Viemäriin päätyvät lääkeaineet ja kosmetiikkakemikaalit eivät katoa veden mukana, vaan osa niistä kulkee läpi nykyisten jätevedenpuhdistamoiden lähes muuttumattomana. Tekniikka&Talous selvitti, mitä satojen miljoonien vedenpuhdistusinvestoinnit tarkoittavat ja millaisella tekniikalla jätevesiä tulevaisuudessa puhdistetaan.
EU:n uusi jätevesidirektiivi pakottaa merkittävän osan suomalaisista puhdistamoista ottamaan käyttöön uuden puhdistusvaiheen, jossa poistetaan vaikeasti hajoavia mikropollutantteja. Se vaatii investointeja uuteen tekniikkaan.
VTT:n alustavan arvion mukaan kyse on jopa 700 miljoonan euron investointi- ja rakentamiskustannuksista 15 vuoden aikana.
Mikropollutantit ovat antropogeenisia eli ihmisen aiheuttamia orgaanisia ja epäorgaanisia kemikaaleja jätevedessä. Niihin kuuluu eri lääkeaineiden ja kosmetiikkatuotteiden kemikaalien lisäksi torjunta-aineita, piristeitä, hivenmetalleja, pfas-ikuisuuskemikaaleja, mikro- ja nanomuoveja sekä makeutusaineita.
Mikropollutantit ovat mikro- tai nanoluokkaa jätevedessä. Ne ovat haitallisia eliöstölle, ympäristölle ja vesistöille sekä ihmiskeholle.
Mikropollutanttien kemiallis-fysikaaliset ominaisuudet tekevät niistä erittäin pysyviä yhdisteitä, jotka hajoavat vaikeasti. Suomen nykyisissä jätevedenpuhdistamoissa niistä poistuu vain murto-osa.
Viikinmäkeen rakennetaan kokonaan uusi puhdistuslaitos
Puhdistamoiden tekniikka perustuu pitkälti biologiseen poistamiseen mutta myös mekaaniseen ja kemialliseen.
”Käytännössä joudutaan rakentamaan uusi laitos Viikinmäen jätevedenpuhdistamon perään. Tilavaraus on tehty toiselle puolelle Lahdenväylää Viikinkalliossa”, kertoo Helsingin seudun ympäristöpalvelujen HSY:n jätevedenpuhdistuksen osastonjohtaja Kristian Sahlstedt.
Maanalainen laitos olisi kokonaan uusi, ainoastaan mikropollutanttien poistoon tarkoitettu osasto.
Viikinmäen mikropollutanttien poistoon suunnitellun laitoksen kustannusarvio on noin 180 miljoonaa euroa ja Blominmäen vastaavan investoinnin noin 90 miljoonaa euroa.
Ne suomalaiset puhdistamot, joita mikropollutanttien poistovelvoite koskee, toteuttavat tarvittavat toimenpiteet lähivuosina, kun direktiivi on viety kansalliseen lainsäädäntöön.
Otsoni hajottaa ja aktiivihiili kerää vaikeimmat yhdisteet
HSY:n puhdistamoihin rakennetaan uusi mikropollutanttien poistovaihe, jossa yhdistetään kaksi menetelmää: otsonointi ja aktiivihiilisuodatus.
Otsonointi perustuu vahvaan hapetusreaktioon, jossa otsoni (O₃) hajottaa vaikeasti biologisesti hajoavia orgaanisia yhdisteitä. Reaktiossa otsoni voi hajottaa suoraan haitta-aineiden kemiallisia sidoksia tai muodostaa hydroksyyliradikaaleja, jotka hapettavat epäpuhtauksia tehokkaasti.
Prosessi vaatii otsonigeneraattorin, otsonin syöttöjärjestelmän ja kontaktialtaan, jossa veden ja otsonin reaktioaika on tyypillisesti 15–30 minuuttia. Lisäksi otsonijäämät tulee muuntaa hapeksi hajottamalla otsoni.
Otsonoinnin jälkeen vesi käsitellään aktiivihiilellä. Huokoinen aktiivihiili toimii adsorbenttina eli sitoo jäljelle jääneitä haitta-aineita suureen sisäpintaansa. Menetelmä ei ole valikoiva, vaan poistaa laajasti erilaisia orgaanisia yhdisteitä.
