Euroopan unioni Vipuvoimaa EU:lta

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittaman hankkeen kuvaus

1 Hanke

Hankekoodi: A70711

Hankkeen nimi: METVI - Metsäteollisuuden jätevesien energiatehokas esikäsittely

Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen

Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen

Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.7.2015 ja päättyy 31.12.2017

Toiminnan tila: Toiminta päättynyt

Vastuuviranomainen: Pohjois-Savon liitto

2 Hakijan perustiedot

Hakijan virallinen nimi: Savonia-ammattikorkeakoulu oy

Organisaatiotyyppi: Ammattikorkeakoulu

Y-tunnus: 2629463-3

Jakeluosoite: PL 6

Puhelinnumero: 017 - 255 6000

Postinumero: 70201

Postitoimipaikka: Kuopio

WWW-osoite: http://www.savonia.fi

Hankkeen yhteyshenkilön nimi: ANTIKAINEN EERO JUHANA

Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkimus- ja kehityspäällikkö

Yhteyshenkilön sähköpostisoite: eero.antikainen(at)savonia.fi

Yhteyshenkilön puhelinnumero: 044 - 785 6325

Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely: Vain yksi hakija

3 Suunnitelman mukainen tiivistelmä toteutuksesta

Tämän projektin tavoitteena on tehostaa sellu- ja paperitehtaitten jätevesien käsittelyprosessia siten, että jäteveden sisältämää orgaanista kuormitusta saadaan vähennettyä entistä kustannustehokkaammin ja samalla parantaen prosessin energiahyötysuhdetta merkittävästi. Jätevesiprosessin toimintaa tehostetaan kehittämällä prosessiin tulevan veden esikäsittelyä soveltaen siihen anaerobista jätevesiprosessia (UASB-teknologia: Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor) orgaanisen kuormituksen vähentämiseen. Samanaikaisesti laitteistolla saadaan tuotettua lisäksi metaania (biokaasu) jäteveden sisältämien orgaanisten yhdisteitten hajotessa anaerobisissa olosuhteissa mikrobiologisesti. Orgaanisen kuormituksen leikkaaminen UASB-teknologian avulla vähentää myös lähtökohtaisesti jätevesiprosessista muodostuvan lietteen syntymääriä vähentäen samalla myös lietteen jälkikäsittelyn tarvetta. Lisäksi esikäsittely vähentää merkittävästi varsinaisen jäteveden puhdistamon prosessien kemikaali- ja energiakulutusta. Näillä tekijöillä on mahdollista saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä jätevesien ja lietteiden käsittelyyn, sekä parantaa huomattavasti prosessin energiahyötysuhdetta.

UASB-teknologian kehittäminen ja pilotointi teollisuusympäristössä mahdollistaa prosessin teknisten spesifikaatioiden sekä ajoparametrien todentamisen ja optimoinnin käytännön olosuhteissa luoden edellytykset konkreettisen kustannus-hyöty -analyysin toteutukselle teknologian soveltuvuuden arvioimiseksi laajamittaiseen käyttöön sellu- ja paperiteollisuuteen. Käytännön koetulosten pohjalta laaditaan suositukset teknologian jalkauttamiseksi sellu- ja paperiteollisuuteen sekä esitellään teknologian tuomia mahdollisuuksia potentiaalisille investoijille ja teknologiatoimittajille Itä-Suomen alueella. Tulosten hyödyntämismahdollisuuksia Pohjois-Savolaisen yritystoiminnan näkökulmasta arvioidaan ja edistetään yhteistyössä TeknoStePS2018-hankkeen toimijoiden kanssa järjestämällä mm. yhteisiä työpaja-tilaisuuksia tulosten julkistamisen ja levittämisen yhteydessä.

4 Hankkeen kohderyhmät

4.1 Varsinaiset kohderyhmät

Sellu- ja paperiteollisuuden toimijat, jätevesiprosessien laitevalmistajat, suunnittelutoimistot, jätehuoltoalan palveluita teollisuudelle tarjoavat yritykset.

