Euroopan unioni Vipuvoimaa EU:lta

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittaman hankkeen kuvaus

1 Hanke

Hankekoodi: A73961

Hankkeen nimi: Uudet kiertotalouspohjaiset menetelmät jätekeskusten ja teollisuusalueiden hulevesien käsittelyyn

Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen

Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen

Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.8.2018 ja päättyy 31.7.2021

Toiminnan tila: Toiminta päättynyt

Vastuuviranomainen: Etelä-Savon maakuntaliitto

2 Hakijan perustiedot

Hakijan virallinen nimi: Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto LUT

Organisaatiotyyppi: Yliopisto

Y-tunnus: 0245904-2

Jakeluosoite: Yliopistonkatu 34

Puhelinnumero: 0294 462 111

Postinumero: 53850

Postitoimipaikka: Lappeenranta

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

Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Mari Kallioinen

Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Dosentti

Yhteyshenkilön sähköpostisoite: mari.kallioinen(at)lut.fi

Yhteyshenkilön puhelinnumero: +358 405939881

Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely:

3 Suunnitelman mukainen tiivistelmä toteutuksesta

Jätteenkäsittely- ja teollisuusalueiden hulevesien käsittely on nykyään usein ratkaistu joko johtamalla hulevedet ympäristöön tai kunnallisille jätevedenpuhdistamoille. Päivitetyssä lainsäädännössä toimijoita kuitenkin ohjataan käsittelemään hulevedet niiden muodostumisalueella.
Jätteenkäsittely- ja teollisuusalueilta kertyvät hulevedet sisältävät usein erilaisia haitta-aineita, ja hulevedet vaativat käsittelyä ennen ympäristöön johtamista. Kunnallisille jätevedenpuhdistamoille johdettavat hulevedet kuormittavat puhdistamoja ja saattavat aiheuttaa jäteveden ohijuoksutuksia rankkasateiden aikana. Keskeinen haaste on löytää kustannustehokkaita menetelmiä hulevesien käsittelyyn niiden syntypaikalla. Ratkaisujen kehittäminen vähentäisi myös vesien pumppaamisesta ja käsittelystä aiheutuvia kuluja.
Esitetyn hankkeen tavoitteena on kehittää uusia materiaaleja ja menetelmiä jätteenkäsittely- ja teollisuusalueiden hulevesien käsittelyyn. Hankkeen taustalla on kiertotalousajattelu, jossa pyritään materiaalikierron hyödyntämiseen mahdollisimman paikallisesti. Hankkeessa tutkittavat materiaalit ovat paikallisesti tuotettuja biomateriaaleja ja teollisessa toiminnassa syntyneitä sivuvirtoja ja jätemateriaaleja.
Hankkeen tuloksina odotetaan uusien hulevesien käsittelytapojen kehittämistä kiertotalousajattelun mukaisesti. Vaihtoehtoina ovat erilaisten biomateriaalien ja teollisuuden sivuvirtojen, kuten voimalatuhkien hyödyntäminen haitallisten aineiden ja ravinteiden sitouttamisessa. Lisäksi hankkeessa tuotetaan uutta tietoa yhteistyötahojen hulevesien laadusta. Hankkeen yhteistyötahot ja alueen toimijat voivat hyödyntää hankkeen tuloksia oman toimintansa tai uusien liiketoimintamallien kehittämisessä.

4 Hankkeen kohderyhmät

4.1 Varsinaiset kohderyhmät

Hankkeen suorana kohderyhmänä ovat jätekeskukset ja muut teollisuuden toimijat, joiden pinnoitetuilla piha-alueilla käsitellään erilaisia jätejakeita. Tutkimustulokset ovat hyödynnettävissä laajemminkin hulevesien käsittelyssä yksityisellä ja julkisella sektorilla (kunnat, yritykset, yksityishenkilöt).
Hankkeen yhteistyökumppaneita, jotka voivat hyödyntää tutkimuksessa saatavia tuloksia, ovat mm. Metsäsairila Oy (Mikkeli), Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy (Lappeenranta), Jätekukko Oy (Kuopio), Lassila & Tikanoja Oyj, Kymenlaakson Jäte Oy (Kouvola) ja Etelä-Savon Energia Oy (Mikkeli). Yhdessä yritysten ja kunnallisten tahojen kanssa kartoitetaan myös tulosten hyödyntämismahdollisuuksia ja pyritään löytämään uusia tutkimusaihioita.

4.2 Välilliset kohderyhmät

Tällä hetkellä hulevesien hallinta ei ole selkeästi yhden tahon vastuulla ja kommunikointia eri toimijoiden välillä tulisi kehittää. Hanke lisää teollisiin hulevesiin liittyvien tahojen verkottumista ja avaa uusia näkökulmia hulevesien käsittelyyn. Lisäksi hanke ylläpitää korkean tason tutkimustoimintaa Etelä-Savon alueella. Laboratorion monipuolinen tutkimustoiminta ja henkilöstön korkea koulutustaso ja osaaminen kannustavat tutkijoita sitoutumaan paikkakunnalle ja paikallisten yritysten tarpeisiin.
Välillisiksi kohderyhmiksi voidaan lukea myös vihreän kemian laboratorion kotimaiset sekä kansainväliset tutkimusyhteistyökumppanit, joiden kanssa laboratorio tekee mm. yhteisjulkaisuja. Näihin tutkimuslaitoksiin lukeutuu yli sata kansainvälistä tutkimuslaitosta, jotka tekevät yliopistotason tutkimusta.

5 Projektin julkinen rahoitus, euroa

Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 234 748

Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 207 983

Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 329 354

Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 295 713

6 Maantieteellinen kohdealue

Maakunnat: Etelä-Karjala, Päijät-Häme, Kymenlaakso, Pohjois-Savo, Etelä-Savo

Seutukunnat: Kuopion, Mikkelin, Kouvolan, Lappeenrannan, Lahden

Kunnat: Mikkeli, Lahti, Kouvola, Kuopio, Lappeenranta

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: 0.00, joihin työllistyvät naiset 0.00

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

Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0.00, joista naisten perustamia 0.00

8 Horisontaaliset periaatteet

8.1 Sukupuolten tasa-arvo

Hankkeessa on tehty toimintaympäristön analyysi sukupuolinäkökulmasta: Kyllä
Tutkijoiden rekrytoinnissa pyritään huomioimaan sukupuolinäkökulma mahdollisuuksien mukaan.
Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa (valtavirtaistaminen): Kyllä
Kyllä, pyritään ottamaan huomioon mahdollisuuksien mukaan.
Hankkeen päätavoite on sukupuolten tasa-arvon edistäminen: Ei
Ei ole, mutta pyritään ottamaan huomioon mahdollisuuksien mukaan.

8.2 Kestävä kehitys

VälitönVälillinen
Ekologinen kestävyys
Luonnonvarojen käytön kestävyys 7 7
Paikallinen käsittely vähentää energiankulutusta ja kemiallisen puhdistuksen tarvetta
Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen 9 8
Lisääntyvän sadannan vaikutusten vähentäminen jätevedenpuhdistamoilla
Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus 4 2
Hulevesien sisältämät haitta-aineet eivät päädy vesistöihin
Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) 7 7
Hulevesien sisältämät haitta-aineet eivät päädy vesistöihin tai maaperään
Natura 2000 -ohjelman kohteet 0 0
Ei vaikutusta
Taloudellinen kestävyys
Materiaalit ja jätteet 9 8
Teollisuuden sivuvirtojen ja jätteiden hyödyntäminen Kiertotalouden edistäminen Jäteveden määrän vähentäminen
Uusiutuvien energialähteiden käyttö 5 5
Uudet menetelmät edistävät energiatehokkuutta hulevesien pumppaamistarpeen pienentyessä
Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen 8 9
Mahdollistaa uusien liiketoimintamallien kehittämisen ja edistää kiertotaloutta
Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen 5 5
Ekosysteemipalveluiden kehittäminen Ympäristön tilan parantuminen tuottaa aineettomia hyötyjä
Liikkuminen ja logistiikka 5 6
Vähentää sivuvirtojen kuljetuksen tarvetta ja edistää materiaalien hyödyntämistä paikallisesti
Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus
Hyvinvoinnin edistäminen 7 7
Puhtaat vesistöt teollisten toimijoiden ympäristössä.
Tasa-arvon edistäminen 0 0
Ei vaikutusta
Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus 0 0
Ei vaikutusta
Kulttuuriympäristö 2 4
Puhtaat vesistöt teollisten toimijoiden ympäristössä
Ympäristöosaaminen 6 6
Hanke tuottaa ympäristöosaamista

