/4 tehtaan tarvitsemasta energiasta.

Voimalaitoksen primäärikattilassa tehdas polttaa turvetta, kuorta ja kivihiiltä.

Primäärikattilan teho on noin 120 MW. Tehdas tuottaa omasta sähköntarpeestaan noin 2/3 ja kaiken tarvitsemansa lämmön. (Riuttanen, 2011) Primäärikattilan ja soodakattilan lisäksi sähköä voidaan tuottaa poikkeusolosuhteissa käytettävällä varakattilalla (Liikola, 2011). Ylijäämälämpöä hyödynnetään kaupungin kaukolämpönä.

2.3. Jäteveden käsittely puolikemiallisella sellu- ja kartonkitehtaalla

Puolikemiallisilla tehtailla suurin osa valmistusprosessissa syntyvästä kiinteästä jätteestä kulkeutuu jätevedenpuhdistukseen, missä siitä poistetaan esiselkeytysvaiheessa primäärilietteenä keskimäärin 91 %. (Saunamäki, 1997) Menetelminä voidaan käyttää siivilöintiä, laskeutusta tai flotaatiota (Forsius & Assmuth, 1990).

Mekaanisen käsittelyn jälkeen on vuorossa biologinen puhdistusvaihe, sekundäärinen käsittelyprosessi, joka on nykyään Suomessa useimmiten aktiivilieteprosessi (Forsius &

Assmuth, 1990). Aktiivilieteprosessissa

ilmastusaltaaseen käsiteltäväksi. (Hynninen et ai., 2008, pp.146-62) Loppu liete kerätään biolietteenä pois prosessista.

osa lietteestä kierrätetään uudelleen

Muiden käsittelyvaiheiden oheen voidaan lisätä vielä kemiallinen saostus, jonka ansiosta kiintoaine flokkautuu voimakkaammin. Tämän jälkeen kemiallinen liete voidaan erottaa esimerkiksi flotaation avulla, jolloin kiintoaine kerätään altaan pinnalta kaapimalla.

Kemikaalikäsittely on mahdollinen niin vedenpuhdistusprosessin alussa, lopussa kuin rinnallakin. Flotaatiomenetelmää käytetään kuitenkin yleensä vain tertiäärikäsittelynä.

Kemiallisen käsittelyn tarkoituksena on tehostaa puhdistusta ja siinä voidaan käyttää monia eri kemikaaleja. (Forsius & Assmuth, 1990) Heinolan Flutingtehtaalla

flotaatiokäsittelyssä käytetään polymeerinä esimerkiksi alumiinisulfaattia (Riuttanen, 2011^).

Kuorimolla syntyy puu- ja kuitupitoista jätevettä, josta liete erottuu yleensä etuselkeytyksessä yhdessä kuitulietteen kanssa, kuten Heinolan Flutingtehtaalla. Eri jätevedenkäsittelyn vaiheissa syntyvät puru-, kuitu-, bio- ja flotaatioliete poikkeavat ominaisuuksiltaan toisistaan. Taulukossa 1 on esitelty puru-, kuitu- ja biolietteen tyypillisiä koostumuksia Suomen kemiallisessa metsäteollisuudessa. Taulukko 2 puolestaan esittelee haitallisten aineiden pitoisuuksia kuitu-, seka- ja flotaatiolietteessä.

(Ojanen, 2001; Hynninen et ai., 2008, pp. 146-162; Toikka, 1999) Luvuissa 2.5-2.7 käsitellään yksityiskohtaisemmin eri lietejakeita ja niiden ominaisuuksia.

Taulukko 1. Puru-, kuitu- ja biolietteen tyypillisiä koostumuksia. (Ojanen, 2001) (Hynninen et ai., 2008)

Puruliete Kuituliete Bioliete

Tuhka(%) 2,5 5-60 15-20

Kuidut (%) 40-65

Hiili (%) 50 25-45 45-47

Vety (%) 6 3-5,5 5,4-6,5

Happi (%) 34 15-35 25-35

Typpi (%) 0,8 1,2-4,5 l,5-4,7

Rikki (%) 0,02 <0,5 1,2-3,8

Natrium (%) 0,4-1,6

Fosfori (%) <0,1 0,3-0,8

Kloori (%) 0,2-0,5 0,1-0,7

Kalium (%) 0,1-0,3

C/N 32-930:1 6-115:1

Tehollinen lämpöarvo (MJ/kg) 12-19 15,5-18,5

Taulukko 2. Raskasmetallipitoisuuksia kuitu-, seka- ja flotaatiolietteessä (mg/kg ka.).

(Hynninen et ai., 2008) (Toikka, 1999)

Kuituliete Kuitu-ja bioliete Flotaatioliete

Arseeni <5,0 0,5-13

Kadmium 0-2,5 0,5-4 0,1-7

Kromi 1-65 9-76

Kupari 3,4-31 9,3-60 11-88

Elohopea 0^-0,2 0,03-0,5

Nikkeli 7,0-26,7 7-40 1-30

Lyijy 0,1-5,5 5-13 3-23

Sinkki 90-510 67-730

2.4. Heinolan Flutingtehtaan jätevedenpuhdistus ja lietteet

Heinolan Flutingtehtaan puhtaat vesijakeet, kuten jäähdytysvedet, ohjataan käsittelemättöminä takaisin vesistöön. Tehtaalla syntyvät jätevedet taas johdetaan jätevedenpuhdistusprosessiin, joka koostuu etuselkeytyksestä, aktiivilietelaitoksesta ja jälkiflotaatiosta. Jäteveden käsittelyyn ohjataan myös tehtaalla syntyvät ja tehtaan välittömässä läheisyydessä sijaitsevien kolmen kerrostalon saniteettivedet. (Stora Enso Oyj, 2006) Heinolan Flutingtehtaan jätevedenpuhdistuksen prosessikaavio on esitetty kuvassa 2.

i

I

▼

UUOTUSSÄILIÖ *" LAUHDEVESIEN

VARASTOALLAS TASAUSSÄILIÖ

MBP TARKKAILUKAIVO JAKOKAIVO

1 VAROALLAS

T

ILMASTUSALLAS I

TIIVISTIN I

I

1

JALKISELKEYTYS JAKOKAIVO

TARKKAILUKAIVO

bioliete

I

KIRKASTEKAIVO

flotaatioliete

J

puruliete

LIETESÄILIÖ2 LIETESAILIOl

SUOTONAUHAPURISTIN LINKO

T T

L

Kuva 2. Heinolan Flutingtehtaan jätevedenkäsittelyn prosessikaavio. (Hämäläinen, 2011)

Etuselkeytyksessä eli primäärikäsittelyssä kiintoaine laskeutetaan mekaanisesti altaan pohjalle, mistä se kerätään talteen (Stora Enso Oyj, 2006). Laskeuttamisen nopeuttamiseksi Heinolan Flutingtehtaalla käytetään flokkikokoa kasvattavaa anionista polymeeriä. Kerätty liete koostuu primääri- ja purulietteistä eli pääosin kuiduista ja puuaineksesta. Puruliete on peräisin keittämöltä. Primääriliete kulkeutuu jätevedenpuhdistukseen kuitupitoisen kanaaliveden sekä kuorimon pesuveden mukana.

(Hämäläinen, 2011) Purulietepitoinen jätevesi voidaan Heinolan Flutingtehtaalla myös

kuiva-ainepitoisuuteen kuivuva massa puhalletaan suoraan polttoon (Riuttanen, 2011).

Poltto on kuitenkin ollut ongelmallista, sillä polttoprosessi tukkeutuu herkästi lietettä poltettaessa. Niinpä poltettavan lietteen määrä on jäänyt hyvin pieneksi.

Etuselkeytyksen jälkeen on vuorossa jäteveden biologinen käsittely eli aktiivilietelaitos, jota ennen jäteveteen lisätään liuotussäiliössä typpeä, fosforia ja vaahdonestoainetta.

Samassa yhteydessä pH säädetään natriumhydroksidilla. Aktiivilietelaitokselle saapuu etuselkeyttimeltä tulevan veden lisäksi lipeälaitoksen sekundäärilauhdetta, joka on käytännössä laimeaa etikkahappoa. Biologisessa puhdistuksessa poistetaan jätevedestä erityisesti orgaanisia epäpuhtauksia, jolloin BOD-arvo pienenee lähes nollaan ja COD keskimäärin puolittuu. Samalla lietteen kiintoaineen määrä kasvaa ja kasvu poistetaan ylijäämälietteenä eli biolietteenä. (Hämäläinen, 2011)

Ensimmäisenä aktiivilietelaitoksen vaiheena toimii MBP-laitos (Minimum Biosludge Process), joka esikäsittelee vettä mikrobien avulla muutaman tunnin ajan

ilmastusallasta. Jäteveden viipymäaika ilmastusaltaassa on noin viisi vuorokautta.

Jälkiselkeyttimellä liete laskeutuu altaan pohjaan, josta se pääosin palautetaan aktiivilietelaitoksen toimintaperiaatteen mukaisesti uudestaan ilmastusaltaaseen. (Stora Enso Oyj, 2006)

ennen

Heinolan Flutingtehtaalla viimeinen jätevedenpuhdistuksen vaihe on tertiääri käsittely, jossa anionisen polymeerin avulla nostetaan liete flokkeina pintaan. Polymeerinä käytetään hienojakoista kiintoainetta sitovaa alumiinia, joka syötetään alumiinisulfaattiliuoksena. Ennen flotaatiota lietteen pH säädetään rikkihapon (H2SO4) avulla flokkaukselle optimaaliseksi ja lietteeseen lisätään vaahdonestoainetta. Pintaan nouseva flotaatioliete poistetaan altaasta ylitteenä ja puhdistettu jätevesi puretaan vesistöön. Flotaatiolla pyritään tässä tapauksessa varmistamaan vesistöön laskettavan veden riittävä puhtaus erityisesti orgaanisen aineen ja ravinteiden osalta.

Flotaatiovaihetta käytetään Heinolan Flutingtehtaalla tyypillisesti kylminä vuodenaikoina, kun aktiivilietelaitoksella ei saada puhdistettua jätevettä riittävän tehokkaasti biolietteen hajotessa hitaammin. (Stora Enso Oyj, 2006)

Primääri-ja puruliete johdetaan lietteenkäsittelyyn erillisiä reittejä, sen sijaan bioliete ja flotaatioliete yhdistetään yhdeksi lietejakeeksi ja johdetaan tiivistämöön. Lietteet siirretään kuljettimilla kuivaukseen, johon kuuluu kaksi erillistä, rinnakkain toimivaa kuivainta. Suotonauhapuristimelle ajetaan aina primääri- ja purulietteet ja tarvittaessa myös bio-ja flotaatiolietteet. Suotonauhapuristimen jälkeen lietteen kuiva-ainepitoisuus on 13-35 %. Toinen kuivain on linko, jota varten liete kunnostetaan kanonisella polymeerillä. Lingolle voidaan ajaa kaikkia lietteitä, mutta tällöin ajettavuus tyypillisesti kärsii kuitulietteen kiinteiden partikkeleiden takia. Yleensä lingolle ohjataankin ainoastaan bio- ja flotaatiolietettä, joiden kuiva-ainepitoisuudeksi saadaan lingon jälkeen noin 12 %. Sekoittamalla bio- ja flotaatiolietteeseen pieniä määriä kuitu- ja purulietettä voitaisiin mahdollisesti parantaa lingon ajettavuutta. Suotonauhapuristimen tai lingon jälkeen lietteet kuljetetaan välivarastoon tehdasalueelle. (Hämäläinen, 2011) Välivarastossa lietteet sekoittuvat ja kuivuvat. Talvella varastointiajat pitenevät, sillä lietteen kuljetus vaikeutuu pakkasella. Tyypillisesti välivarastolta lietteitä on noudettu tehtaan ulkopuolelle esimerkiksi käsiteltäväksi tai kaatopaikkojen maanrakennusaineeksi. (Korhonen, 2011)

Sekundäärilauhde kattaa noin kolmasosan jäteveden COD-kuormasta, toisen kolmasosan muodostavat purulietettä sisältävät vedet ja viimeinen kolmasosa koostuu lopuista jätevesijakeista. Puru- ja primäärilietettä syntyy käytännössä aina vakiomäärä suhteessa käytettyyn raaka-aineeseen. Biolietettä syntyy talvisin enemmän kuin kesäisin, sillä kuorimolla jäisen puun sulatuksessa siirtyy enemmän orgaanista ainetta jäteveteen. Lisäksi alhaisessa lämpötilassa aktiivilietelaitoksen bioliete hajoaa hitaammin. (Hämäläinen, 2011)

Biolietettä ja flotaatiolietettä joudutaan päästämään lietteenkäsittelyyn jaksoittain, sillä ne kuljetetaan sinne samaa linjaa pitkin. Tämä vaikeuttaa biolietteen poistamista prosessista, sillä flotaatiolietettäkin syntyy talvisin enemmän. Biolietettä joudutaankin tällöin kierrättämään aktiivilietelaitoksella pidempään lietteenkäsittelyyn vievän linjan ollessa varattuna flotaatiolietteelle. Tällöin lietemäärä ilmastusaltaassa kasvaa ja mikrobien toiminta vaikeutuu entisestään. (Hämäläinen, 2011) Flotaatiolaitosta ei

käytetä lainkaan silloin, kun aktiivilietelaitos toimii tehokkaasti, tyypillisesti lämpiminä kuukausina (Korhonen, 2011).

Taulukossa 3 on esitetty tehtaan lietemääriä viime vuosina. Puru- ja kuituliete kattavat lietteen kokonaismäärästä noin 2/3, loppu on bio- ja flotaatiolietettä. Taulukosta nähdään, että lietemäärät ovat lähes kaksinkertaistuneet viimeisten viiden vuoden aikana. (Korhonen, 2011) Kasvua on tapahtunut niin puru- ja kuitulietteen kuin bio- ja flotaatiolietteenkin osalta. Puru- ja kuitulietteen määrä on lisääntynyt viidessä vuodessa noin 85 %, bio- ja flotaatiolietteen yli 70 %. Lietemäärien kasvu johtuu esimerkiksi tehtaan tehostetuista ilman- ja vedenpuhdistusprosesseista. (Manskinen, 2011) Vaikka lietettä käytetään jo maanrakennukseen ja pienissä määrissä polttoon, ei kaikelle lietteelle ole löydetty kustannustehokasta käsittely- tai hyötykäyttöratkaisua.

Taulukko 3. Tehtaan lietemääriä märkinä tonneina vuosina 2006-2010. (Korhonen, 2011)

Vuosi Puru- ja

kuituliete (t)

Bio- ja flotaatioliete (t)

Liete yhteensä Kuiva-aine

(t) (%)

2006 14427 7128 21555 16,9

2007 19142 8641 27783 16,0

2008 19497 7404 26901 15,2

2009 23236 10850 34086 14,4

2010 26699 12308 39007 14,8

2.5. Kuitu- ja purulietteet

Esikäsittelyssä erottuvaa kuitu- eli primäärilietettä syntyy kemiallisen ja puolikemiallisen massan valmistuksessa lopputuotetta kohden noin 20-30 kg/t. (Forsius & Assmuth, 1990) Primääri- eli kuituliete koostuu pääosin kuiduista, kuoresta sekä epäorgaanisesta osasta. (Nurmesniemi et ai., 2007) Kuten Heinolan Flutingtehtaalla, kuitulietteeseen yhdistetään muillakin tehtailla usein puruliete. (Hynninen et ai., 2008, pp.146-62) Primäärilietteen, kuten muidenkin lietteiden ominaisuudet riippuvat merkittävästi prosessista ja käytetyistä raaka-aineista (Ochoa de Aida, 2008).

Mekaanisella kuidutuksella valmistettua massaa käyttävän metsäteollisuuden lietteessä on suhteessa enemmän hienoainesta, tuhkaa ja uuteaineita kuin kemiallista massaa käyttävillä tehtailla, mutta toisaalta vain vähän ravinteita (Forsius & Assmuth, 1990).

Primäärilietteen kuiva-ainepitoisuus on käsittelemättömänä yleensä 0,5-3 % (Ojanen, 2001). Kuitujen osuus lietteestä voi vaihdella välillä 40-95 %. Tuhkapitoisuus saattaa korkeimmillaan olla jopa 60 %. (Rantala et ai., 2000) Talousjätevesien puhdistukseen verrattuna metsäteollisuudessa esiselkeytyksessä jätevedestä lietteen mukana poistuvan orgaanisen aineen määrä on huomattavasti pienempi (Thompson et ai., 2001).

Typpi- ja fosforipitoisuudet ovat primäärilietteessä huomattavasti biolietettä ja yhdyskuntalietettä alhaisemmat. Primäärilietteen hiili-typpisuhde C:N vaihtelee välillä 32-930:1. Pääosa typestä on peräisin orgaanisista yhdisteistä, fosfori taas puuaineksesta ja prosessikemikaaleista. (Forsius & Assmuth, 1990)

raskasmetallipitoisuudet jäävät yleensä hyvin pieniksi, kuten taulukosta 2 nähtiin (Hynninen et ai., 2008, pp.146-62). Kokeellisessa osassa paneudutaan tarkemmin Heinolan Flutingtehtaan kuitu-ja purulietteen ominaisuuksiin.

Primäärilietteiden

2.6. Biolietteet

Prosessista poistettavan ylijäämälietteen eli biolietteen määrä riippuu laitoksen kuormitusasteesta. Keskimäärin biolietettä syntyy kemiallisen sellunvalmistuksen yhteydessä lopputuotetta kohti 10-20 kg/t (Forsius & Assmuth, 1990). Mekaanista massaa valmistettaessa biolietteen määrä on lopputuotetta kohden noin 8-15 kg/t ja paperituotteita valmistettaessa 1-5 kg/t (Toikka, 1999). Kuivatun biolietteen kiintoaineen osuus vaihtelee useimmiten välillä 20-60 % riippuen käytetystä vedenpoistotekniikasta (Nurmesniemi et ai., 2007).

Sellu- ja paperitehdasintegraateissa biolietteen ligniinipitoisuus vaihtelee välillä 30-70

%. Loppuosa biolietteestä koostuu pääosin valkuaisaineista, rasvoista ja hiilihydraateista.

(Ojanen, 2001) USA:ssa tutkittujen biolietteiden typpipitoisuus on ollut vain kaksi kolmasosaa ja fosforipitoisuus viidesosa kunnallisten lietteiden pitoisuuksista.

Biolietteen C:N-suhde on vaihdellut välillä 6-115:1 (Forsius & Assmuth, 1990).

Biolietteen COD-pitoisuudessa on huomattavia eroja eri tehtaiden välillä (Kyllönen et ai., 2010).

Biolietteen makrokomponenttien pitoisuuksia ja tuhkan osuus biolietteestä kolmella eri puunjalostustehtaalla Suomessa on esitetty taulukossa 4. (Forsius & Assmuth, 1990) Heinolan Flutingtehtaan biolietteen ominaisuudet esitellään työn kokeellisessa osassa.

Taulukko 4. Biolietteen pitoisuuksia eri tehtailla. (Forsius & Assmuth, 1990)

Kartonkitehdas Sellu- ja paperitehdas 1

Sellu-ja paperitehdas 2

Proteiini (%) 29,43 16,96 26,31

Rasva(%) 8,05 2,51 4,32

Selluloosa (%) 40,60 21,50 22,30

Typettömät hiilivedyt (%) 21,92 59,03 47,07

Tuhka(%) 37,10 28,10 15,10

2.7. Tertiäärikäsittelyn Hetteet

Tertiäärikäsittelyn lietteitä voidaan kutsua myös kemiallisiksi tai flotaatiolietteiksi (Forsius & Assmuth, 1990). Yleensä kemiallinen käsittely tähtää lähinnä fosforin ja kiintoaineen vähentämiseen jätevedessä, ja suosituimpia kemikaaleja kemiallisessa käsittelyssä ovat rauta- ja alumiinipohjaiset yhdisteet sekä kiintoaineita flokkaavat polymeerit (Ojanen, 2001).

Kemiallista lietettä syntyy tehtailla usein merkittäviä määriä, ja se on muiden lietteiden tapaan hyvin märkää. Orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden osuus kemiallisesta lietteestä vaihtelee paljon, sillä lietteen koostumukseen vaikuttavat lopputuotteen valmistusprosessin lisäksi jäteveden käsittelyssä käytettyjen flokkausaineiden tyyppi sekä annostelu. (Monte et ai., 2009) Kemiallisen lietteen tyypillinen koostumus on esitetty taulukossa 5 (Toikka, 1999). Heinolan Flutingtehtaan flotaatiolietteen ominaisuuksiin perehdytään tarkemmin työn kokeellisessa osassa.

Taulukko 5. Kemiallisen lietteen keskimääräinen koostumus Suomen massa-, paperi- ja kartonkitehtailla. (Toikka, 1999)

Kemiallinen liete

Orgaaninen aines (%) 52-88

N(g/kg) 1-48

P(g/kg) 0,2-11

S (g/kg) 0,3-30

Si (g/kg) 1-70

AI (g/kg) 6-200

Ca (g/kg) 1-78

Fe (g/kg) 2-10

K (g/kg) 0,5-2

Mg (g/kg) 0,5-12

Na (g/kg) 0,5-3

Kemiallisella käsittelyllä voidaan vähentää fosforin ja orgaanisten aineiden määrää jätevedessä jopa yli 90 %. Toisin sanoen kemiallinen liete sisältäisi näitä aineita huomattavia määriä, ellei jätevettä olisi käsitelty jo aiemmin muilla menetelmillä.

(Ojanen, 2001) Kemikaalit voivat kuitenkin vaikeuttaa lietteen käsittelyä, esimerkiksi alumiini hankaloittaa lietteen kuivaamista ja heikentää lietteen poltto-ominaisuuksia.

Kemiallisen lietteen sisältämä ilma taas asettaa haasteita lietteen siirtelylle pumppaamalla. (Turunen, 2003) Kemiallinen liete onkin usein rakenteeltaan haurasta, mistä johtuen lietteen vedenpoistossa ja jälkikäsittelyssä voi ilmetä ongelmia (Lohiniva et ai., 2001).

3. Lietteiden käsittelymenetelmät 3.1. Tavoitteet ja rajoitteet

Metsäteollisuuden lietteitä syntyy vuosi vuodelta enemmän, kun vesi- ja ilmapäästöjä pyritään vähentämään. Lietteen loppusijoitus on aikaisemmin kohdistunut Suomessa polton lisäksi pääosin tehtaiden omille kaatopaikoille. (Lohiniva et ai., 2001) Lietteen kaatopaikkasijoitusta ja kaatopaikkaverotusta säätelevät kuitenkin Valtioneuvoston päätös kaatopaikoista (Valtioneuvoston asetus, 202/2006) sekä Jäteverolaki (Jäteverolaki, 1126/2010), jonka muutosten myötä lietteen läjittäminen kaatopaikalle on rajoittunut.

Lietteiden hyötykäyttöä rajoittaa lainsäädäntö, joka asettaa erilaisia vaatimuksia lietteiden ominaisuuksille ja käsittelymenetelmille. Ensisijaisesti lietteenkäsittelyssä on pyrittävä toteuttamaan EU:n viiden tason jätehierarkiaa (Euroopan Parlamentti, 2008/98/EY, 4 §), jonka mukaan myös Suomen lainsäädäntö toimii. Ensimmäinen taso on jätteen syntymisen ehkäisy. Jos jätettä kuitenkin syntyy, seuraavaksi parhaat toimintametodit ovat jätteen valmistelu uudelleenkäyttöön, kierrätys tai muu hyödyntäminen esimerkiksi energiana. Vasta viimeisenä vaihtoehtona otetaan käyttöön jätteen loppukäsittely.

Lietteille pitäisikin löytää käsittely- ja hyötykäyttömenetelmiä, jotta liete voitaisiin hyödyntää materiaalina tai energiana sen sijaan että se kuljetettaisiin kaatopaikalle. Osa metsäteollisuuden lietteistä käytetään jo hyödyksi maanrakennuksessa tai muuna materiaalina, mutta käyttökohteiden vertailua ja soveltuvuustutkimusta on polttoa lukuun ottamatta tehty vasta vähän. Taulukossa 6 on esitetty esimerkkinä metsäteollisuuslietteiden käyttökohteet Suomessa vuosina 2009 ja 2010. (Vuoristo, 2011⁾

Taulukko 6. Suomen metsäteollisuuslietteiden käyttökohteet kuivina lietetonneina vuosina 2009ja 2010. (Vuoristo, 2011)

Liete Käyttökohde 2009 2010

Maanrakennus 34 000 30 000

Muu materiaalikäyttö 13 000

Kuitu- ja pastaliete (t)

Energiakäyttö 25 000 10000

Kaatopaikka / muu loppusijoitus 4 000 8 000

Yhteensä 76 000 48 000

Maanrakennus 39 000 39 000

Kompostointi 35 000 20 000

Lannoitus 16 000

Bio- ja sekaliete (t)

Muu materiaalikäyttö 3 000 3 000

Energiakäyttö 232 000 272 000

Kaatopaikka / muu loppusijoitus 40 000 67 000

Yhteensä 349 000 417000

Tässäkin työssä huomioidaan jätehierarkia ja sen mukaiset lietteenkäsittelyn periaatteet.

lietteen käsittelyssä ja hyötykäytössä yleisesti pätevät Suomen Ympäristönsuojelulaki (Ympäristönsuojelulaki, 86/2000) sekä Suomen Jätelaki (Jätelaki, 646/2011), joka uudistuu 1.5.2012 painottaen jätteen synnyn ehkäisyä, jätteen hyötykäyttöä ja tuottajavastuuta. EU:n direktiiveistä lietteenkäsittelyä koskevat Lietedirektiivi 86/278/EEC, Jätepuitedirektiivi 91/156/EEC, Jätevesidirektiivi 91/271/EEC, Nitraattidirektiivi

Lisäksi

91/676/EEC, Kaatopaikkadirektiivi 1999/31/EC ja Jätteenpolttodirektiivi 2000/76/EC. (Rantanen et ai., 2008)

Lietteen soveltuvuus eri käsittelyihin ja loppukäyttömenetelmiin on selvitettävä tapauskohtaisesti. Lietteiden ominaisuudet voivat rajoittaa niiden käyttöä, jos prosessi kärsii tai ympäristölle aiheutuu haittaa. Lietteet saattavat myös sisältää patogeenejä tai legionellaa, jotka aiheuttavat terveysriskin lietteenkäsittelyssä. (Beuchamp et ai., 2006) Patogeenit päätyvät lietteisiin kulkeutumalla ympäristöstä jätevedenpuhdistamoille,

missä vallitsevat niille suotuisat elinolosuhteet (Aatinen, 2010). Heinolan Flutingtehtaalla jätevedenkäsittelyyn ohjautuvat saniteettivedet voivat myös sisältää taudinaiheuttajia.

Lietteistä on löydetty patogeeneistä ainakin /C/ebs/e/Zo-bakteereita, jotka voivat aiheuttaa ihmiselle esimerkiksi ruuansulatus-, virtsa- ja keuhkotauteja. Klebsiella voi levitä lietteestä maatalouskäytössä kasveihin ja hedelmiin, joten viljelijät tulisi pitää ajan tasalla lietteen mahdollisista patogeeneistä. Kolibakteereille on asetettu enimmäispitoisuudet lietteessä, erityistapauksena kolibakteereihin kuuluva salmonella, jota saa olla lietteissä vain hyvin vähäisiä määriä. (Aatinen, 2010) Lietteenkäytön terveydelliset rajoitteet koskevat lähinnä lietteen kanssa työskentelevien suojautumista sekä lietteen lannoitekäyttöä. Lannoitevalmisteasetus sisältää rajoitteet lietteen taudinaiheuttajia ja mikro-organismeja koskien (Maa- ja metsätalousministeriö, 1784/14/2011). Terveydensuojelulaki (Terveydensuojelulaki, 763/1994, 22 §) vaatii yleisesti jätteiden säilyttämisen, keräämisen, käsittelyn, kuljettamisen ja hyödyntämisen tapahtuvan niin, ettei niistä aiheudu terveyshaittoja.

Suurimman haasteen lietteiden käytölle aiheuttaa niiden vesipitoisuus.

Käsittelemättömänä lietettä on vaikea käyttää hyödyksi. Lietteen vesipitoisuus nostaa erityisesti polton kustannuksia. Lietteenkäsittelyllä pyritäänkin muiden ominaisuuksien, kuten stabiiliuden parantamisen lisäksi nostamaan lietteen kuiva-ainepitoisuutta.

Seuraavaksi esitellään tarkemmin lietteiden käsittelymenetelmiä jaoteltuna mekaanisiin, termisiin, kemiallisiin, biologisiin ja muihin menetelmiin, sekä käsitellyn lietteen hyötykäyttömahdollisuuksia.

3.2. Mekaaniset käsittelymenetelmät 3.2.1. Mekaaninen kuivaus

Lietteen kuivaamiseen käytetään niin mekaanisia kuin termisiäkin menetelmiä.

Metsäteollisuudessa käytetyimmät mekaaniset kuivauslaitteet ovat suotonauhapuristin, ruuvipuristin ja linko, jotka myös tiivistävät lietettä,

puristimia ja suodattimia, joiden käyttö on vähentynyt tehokkaampien ratkaisujen tullessa käyttöön. (Ojanen, 2001) Kuivausta tehostetaan yleensä kemikaaleilla, joita tarvitaan kuivaa lietettä kohden sekalietteille 1-5 kg/t ja biolietteille jopa 10 kg/t (Forsius & Assmuth, 1990).

Lisäksi on muita erimallisia

Mekaanisessa lietteen kuivauksessa sähköä kuluu noin 1-1,5 kWh kuivattavaa lietetonnia kohden (Lohiniva et ai., 2001). Suotonauhapuristin on Suomessa yleisin mekaaninen vedenerotuslaitteisto, jolla saavutetaan kuitulietteille kuiva- ainepitoisuudeksi jopa 40-50 % ja sekalietteille 25-40 %. Suotonauhapuristimen vedenpoistotehokkuus riippuu lietteen käsittelystä ennen kuivausta, lietteen ominaisuuksista sekä kuivauslaitteiston toiminnasta. Suotonauhapuristimella saadaan paras kuivaustulos, jos liete on ensin käsitelty kemikaalein. Suotonauhapuristimen tehoa voidaan lisätä imun avulla. (Hynninen et ai., 2008, pp.146-62) Lietteen ominaisuuksista tärkeitä ovat flokkautuvuus ja lietteen suotautumisvastus (Ojanen, 2001).

Ruuvipuristin on paljon käytetty kuivain, sillä sen avulla saavutetaan muihin kuivaimiin verrattuna suhteellisen korkea kuiva-ainepitoisuus, jopa 50 %. Ruuvipuristimessa kartioruuvi kuljettaa lietettä puristimessa, jolloin vettä poistuu revitetyn vaipan läpi.

Höyryn käytöllä voidaan tehostaa veden poistumista ruuvista. (Ojanen, 2001)

Linkous perustuu keskipakoisvoimaan, ja lietteeltä vaaditaan sitä varten tiettyjä ominaisuuksia, joita ovat mm. laskeutuvuus, rullattavuus ja flokin vahvuus. Linkous myös tiivistää lietettä. Linkouksen avulla ei ole päästy yhtä korkeisiin kuiva-ainepitoisuuksiin kuin aiemmin mainituilla menetelmillä. Toisaalta se sopii myös lietteille, joilla on heikot vedenpoisto-ominaisuudet, esimerkiksi biolietteelle. (Ojanen, 2001) Joissakin tutkimuksissa linkouksella on kuitenkin saavutettu yllättävän hyviä kuiva- ainepitoisuuksia, jopa parempia kuin suotonauhapuristimella (Novak, 2006). Näiden

tulosten saavuttamiseen on toisaalta vaadittu tavanomaista enemmän käsittelykemikaaleja.

3.2.2. Geotuubaus

Lietteen esikäsittelyssä voitaisiin hyödyntää geotuubausta, joka on Keski-Euroopassa jo laajalti tunnettu menetelmä märkien massojen käsittelyyn. Geotuubauksen periaatteena on poistaa vettä kosteasta massasta massan aiheuttaman paineen avulla. Liete syötetään säkkiin, jonka sisään kiintoaines ja siihen sitoutuneet haitta-aineet jäävät. Vesi poistuu reikien kautta geotuubista. Alkuvaiheessa ennen hienoaineen holvautumista reikien suulle rei'istä saattaa päästä läpi myös jonkin verran hienoainetta. (Nerg, 2005)

Geotuubimenetelmä on patentoitu USA:ssa. Alun perin menetelmä on suunniteltu noin 5 % kiintoainetta sisältäville massoille. Jos vedenerotus toimii halutulla tavalla, voi jopa 99 % kiintoaineesta jäädä tuubiin. Geotuubi koostuu ulommasta säkistä, joka varmistaa hienoaineen jäämisen säkkien sisäpuolelle, sekä sisemmästä säkistä, joka pääosin jo erottaa hienoaineen vedestä. Säkkien pituus voi vaihdella alle metristä jopa yli sataan metriin. Veden virtausnopeus geotuubin läpi riippuu säkkien materiaalista sekä geotuubin ja massan ominaisuuksista. (Egan, 2004) Niin ulomman kuin sisemmänkään säkin materiaalilla ei kuitenkaan ole juuri vaikutusta kuivatustehoon (Fowler et ai., 2011^).

Massan viipymäaika geotuubissa halutun kuiva-ainepitoisuuden saavuttamiseksi on useita kuukausia, jopa puoli vuotta. Hienoaineiden saostumista voidaan tehostaa flokkuloivien kemikaalien avulla. Haasteen flokkulantin valinnalle asettaa kuitenkin lietteiden vaihteleva kuiva-ainepitoisuus. (Nerg, 2005)

Geotuubiin jäänyt kiinteä jäte, tässä tapauksessa liete, voidaan loppukäyttää esimerkiksi kompostoimalla, mädättämällä tai polttamalla, kuten muillakin menetelmillä kuivattu liete. Sitä voidaan käyttää myös lietteen ominaisuuksien puitteissa maanrakentamisessa sellaisenaan tai joihinkin kohteisiin jopa geotuubin sisällä. Geotuubi itsessään on kertakäyttöinen eikä sitä voida käyttää uudestaan samaan tarkoitukseen. (Hagman, 2010⁾

Geotuubien alle on syytä rakentaa prosessin ajaksi allasrakenne, jonka avulla geotuubista suotautunutta vettä voidaan ohjailla haluttuun suuntaan, esimerkiksi vesistöön tai jatkopuhdistukseen. Geotuubia ja allasrakennetta voi tarkastella kuvasta 3, jossa biomassan vesi suotautuu geotuubin lävitse. (Nerg, 2005)

■feds- -

"

mk

ñmmw

МфГ !

If ЗжЖ ■тШ

' -s Í>.-

ШшШттт-: _

МКюЩ- :Хь

■hiiS.av',

;-1>

ШШШш

ШШШ'НШ Mt

шт Шт

§т шш

..

п; _:Х,

^ X»- {X

Kuva 3. Geotuubi, josta suotautuu vettä varoaltaaseen. (Nerg, 2005)

Suomessa menetelmää on kokeiltu mm. Oy Metsä-Botnia Ab:n Kaskisten sellutehtaalla vanhan lietelammikon tyhjentämisen yhteydessä. Liete pumpattiin useisiin pieniin geotuubeihin, joissa se sakeutui talven yli noin 30-50 % kuiva-ainepitoisuuteen.

Suotautuva vesi hyödynnettiin ohjaamalla se takaisin lietealtaaseen lisävedeksi. Lopuksi vesi johdettiin jätevedenpuhdistamoon ja liete kerättiin talteen. (Ympäristölupavirasto, 2005)

3.3. Termiset käsittelymenetelmät 3.3.1. Terminen kuivaus

Termisessä kuivauksessa poistetaan lietteeseen jäljelle jäänyttä vettä haihduttamalla.

Usein termistä kuivausta käytetään vaiheena mekaanisen kuivauksen jälkeen. Lietettä lämmitetään suoraan tai epäsuoraan höyryllä, termoöljyllä tai kuumalla ilmalla.

Kontaktikuivurissa liete levitetään kuumalle pinnalle, konvektiokuivurissa kuuma kaasuvirta taas johdetaan lietteen läpi. (Lohiniva et ai., 2001) Lämmitettäessä veden viskositeetti laskee ja sen kemiallinen rakenne rikkoutuu (Forsius & Assmuth, 1990).

Terminen esihydrolyysi 150-180 °C lämpötilassa erottaa ligniinipartikkeleita toisistaan, jolloin esimerkiksi myöhempi mädätys helpottuu. Lietteen kuivatusaste määrää, muuttuuko liete käsittelyssä pölymäiseksi vai granuloituneeksi. (Pöyry Environment Oy, 2007) Pölymäinen liete johdetaan yleensä suoraan polttoon vaarallisuutensa vuoksi, granuloitunut liete taas voidaan hyödyntää esimerkiksi rakeistamalla ja käyttämällä tuote lannoitevalmisteena.

Termisessä kuivauksessa voidaan saavuttaa jopa yli 90 % kuiva-ainepitoisuuksia, jolloin lietteen tehollinen lämpöarvo paranee huomattavasti (Pöyry Environment Oy, 2007).

Terminen kuivaus hienontaa lietettä, pienentää lietteen massaa ja pysäyttää biologisen toiminnan (Ojanen, 2001). Tällöin myös haitalliset bakteerit, kuten kolibakteerit ja legionella kuolevat (Rantala et ai., 2000). Termisesti kuivattua lietettä onkin kokeiltu esimerkiksi karjalle tarjottavana rehuna, mutta tuotteen markkinoinnissa on ilmennyt hankaluuksia raaka-aineen vuoksi (Hynninen et ai., 2008, pp.146-62).

Terminen kuivaus aiheuttaa merkittäviä kustannuksia lämmitysenergian suuren tarpeen takia. Sähköenergiaa tarvitaan 4-5 kWh/m3 ja lämpöenergiaa 3000-3500 kJ haihdutettua vesikilogrammaa kohti. (Lohiniva et ai., 2001) Suomessa terminen kuivaus ei ole vielä yleistynyt, mutta Keski-Euroopassa se on jo suosittu menetelmä (Pöyry Environment Oy, 2007). Suomessa termisen kuivauksen käyttö saattaakin tulevaisuudessa lisääntyä.

3.3.2. Pyrolyysi ja kaasutus

Pyrolyysi on terminen menetelmä, jossa lietettä kuumennetaan hapettomissa olosuhteissa orgaanisen aineen hajottamiseksi. Pyrolyysi n tärkeimmät lopputuotteet ovat vesi, hiilimonoksidi sekä erilaiset hiilivedyt. Kuumennuslämpötilasta riippuen menetelmällä voidaan valmistaa hiiltä, öljyä tai kaasua. Pyrolyysihiili sopii polttoaineeksi energiantuotantoon, pyrolyysiöljy taas esimerkiksi biodieselin raaka-aineeksi. (Kujalan Komposti Oy, 2011)

Selluloosan hajoaminen lietteessä vaikuttaa huomattavasti lietteen pyrolyysiominaisuuksiin, ja joissakin lietteissä jo matala lämpötila riittää käynnistämään pyrolyysin (Méndez et ai., 2009). Lietteen paino ja tilavuus pienenevät pyrolyysissa, mutta jonkin verran ravinteita säilyy (Shinogi et ai., 2003). Pyrolyysissa saanto on keskimäärin vain 25 %. (European Commission, 2005) Savukaasut on syytä puhdistaa, mutta kokonaisuudessaan menetelmän pääoma- ja käyttökustannukset ovat tutkimuksen mukaan alemmat kuin lietteenpoltossa (Mahmood & Elliott, 2006).

Käytännössä lietettä ei vielä käytetä suuressa mittakaavassa hiilituotteissa, mutta sen soveltuvuutta esimerkiksi biohiileksi on tutkittu. Biohiiltä voidaan valmistaa biolietteestä pyrolyysilla hapettomissa olosuhteissa 350-600 °C lämpötilassa. Biomassan paahtaminen onnistuisi käytännössä jopa nykyisillä voimalaitosten hiilikattiloilla. (Isotalo

& Rouhiainen, 2010)

USA:ssa on patentoitu menetelmä (Kobayashi, 1979), jolla voidaan valmistaa biohiiltä paperiteollisuuden lietteestä. Käytännössä liete kuivataan ensin vähintään 50 % kuiva- ainepitoisuuteen, puristetaan sitten haluttuun muotoon ja pyrolysoidaan lopuksi muutaman päivän ajan 300-600 °C lämpötilassa. Uudemmilla menetelmillä (European Commission, 2005) reaktorissa voidaan säädellä painetta, jolloin prosessissa voidaan saavuttaa jopa 40 % saanto ja hiilelle yli 30 MJ/kg ka. lämpöarvo.

Lietteestä valmistettua biohiiltä voidaan käyttää maanparannukseen ja lannoitukseen.

Biohiili saattaa parantaa mm. maaperän vedenläpäisyominaisuuksia (Shinogi et ai., 2003), sekä kasvattaa satoja ja parantaa kasvien resistanssia tauteja ja tuholaisia vastaan (Kivelä, 2010). Lisäksi se soveltuu tutkimuksen mukaan (Pikkov et ai., 2001) alkalisten

fenolien suodattamiseen jätevedestä jopa paremmin kuin vastaavat turpeesta tai puusta valmistetut biohiilet. Biohiili soveltuu tutkimuksen mukaan (Bhattarai, 1998) polttoaineeksi ja on puhtaampaa ja helppokäyttöisempää kuin muut biomassasta valmistetut polttoaineet. Tasalaatuista biohiiltä voidaan polttaa muiden polttoaineiden seassa jopa 30-50 %. Biohiilen markkina-arvoksi on arvioitu 30-40 €/MWh, kun sähkön markkina-arvo on vastaavasti 40-60 €/MWh (Vakkilainen & Kaikko, 2010).

Kaasutusprosessin tarkoituksena on tuottaa lietteestä kaasua ilman, hapen tai höyryn avulla. Kaasutus on hyvin samankaltainen menetelmä pyrolyysin kanssa, erotuksena hapen läsnäolo prosessissa. Kaasutukseen menevän lietteen on syytä olla kuiva- aineeltaan 85-93 %, joten esikäsittelyksi vaaditaan esimerkiksi terminen kuivaus.

Kaasutuksessa lietteen komponentit hapettuvat ja syntyy esimerkiksi hiilimonoksidia, vesihöyryä ja metaania. (Ojanen, 2001) Kaasutus suoritetaan 650-720 °C lämpötilassa, jolloin parhaimmillaan jopa 80 % lietteestä muuntuu kaasuksi (Mahmood & Elliott, 2006). Kaasutuksessa syntyvät kaasut voidaan hyödyntää esimerkiksi polttokattiloissa.

3.3.3. Märkähapetus

Märkähapetus on käsittely, jolla pyritään orgaanisen aineen hajottamiseen. Liete pumpataan lämmönvaihtimien kautta paineistettuun reaktoriin, jossa hapetus tapahtuu.

Reaktoreita on useita erityyppisiä, mutta kaikissa lämpötila säädetään välille 200-300 °C ja paine välille 120-150 baaria, jolloin orgaaninen aines hajoaa. Menetelmää on käytetty niin primääri-, seka- kuin biolietteillekin, mutta käytännöllisin se on erityisesti haastavien biolietteiden käsittelyssä. (Hynninen et ai., 2008, pp.146-62) Märkähapetus on helppo menetelmä sikäli, että liete voidaan syöttää prosessiin sellaisenaan ilman esikäsittelyjä tai kuivausta (Mahmood & Elliott, 2006).

Märkähapetuksessa massan määrä vähenee, jäljelle jäävä kiintoaines on helppo kuivata ja käytetty lämpö voidaan hyödyntää kierrättämällä sitä prosessissa. Etuihin kuuluvat myös alhaiset käyttökustannukset. Toisaalta märkähapetuksessa ilmenee usein korroosiota, poistettu vesi on käsiteltävä ja investointikustannukset ovat melko korkeat.

Menetelmä on havaittu taloudellisesti kannattavaksi vasta suuressa mittakaavassa, kun märkää lietettä käsitellään yli 10 000 m3 vuorokaudessa. Lisäksi prosessi vaatii jatkuvaa

3.3.4. Poltto

Suomen metsäteollisuuden lietteistä yli puolet käytetään edelleen polttoon tehtaiden omassa sähkön- ja lämmöntuotannossa (Vuoristo, 2011). Lietteiden polttaminen tehtaiden omissa yhteistuotantolaitoksissa on Suomen lisäksi yleistä myös esimerkiksi Ruotsissa ja Saksassa. Polttaminen on helppo ja nopea tapa hävittää liete, mutta toisaalta menetelmässä ei hyödynnetä lietteen sisältämiä aineita, kuten ravinteita.

(Ojanen, 2001) Lietteen poltto ei myöskään ole kovin merkityksellinen osa tehtaan energiantuotantoa, vaan sen tärkein tehtävä on vähentää kaatopaikalle vietävän lietteen määrää.

Aineen määrä vähenee metsäteollisuuden lietettä poltettaessa jopa 80-90 % kuiva- aineesta (Monte et ai., 2009). Lietteen osuus käytettävästä polttoaineseoksesta on yleensä alle 10 %. Kuivatun biolietteen tyypillinen tehollinen lämpöarvo on 15 MJ/kg ka., primäärilietteen puolestaan jonkin verran tätä korkeampi. (Forsius & Assmuth, 1990) Puuhakkeen tehollinen lämpöarvo on parempi, lähes 20 MJ/kg ka., kun taas vertailun vuosi kivihiilen tehollinen lämpöarvo on parhaimmillaan 30 MJ/kg ka. ja polttoöljyn 42 MJ/kg ka (Motiva, 2011).

Polttoprosessissa voi syntyä vaarallisia aineita. Jätteenpolton päästörajoitukset koskevat raskasmetalleja, dioksiineja, furaaneja, hiilimonoksidia (CO), tuhkaa, kokonaishiiltä (TOC), kloorivetyjä (HCI), fluorivetyjä (HF), rikkidioksidia (S02), typpimonoksidia (NO) ja typpidioksidia (N02). Poltto-olosuhteisiin tuleekin kiinnittää huomiota. Esimerkiksi dioksiinien muodostuminen on voimakasta lämpötiloissa 450-650 °C, kun taas nopea poltto tätä korkeammissa lämpötiloissa johtaa kloorifenolien ja klooribentseenien syntymiseen. Korkea lämpötila helpottaa toisaalta täydellistä palamista ja estää hajukaasujen syntymisen, mutta sen ylläpitämiseksi tarvitaan yleensä lietteiden lisäksi tukipolttoaineita. (Forsius & Assmuth, 1990)

Lietteen polttoon sovelletaan Valtioneuvoston asetusta jätteen polttamisesta (Valtioneuvoston asetus, 362/2003). Se asettaa rajoitukset poltto-olosuhteille ja polttoon syötettävälle jätteelle. Asetus sisältää myös raja-arvot poltossa syntyville ilma- ja vesipäästöille. EU:n jätteenpolttodirektiivistä huolimatta liete voidaan polttaa myös

tehtaan omassa kuori- tai monipolttoainekattilassa ilman mittausvaatimuksia, sillä kyseinen toiminto ei kuulu direktiivin piiriin. (Euroopan Parlamentti ja neuvosto, 2000/76/EY) Lisäksi Suomen standardoimisliiton standardi kierrätyspolttoaineille (SFS, 2000) sisältää kierrätyspolttoaineiden laatuluokitukset, jotka on esitelty liitteessä 1.

Lietettä voidaan polttaa kuorikattilassa kuoren ja fossiilisen polttoaineen kanssa, ja erityisesti biolietettä myös soodakattilassa. Lietteen osuus on tyypillisesti noin 5-10 % massavirrasta. Biolietteen osuus polttoaineesta tulisi tehokkaan palamisen saavuttamiseksi olla tätäkin pienempi.

Vedenerotusmenetelmillä pyritään yleensä ennen polttoa kuivaamaan liete noin 45-50

% kuiva-ainepitoisuuteen (Ojanen, 2001). Lietteen polttaminen voi onnistua jopa ilman aiempaa kemiallista käsittelyä, ja seospolttoaineen lämpöarvokin saattaa nousta lietteen ansiosta hieman (loikka, 1999).

(Marila & Kivilinna, 1999)

Useissa kuorikattiloissa käytetään leijukerrospolttoa, joka soveltuu perinteistä arinapolttoa paremmin lietteen polttamiseen. Pedin päällä poltettava aine palaa alhaalta syötettävän polttoainetta leijuttavan ilman sekä ylhäältä puhallettavan sekundääri-ilman avulla. Pedin lämpötilan säätely on tarkkaa, sillä tuhka ei saa sulaa tai pehmetä. (Ojanen, 2001) Poltossa syntyvän lentotuhkan stabiloinnista tai muusta käsittelystä on lisäksi huolehdittava (Pöyry Environment Oy, 2007). Kattiloiden suunnitteluun vaikuttavat lietteiden tuhkapitoisuudet. Lietteen poltossa syntyvään tuhkaan jää myös pieniä määriä raskasmetalleja, jotka on otettava huomioon suunnitellessa tuhkan jatkokäyttöä (Forsius & Assmuth, 1990).

Kiinalaisessa tutkimuksessa (Yanten et ai., 2010) selvitettiin hiilen ja lietteen polton yhteispolttoa leijupetikattilassa 400 000 t paperia vuosittain tuottavalla paperitehtaalla.

Prosessin avulla onnistuttiin kuivaamaan liete pelkästään sen omien palamiskaasujen lämmöllä jopa yli 80 % kuiva-ainepitoisuuteen. Yhteispoltto onkin yleensä tehokas ratkaisu, mutta sen yhteydessä rikinpoistoon pitää kiinnittää erityishuomiota.

Kuorikattilassa rikkipäästöt ovat pienet johtuen kuoren vähäisestä rikkimäärästä (Ojanen, 2001). Typenoksidejakin on tavallista vähemmän, sillä polttolämpötila on suhteellisen alhainen. Kuitulietteestä voi poltettaessa haihtua paljon VOC-yhdisteitä,

Primääri- ja biolietteen käsittely yhdessä saattaa olla hankalaa. Bioliete voidaan johtaa mustalipeän kanssa haihduttamon kautta soodakattilaan poltettavaksi. Bioliete on ensin kuivattava mekaanisesti ja sitä on sulautettava mustalipeän joukkoon tietyn viipymäajan verran. Biolietteen vaikutukset mustalipeän ominaisuuksiin ovat vähäiset. Biolietteen vaikutuksiin mustalipeän haihdutettavuuteen, mahdollisiin tukkiviin kuituihin ja polttoaineen pisaranmuodostukseen on kuitenkin kiinnitettävä huomiota.

Esimerkkitapaus, jossa pelkkää koivu-mäntymustalipeää verrataan bioliete- mustalipeäseokseen, jossa biolietteen osuus on 2 %, on esitetty taulukossa 7. (Ojanen, 2001)

Taulukko 7. Mustalipeän, biolietteen ja niiden seoksen ominaisuuksia. (Ojanen, 2001)

Mustalipeä tyypillinen

Mustalipeä vaihtelu

Bioliete Seos

tyypillinen vaihtelu

Hiili (%) 33,7 31-37 45-47 34,2

Vety (%) 3,5 3,2-3,7 5,5-6,5 3,6

Happi (%) 34,7 33-37 25-30 34,6

Typpi (%) 0,1 0,06-0,2 1,5-4,0 0,2

Rikki (%) 5,8 4-7 1,2-3,8 5,6

Natrium (%) 19,4 18-22 0,5-1,6 18,9

Kalium(%) 2,1 1,5-2,5 0,07-0,3 2,1

Kloori (%) 0,5 0,1-0,8 0,1-0,5 0,5

Lämpöarvo (MJ/kg) 13,5 12,5-14,5 16,5-18,5 13,6

Poltolla saavutetaan hyötyjä aineen määrän vähenemisessä, mutta haitat tulee myös ottaa huomioon. Ne kohdistuvat ympäristökuormituksen lisäksi kustannuksiin.

Lisäkustannuksia poltossa aiheuttavat esimerkiksi vedenpoisto, sähkötehon tarpeen kasvu, mahdollinen tukipolttoaineen käyttö sekä tilapäiset ongelmat, kuten seisokit tai nuohoustarve. Polttomenetelmiin on etsitty tehokkaampia ratkaisuja, ja erilaisia kattila- ja kuivurikombinaatioita on tutkittu paljon. (Ojanen, 2001)

3.4. Kemialliset käsittelymenetelmät 3.4.1. Kemiallinen tiivistys

Kemiallinen flotaatiotiivistys on mekaanista laskeutustiivistystä vähemmän käytetty menetelmä. Kemiallisessa tiivistyksessä kuivattavaan lietteeseen syötetään kemikaaliliuosta, joka sitoo lietteen partikkeleita yhteen, parantaa niiden vedenpoistokykyä ja tasoittaa lietteen laadunvaihteluita. Kemikaalit ovat usein alumiini- ja rautasuoloja tai orgaanisia polyelektrolyyttejä. Polyelektrolyyttien flokkausteho on parempi kuin epäorgaanisten kemikaalien, mutta myöhempi kuivaustulos ei välttämättä ole yhtä tasalaatuinen. (Lohiniva et ai., 2001)

Lietteen sakeudeksi saadaan kemiallisessa tiivistyksessä 1-5 % riippuen lietetyypistä ja flokkauskemikaalista. Kustannuksiltaan flotaatiotiivistys on laskeutustiivistystä kalliimpi, mutta se soveltuu myös kevyille lietteille ja tilantarve sekä viipymäaika vähenevät.

Flotaatiotiivistys parantaa myös lietteen kuivatusominaisuuksia, mutta toisaalta se voi aiheuttaa hajuhaittoja ympäristöön. (Lohiniva et ai., 2001)

3.4.2. Kalkitus

Kalkitus on yleisesti käytetty kemiallinen stabilointimenetelmä, jonka tarkoituksena on pysäyttää lietteen mikrobiologinen hajotustoiminta. Kalkituksessa pH nostetaan vähintään arvoon 11. Tällä tasolla pH:n tulisi säilyä ainakin 14 vuorokauden ajan mikrobitoiminnan päättymisen varmistamiseksi. Ennen tiivistystä tai kuivausta suoritettavassa kalkituksessa kemikaalina käytetään sammutettua kalkkia, myöhemmin suoritettavassa kalkituksessa voidaan hyödyntää poltettua kalkkia. (Lohiniva et ai., 2001) Kaaviokuva kalkitusprosessista on esitetty kuvassa 4 (Kujalan Komposti Oy, 2011).

Ilmastus ja suodatus

—►j^jtalkinsyöttöj Kaasujen

käsittely

Мм Ruuvikuljetin

I

b

Liete —►! Ruuvikuljetin

I—M

I I

I

I I

I I

Lämpötilan mittaus

L___ _____ I

Kuva 4. Kalkitusprosessi. (Kujalan Komposti Oy, 2011)

Kalkitus on yksinkertainen prosessi, joka toimii tehokkaasti. Sen myötä lietteen määrä kuitenkin lisääntyy, ja lisäksi kemikaalikustannukset ovat korkeat. (Lohiniva et ai., 2001) Käsittelyssä vapautuu kaasuja, joista erityisesti ammoniakki voi aiheuttaa hajuhaittoja ja kuormittaa muutenkin ympäristöä. Päästöjä ympäristöön voidaan vähentää käsittelemällä kaasu välittömästi prosessin yhteydessä (Kujalan Komposti Oy, 2011).

Kalkittu liete soveltuu käytettäväksi sellaisenaan lannoitekäytössä. Se voidaan myös kompostoida tai polttaa. Toistaiseksi kalkitusta käytetään lähinnä pienillä jätevedenpuhdistamoilla, mutta se voisi teoriassa soveltua myös metsäteollisuuden lietteiden käsittelyyn. Kalkituksessa lietteen metallisuolat vähenevät ja liete stabiloituu.

Kalkittu liete vaatii käsittelemätöntä lietettä vähemmän tukiainetta kompostoinnissa.

(Pöyry Environment Oy, 2007) Kalkituksessa tulee ottaa huomioon lietteen bakteeripitoisuus, sillä kalkitus ei yksinään riitä poistamaan bakteereita lietteestä (Rantala et ai., 2000). Legionellan kalkitus kuitenkin tappaa, sillä legionella sietää korkeintaan pH-arvoa 10 (Aatinen, 2010).