Aktiivihiilen tehokkuus riippuu riittävästä kontaktiajasta. Tarvittava viipymä on luokkaa 20–30 minuuttia.
Aktiivihiili on joko rakeista tai jauhemaista. Rakeisena aktiivihiiltä käytetään suodattimissa tai suodatinaltaissa sekä paineellisessa että painovoimaisessa suodatuksessa. Jauhemaisena aktiivihiili syötetään käsiteltävään veteen. Ennen verkkoon pumppaamista tai syöttöä jauhe poistetaan suodattimella.
Teknologioiden haasteena ovat kuitenkin sivuvaikutukset. Suuret otsoniannokset voivat esimerkiksi lisätä bromaatin muodostumisen riskiä, jos jätevedessä on paljon bromidia. Bromaatti on karsinogeeni, eli se aiheuttaa syöpää.
Teknologia toimii mutta maksaa miljoonia
Uudet puhdistusmenetelmät vähentävät jäteveden mikropollutantteja, mutta samalla ne tuovat puhdistamoille uusia käyttö- ja huoltokustannuksia.
Aktiivihiilisuodatuksessa hiilen huokoinen rakenne sitoo vedestä epäpuhtauksia. Ajan mittaan hiilen puhdistuskyky heikkenee, jolloin se täytyy regeneroida eli käsitellä korkeassa lämpötilassa adsorptiokyvyn palauttamiseksi. Prosessissa osa hiilestä menetetään, tyypillisesti noin 10–15 prosenttia.
”Regenerointiväli on puhdasvesipuolella noin neljä vuotta. Odotamme kiinnostuneina, mikä se tulee olemaan jätevesipuolella, kun aktiivihiilen edessä on otsonointi”, kertoo Sahlstedt.
Otsonointi on vähemmän huoltoa vaativa prosessi. Otsonigeneraattorin elektrodit vaativat huoltoa noin viiden vuoden välein.
Menetelmät ovat kuitenkin jo käytössä maailmalla. Esimerkiksi Sveitsissä mikropollutanttien poisto on ollut suurilla puhdistamoilla pakollista jo yli kymmenen vuotta.
Suurin haaste ei ole yksittäinen teknologia, vaan sen mittakaava.
”Teknisesti puhdistus ei ole erityisen monimutkaista, mutta kyseessä ovat isot volyymit. Tulee paljon yksittäisiä laitteita, jotka vaativat huoltoa ja kunnossapitoa”, sanoo Sahlstedt.
Energiatavoitteet törmäävät puhdistustavoitteisiin
EU-direktiivi asettaa puhdistamoille kaksi samanaikaista tavoitetta: haitta-aineiden tehokkaampi poisto ja energianeutraalius.
Direktiivin mukaan yli 10 000 asukasvastineluvun (avl, jossa 1 avl vastaa yhden ihmisen vuorokaudessa tuottamaa keskimääräistä jätevedenkuormitusta) puhdistamoiden tulee saavuttaa kansallisesti tarkasteltuna energianeutraalius vuoteen 2045 mennessä. Tämä tarkoittaa, että puhdistamoiden energiankulutus katetaan pääosin omalla energiatuotannolla. Keinoja ovat esimerkiksi biokaasun, aurinkoenergian ja hukkalämmön hyödyntäminen.
Samalla uudet mikropollutanttien poistomenetelmät lisäävät energiankulutusta. Erityisesti aktiivihiilen käyttö kasvattaa prosessin ympäristöjalanjälkeä, sillä hiilen valmistus, regenerointi ja käsittely vaativat energiaa. Myös otsonoinnin sähkönkulutus on merkittävä.
”Varsinkaan aktiivihiilen käyttö ei edistä ilmastojalanjäljen paranemista ainakaan niin kauan kuin varteenotettavia biopohjaisia hiilivaihtoehtoja ei ole tarjolla”, toteaa Sahlstedt.
Sahlstedtin mukaan direktiivissä on ristiriita. Vedenpuhdistustaso paranee, mutta samalla energiankulutus ja päästöt voivat kasvaa.
”HSY:n käyttämä sähkö on hiilineutraalia ja suureksi osaksi itse tuotettua, mutta uudet käsittelyvaatimukset lisäävät väistämättä energiankulutusta ja vaikeuttavat siten energianeutraaliuden saavuttamista. Odotan selvennystä energianeutraaliuden vaatimuksiin, etenkin sähkö- ja lämpöenergian laskennalliseen käsittelyyn neutraaliutta arvioitaessa”, kertoo Sahlstedt.