4.2 Välilliset kohderyhmät

Vesistöjen hyödyntäjät ja ranta-asukkaat.

5 Projektin julkinen rahoitus, euroa

Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 141 558

Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 138 156

Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 200 541

Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 196 005

6 Maantieteellinen kohdealue

Maakunnat: Pohjois-Savo

Seutukunnat: Kuopion, Varkauden

Kunnat: Kuopio, Varkaus

Toteutuspaikan osoite, jos hanke toteutetaan yhdessä paikassa

Jakeluosoite:

Postinumero:

Postitoimipaikka:

7 Hakemusvaiheessa ilmoitettavat arviot hankekohtaisista seurantiedoista

7.1 Uusien työpaikkojen määrä (kysytään vain erityistavoitteisiin 1.1, 2.1 ja 3.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joihin työllistyvät naiset 0

7.2 Uusien yritysten määrä (kysytään vain erityistavoitteeseen 1.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joista naisten perustamia 0

8 Horisontaaliset periaatteet

8.1 Sukupuolten tasa-arvo

Hankkeessa on tehty toimintaympäristön analyysi sukupuolinäkökulmasta: Kyllä
Hanke on sukupuolineutraali teknologian kehittämishanke.
Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa (valtavirtaistaminen): Kyllä
Hankkeen projektipäällikkönä toimii nainen. hankehenkilöstö koostuu 50 %:sti miehistä sekä naisista.
Hankkeen päätavoite on sukupuolten tasa-arvon edistäminen: Ei
Hankkeen päätavoitteena ei ole sukupuolten tasa-arvon edistäminen vaan UASB-teknologian implementointi sellu- ja paperiteollisuuden jätevesien käsittelyyn ja sitä kautta uuden liiketoiminnan muodostaminen alueelle.

8.2 Kestävä kehitys

VälitönVälillinen
Ekologinen kestävyys
Luonnonvarojen käytön kestävyys 2 10
Hankkeessa pilotoitava teknologia kehittää merkittävästi suurteollisuuden jätevesien käsittelyn energiatehokkuutta toteutuessaan täydessä mittakaavassa.
Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen 2 5
Hankkeessa pilotoitava teknologia kehittää merkittävästi suurteollisuuden jätevesien käsittelyn energiatehokkuutta toteutuessaan täydessä mittakaavassa.
Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus 0 2
Hankkeessa pilotoitava teknologia vähentää vesistöjen orgaanista kuormitusta vähentäen happikatoa vesistöissä. Tällä on suotuisa vaikutus vesistöjen eliöstöön ja niiden monimuotoisuuteen.
Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) 2 10
Hankkeessa pilotoitava teknologia vähentää vesistöjen orgaanista kuormitusta vähentäen happikatoa vesistöissä. Tällä on suotuisa vaikutus vesistöjen eliöstöön ja niiden monimuotoisuuteen. Lisäksi teknologia kehittää merkittävästi suurteollisuuden jätevesien käsittelyn energiatehokkuutta toteutuessaan täydessä mittakaavassa.
Natura 2000 -ohjelman kohteet 0 0
Taloudellinen kestävyys
Materiaalit ja jätteet 2 10
Hankkeessa kehitettävä teknologia kehittää merkittävästi suurteollisuuden jätevesien käsittelyn energiatehokkuutta ja vähentää lietteitten syntyä lähtökohtaisesti. Tämä vähentää jätteitten loppusijoittamisen tarvetta teollisuudesta.
Uusiutuvien energialähteiden käyttö 2 10
Hankkeessa pilotoitava teknologia kehittää merkittävästi suurteollisuuden jätevesien käsittelyn energiatehokkuutta sekä luo edellytykset biokaasun tuottamiselle jätevesistä. Tämä lisää teollisuuden uusiutuvien energioiden tuotantoa.
Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen 2 10
Hankkeessa pilotoitava teknologia luo mahdollisuuksia paikallisille yrityksille tuottaa uutta liiketoimintaa uusin laiteratkaisuin sellu- ja paperiteollisuuden jätevesien käsittelyyn liittyen.
Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen 0 0
Liikkuminen ja logistiikka 0 0
Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus
Hyvinvoinnin edistäminen 0 0
Tasa-arvon edistäminen 0 0
Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus 0 0
Kulttuuriympäristö 0 0
Ympäristöosaaminen 9 10
Hanke lisää merkittävästi alueen toimijoiden ymmärrystä ja osaamista uusimmista jätevesien esikäsittelymenetelmistä sekä niiden soveltamismahdollisuuksista ja teknisistä spesifikaatioista.

9 Loppuraportin tiivistelmä

METVI-hankkeessa selvitettiin Savon Sellun lauhdeveden ja Stora Enson kierrätyskuitulaitoksen jäteveden (RCF-sameasuodosjäteveden) sekä kuorimon jäteveden metaanintuottopotentiaalia UASB-teknologiaa käyttäen. UASB-teknologia (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor) mahdollistaa samanaikaisesti biokaasun tuottamisen jätevesien sisältämistä orgaanisista yhdisteistä parantaen merkittävästi jätevesien käsittelyn energiatehokkuutta. Käytännössä UASB-teknologia toimii esikäsittelynä jätevesille ennen biologista lammikkoa tai muuta jätevesien käsittelylaitosta. Esikäsittelymenetelmien yhdistämisestä UASB-reaktoriin on se merkittävä etu, että samanaikaisesti laitteistolla saadaan tuotettua metaania (biokaasua) jäteveden sisältämien vaikeasti hajoavien orgaanisten yhdisteiden hajotessa anaerobisissa olosuhteissa mikrobiologisesti. Orgaanisen kuormituksen leikkaaminen UASB-teknologian avulla vähentää jätevesien käsittelyssä muodostuvan lietteen määrää vähentäen samalla myös lietteen jälkikäsittelyn tarvetta. Lisäksi jätevesien esikäsittely yhdistettynä UASB-teknologiaan vähentää merkittävästi kemikaali- ja energiakulutusta varsinaisella jätevedenpuhdistamolla. Näillä tekijöillä on mahdollista saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä jätevesien ja lietteiden käsittelyyn, sekä parantaa huomattavasti prosessin energiahyötysuhdetta.

Savon Sellun lauhdeveden osalta ei saavutettu optimaalisia tuloksia biokaasun tuottamisen näkökulmasta. Kuuma, hapan ja hyvin rikkipitoinen lauhdevesi tarvitsisi esikäsittelynä vähintään rikin poiston ja mahdollisesti myös muiden puuperäisten komponenttien käsittelyn pienemmiksi partikkeleiksi. Vesi sisältää paljon etikkahappoa ja pilotoinnissa ei mikrobiologia pystynyt sitä suuressa pitoisuudessa hyödyntämään. Rikki aiheuttaa metaanintuottajille inhibitiota. Laboratoriomittakaavassa prosessi saatiin mikrobiologisesti toimimaan, metaanintuottavuuden ollessa keskimääräisesti tasolla 0,057 Nm3 CH4/kg COD, ja kaasunmuodostumisen tehokkuuden ollessa 16 %.

Vastaavasti tehdaspilotoinnissa ongelmaksi muodostui veden saatavuus ja talviset olosuhteet sekä laitteiston tekniset heikkoudet. Tehdaspilotoinnissa hiiltä poistui biokaasuna vain 2,1 % ja 44 % sedimentoitui lietteeksi ja loput menivät reaktorista läpi. Lisäksi Sellun pilotoinnissa lauhdevesi neutraloitiin tulovirtaamaan lipeällä ja tasausallasta ei ollut puskuroimassa veden saatavuutta. pH:n mittaus oli tulovirtaamassa, jonka mukaan annostelupumppu annosteli asetusarvon mukaisen NaOH:n määrän. Tämä aiheutti aika ajoin liika syöttöä lipeään ja pH:n nousua reaktorissa, joka puolestaan on voinut aiheuttaa lisäsaostumista. Syötettävän veden oikeanlainen esikäsittely korostuu mikrobiologisten prosessien hallittavuudessa. Mikäli pH:n säätö tarvitsee tehdä, tulee se tehdä tasausaltaassa ennakoivasti.

Stora Enson RCF-sameasuodoksen metaanintuottopotentiaali oli korkeaa luokkaa, 0,25–0,3 Nm3 CH4/kg COD. Käytännössä tämä tarkoittaa että 5 kg:sta COD:ia saadaan tuotettua yksi kuutiometri metaania ja keskimäärin 36,5 % hiilestä on muuttunut kaasuksi ja loppu sedimentoitunut lietteeseen. Vastaavasti lietettä syntyy 1,2 kg/kg COD. RCF-sameasuodos toimii mikrobiologisesti sellaisenaan ilman esikäsittelyä, kun riittävä hivenainetasapaino on varmistettu. Vastaavasti kuorimon jätevesi sisältää paljon vaikeasti hajoavia puuperäisiä komponentteja (terpeenit, rasva- ja hartsihapot sekä vastaavat komponentit), mikä vaatii erillisen esikäsittelyn ennen mikrobiologista käsittelyä. Metvi-hankkeen raameissa pystyttiin todentamaan vain RCF-sameasuodoksen mikrobiologinen toimivuus ja hajoavuus UASB-teknologialla. Kuorimonjäteveden kohdalla tarvitaan vielä jatkotutkimuksin selvittää tarvittava esikäsittelymenetelmä jäteveden komponenttien hajoamisen varmistamiseksi ja biokaasun tuoton optimoimiseksi. Tehtaan kannalta olisi kustannustehokkainta käsitellä mahdollisimman monta eri jätevesijaetta UASB-teknologialla.

Biokaasun tuottaminen metsäteollisuuden jätevesistä on nykyteknologioilla vielä taloudellisesti haastavaa ja edellyttää ko. prosessien tuottavuuden merkittävää tehostamista ennen niiden teollista hyödyntämistä. Biokaasuteknologian hyödyntämiseksi laajemmassa mittakaavassa metsäteollisuudessa tarvitaan lisätutkimusta toisaalta biokaasun tuoton lisäämisen osalta sekä toisaalta prosessin hallittavuuden edelleen kehittämiseksi. Myös erilaiset esikäsittelytekniikat tiettyjen vaikeasti hajoavien jätevesikomponenttien hajottamiseksi ja hyödyntämiseksi biokaasun tuotannossa tulee ottaa mukaan tutkimukseen.

Anaerobiteknologian käyttöönotto metsäteollisuudessa vähentäisi nykyisin käytössä olevien jätevedenpuhdistamojen energiankulutusta ja kemikaalien tarvetta sekä mahdollistaisi bioenergian tuottamisen jätevesistä. Nämä muutokset lisäisivät merkittävästi sellu- ja paperiteollisuuden jätevesien käsittelyn energia- ja kustannustehokkuutta sekä vähentäisivät merkittävästi vesistöihin ja ilmakehään kohdistuvia ympäristövaikutuksia. Tulevaisuuden tutkimuksen tarpeita on tehostaa sellu- ja paperitehtaiden haastavien jätevesijakeiden käsittelyprosessia siten, että jäteveden sisältämää orgaanista kuormitusta saataisiin vähennettyä entistä kustannustehokkaammin ja samalla parantaen prosessin energiahyötysuhdetta merkittävästi. Haastavia jätevesijakeita ovat esimerkiksi kuorimon jätevesi ja erilaiset lauhdevedet. Kyseiset vedet sisältävät paljon ligniinipohjaisia ja muita puuperäisiä komponentteja, kuten terpeenit, hartsihapot jne. Kuorimolla syntyvä jätevesi sisältää runsaasti kuoresta liuenneita väri- ja uuteaineita. Kuitujen irrotessa toisistaan myös puun sisältämiä ravinteita vapautuu veteen.