9 Loppuraportin tiivistelmä

Hankkeessa kehitettiin uusia adsorbentteja ravinteiden (ammonium ja fosfaatti) poistamiseksi hulevesistä. Kummallekin poistettavalle ionille kehitettiin oma adsorbentti, joka karakterisoitiin ja jolle selvitettiin adsorptiotasapaino ja -kinetiikka. Ammoniumin poistoon kehitettiin adsorbentti, josa montmorilloniittiin oli ankkuroitu magnetiittinanokomposiitti-rakenteita. Tällä adsorbentilla saavutettiin panoskokeissa maksimissaan 10,48 mg N/g kapasiteetti ammoniumille, kun vesiliuoksen ammoniumpitoisuus oli noin 50 mg/L. Lisäksi sillä saavutettiin panoskokeissa 64,2 % ammoniumin poistoaste MetsäSairila Oy:n hulevesistä.
Fosfaatin poistoon kehitettiin komposiittimateriaali, joka koostui metalli-organiisesta runkorakenteesta (metallo organic framework, MOF) ja kerrostetusta ionisesta hydroksidirakenteesta (layered double hydroxide, LDH). Tällä adsorbentilla (jauhe) saavutettiin maksimissaan 64 mg P/g kapasiteetti fosfaatille, kun fosfaatin konsentraatio liuoksessa oli noin 17 mg/L. Kehitetty jauhemainen adsorbentti myös sidottiin huokoisiin hankkeessa kehitettyihin polymeerikomposiittipartikkeleihin, jolloin voitiin testata adsorbentin toimivuutta muodossa, jossa sitä tultaisiin käyttämään teollisissa sovelluksissa. Panoskokeiden perusteella partikkeliin sidottuna fosfaatin poistoon suunniteltu adsorbentti toimi myös hyvin ja sen käsittely oli helpompaa kuin jauhemaisen adsorbentin. Tulokset ovat lupaavia, mutta kehitystyötä on jatkettava etenkin jauhemaisen adsorbentin sitomisporessin kehityksen ja kolonnissa tehtävien adsorptiokokeiden suhteen. Näin saataisiin tarkempi kuva siitä miten tehokkaasti adsorbentti toimii käytännössä.
Hankkeessa tutkittiin myös ammoniumin talteenottoa suotovedestä (MetsäSairila Oy) ioninvaihdon avulla laboratorio- ja pilot-mittakaavan kokein käyttäen erotusmateriaaleina kaupallisia ioninvaihtohartseja. Suotovesi valittiin erotuskokeisiin huleveden sijaan, koska suotovesi on huomattavasti hulevettä väkevämpää tarkasteltavien yhdisteiden suhteen. Saadut tulokset ovat kuitenkin täysin sovellettavissa hulevesien käsittelyyn.
Ammoniumin poistoa ioninvaihdolla tutkittiin käyttäen erotusmateriaaleina kahta erilaisen ioninvaihtokapasiteetin omaavaa kationinvaihtohartsia (CS12GC ja CS16GC, Finex Oy, Kotka). Laboratoriomittakaavan (erotuskolonnin tilavuus 17 mL) kokein tutkittiin 1) erotusmateriaalien soveltuvuutta ammoniumin poistoon, 2) kationinvaihtohartsin ionimuodon (Na+ ja H+) vaikutusta erotukseen, sekä 3) ammoniumilla ladatun hartsin regenerointia takaisin alkuperäiseen ionimuotoon suolahapon (H+) ja natriumkloridin (Na+) avulla. Suuremman ioninvaihtokapasiteetin omaava CS16GC osoittautui tehokkaammaksi ammoniumin poistossa. Hartsin ionimuodoista Na+:n todettiin olevan parempi, sillä H+-muotoisella hartsilla käsitellyn veden pH oli alhainen (< 2) ja vaatii näin ollen neutraloinnin ennen jatkokäsittelyä. Na+-muotoisella hartsilla pystyttiin tuottamaan neutraalin pH:n omaavaa ammoniumvapaata vettä, josta oli poistettu myös kalium-, kalsium- ja magnesium-metallit. Hartsin regenerointi Na+-muotoon onnistui tehokkaasti natriumkloridiliuoksen (2 mol/L) avulla.
Ammoniumin poistoa suotovedestä tutkittiin myös pilot-mittakaavassa (erotuskolonnin tilavuus 6,6 L) käyttäen erotusmateriaalina Na+-muotoista CS16GC hartsia. Kokeissa puhdistettiin noin 2,7 m3 suotovettä. Tulosten perusteella ammoniumin poisto toimii tehokkaasti myös isommassa mittakaavassa. Saadut tulokset osoittavat myös, että ammoniuminpoisto prosessi on helposti skaalattavissa ylöspäin.
Ammoniuminpoistokokeet osoittavat, että ammoniumin poisto onnistuu tehokkaasti ioninvaihdolla ja, että erotusmenetelmä on helposti skaalattavissa ylöspäin. Tulokset perusteella voidaan sanoa, että poistamalla hule- ja suotovesistä ioninvaihdon avulla ammonium, voidaan jäteveden puhdistamolle johdettavien vesivirtojen määriä pienentää. Erotusprosessin tehokkuus riippuu 1) puhdistettavan veden koostumuksesta ammoniumin ja metallien suhteen sekä 2) ammoniumin poistolle asetetuista raja-arvoista. Nämä kaupallisilla erotusmateriaaleilla saadut tulokset muodostavat pohjatason tulokset luovat pohjatason sille miten tehokkaita uusien ammoniumin poistoon kehitettävien erotusmateriaalien tulisi olla.