Lisäksi osa suomalaisista puhdistamoista tehostaa myös typenpoistoa 80 prosentin tavoitteeseen pääsemiseksi. HSY:n puhdistamoilla typenpoisto on jo tarpeeksi korkealla tasolla.
Suurin investointipaine kohdistuu suuriin puhdistamoihin.
Vielä riittää kehitettävää – pfasit saattavat päästä läpi puhdistuksesta
Jätevedenpuhdistusdirektiiviin eivät kuulu pfas-yhdisteet, mutta joissakin EU-maissa on paikallisia raja-arvoja niille.
EU on kuitenkin kiristämässä pfas-yhdisteisiin liittyvää lainsäädäntöä juomavesidirektiivillä, mutta ei ole kieltämässä niitä kokonaan.
Aktiivihiili poistaa pfasia, mutta saturoituu myös nopeasti, koska se adsorboi monia muita molekyylejä ja ioneja vesimatriisista epäselektiivisesti.
Lyhytketjuiset pfas-yhdisteet ovat usein hydrofiilisiä ja pysyvät vedessä sen sijaan, että ne adsorboituisivat adsorbenttien pinnalle. Siksi pfas-yhdisteitä on hankala poistaa vedestä.
”Aktiivihiili ja otsonointi on todettu tietylle orgaaniselle molekyylille tehokkaiksi poistomenetelmiksi, mutta tiedetään, että esimerkiksi pfasille, sitkeille ikuisuuskemikaaleille, ne eivät ole niin tehokkaita”, kertoo Kemiran mikropollutanttiasiantuntija Tatjana Karpova.
Pfas-aineet tarvitsevat enemmän energiaa kuin muut orgaaniset yhdisteet.
”Otsonoinnin energia ei aina riitä, ja tämmöiset molekyylit tykkäävät enemmän olla vedessä kuin adsorboitua aktiivihiilen pinnalle”, kertoo Kemiran Karpova.
Tekniikka&Talous on uutisoinut aiemmin Kemiran hankkeesta, jonka tavoitteena oli käyttää tekoälyä seulomaan 300 000 miljardin mahdollisen rakenteen joukosta yli 5 000 uutta materiaalirakennetta. Niistä 20 kappaletta valittiin jatkokehitykseen, sillä ne pystyisivät poistamaan selektiivisesti esimerkiksi pfas-yhdisteitä vedestä.
Karpova uskoo, että tulevaisuudessa pfas-rajoitukset lisätään jätevedenpuhdistamoille Suomessa.
Vaikka puhdistamoihin lisätään lähivuosina aktiivihiilen ja otsonoinnin kaltaisia teknologioita, Kemira ja muut alan yritykset kehittävät jatkuvasti uusia menetelmiä. Markkinoille on tullut enemmän esimerkiksi ioninvaihtohartseja ja uusia adsorbentteja.
Kuluttaja maksaa puhtaammasta vedestä
Vaikka uusi direktiivi tuo puhdistamoille lisää velvoitteita ja kustannuksia, sen tavoitteena on saada entistä turvallisempaa vettä.
Säädökset myös vauhdittavat uusien kestävien puhdistusteknologioiden kehittämistä. Samalla pfas-yhdisteet muistuttavat siitä, että kaikkia haitta-aineita ei vielä pystytä säätelemään tai poistamaan täydellisesti.
”Suomessa, tuhansien järvien maassa, on paljon makeaa vettä, mutta on tärkeä myös muistaa, että vesi ei tule hanasta automaattisesti sellaisenaan. Sen takana on paljon teknologiaa, ja se kyllä maksaa. Suomalaiset pitävät puhdasta vettä itsestäänselvyytenä”, kertoo Karpova.
Kuluttaja maksaa tavalla tai toisella direktiivin myötä puhdistamoille tulevat kustannukset. Ne jaetaan ”saastuttaja maksaa” -periaateella.
Lääke- ja kosmetiikkavalmistajat tulevat maksamaan vähintään 80 prosenttia kustannuksista.
- Lue lisää Tekniikka&Taloudesta:
