Kunnallinen jätevedenpuhdistus
Kunnallinen jätevedenpuhdistus on toimenpide, jossa yhdyskunnan ja teollisuuden jätevedet käsitellään keskitetysti ja jätevesi puhdistetaan mekaanisesti, kemiallisesti sekä biologisesti.
Useimmilla suomalaisilla jätevedenpuhdistamoilla on käytössä mekaanis-biologis-kemiallinen prosessi. Siinä kiinteät aineet erotellaan ensin mekaanisesti, fosfori saostetaan kemiallisesti ja orgaaninen aines sekä typpi poistetaan biologisesti. Puhdistamolla yhdyskuntajäteveden käsittelyprosesi muodostuu yleensä neljästä erillisestä prosessiyksiköstä:
Lisäksi joissakin jätevedenpuhdistamoissa voi olla viimeisenä vaiheena hiekkasuodatin, jonka tehtävänä on erotella jälkiselkeyttimestä karannut kiintoaines tarkemmin.
Aktiivilieteprosessi on myös mahdollista korvata kantoaineiden käyttöön perustuvilla tekniikoilla, kuten moving bed ja rotating bed -tyyppisillä bioreaktoreilla. Näissä reaktorityypeissä biologiset reaktiot tapahtuvat suurella pinnalla elävien bakteereiden (ns. biofilmi) vaikutuksesta.
Orgaaninen aines poistetaan ilmastamalla aktiivilietealtaassa jätevettä. Jäteveden mukana tulevat mikrobit (jotka ovat kehittyneet muun muassa ihmisen suolistossa) syövät ravinnokseen lika-aineita (orgaanista ainetta) ja hengittävät jäteveden liuennutta happea. Lika-aineet muuttuvat näin mineraalimuotoon, joka laskeutetaan jälkiselkeyttimessä, palautetaan ylijäämälietteenä laitoksen alkuun ja sitten poistetaan etuselkeyttimen kautta lingoille kuivattavaksi ja esimerkiksi kompostoitavaksi tai mädätettäväksi.
Ilmastusaltaasta mikrobit kulkeutuvat jälkiselkeyttimeen ”sulattelemaan ruokaa” ja ne palautetaan takaisin ilmastusaltaaseen palautuslietekierrolla. Palattuaan ilmastusaltaaseen alkavat mikrobit taas ahmia siellä olevia lika-aineita jne. Mikrobin kuollessa tulee siitäkin laskeutuvaa lietettä, joka poistetaan ylijäämälietteen mukana.
Kemiallisessa fosforinpoistossa tulevaan jäteveteen lisätään ferrosulfaattia ennen esi-ilmastusta, joka sijaitsee ennen esiselkeytystä. Ferrosulfaatti hapettuu esi-ilmastuksessa ja sen rauta muuttuu 3-arvoiseksi, jolloin se reagoi jätevedessä olevan fosforin kanssa muodostaen laskeutuvan lietteen, joka kerätään etuselkeyttimen kautta lietteen mukana lietteenkäsittelyyn.
Yleisimmin kemiallinen fosforinpoisto tapahtuu ns. rinnakkaissaostuksena, eli saostus tapahtuu rinnan biologisen ravinteidenpoiston kanssa. Ylijäämälietteestä kuivatussa lietteessä on tyypillisesti tästä fosforinpoistosta johtuen rautaa noin 3% linkokuivan lietteen määrästä.
Biologisessa fosforinpoistossa jäteveteen ei lisätä saostuskemikaalia (esimerkiksi ferrosulfaattia) vaan luodaan aktiivilietealtaan ensimmäisestä lohkosta täysin hapeton, anaerobinen lohko, jolloin siinä menestyvät ainoastaan sellaiset sienet, jotka tulevat hapettomissa olosuhteissa toimeen ja käyttävät fosforia ravinnokseen. Kun sieni kuolee, poistuu se ylijäämälietteenä ja samalla poistuu sen varastoima fosfori. Biologinen fosforinpoisto perustuu erään hiivamaisena kasvavan sienisuvun polyfosfaattia varastoiviin itiöihin.
Perinteisellä aktiivilietekäsittelyllä jäteveden typestä voidaan poistaa 20–40 %. Typpeä ei voida saostaa kemiallisesti, mutta sen poistoa voidaan tehostaa nitrifikaatio–denitrifikaatio -menetelmällä 75–85 % tasoon saakka.
Puhdistamolla jätevedessä ammonium-ioneina esiintyvä typpi eli ammoniumtyppi kulkee läpi anaerobi- ja denitrifikaatiolohkojen muuttumattomana. Aerobisessa lohkossa ammonium muuttuu läsnä olevan liukoisen hapen ja eräiden välittäjämikrobien vaikutuksesta nitriitiksi, joka epästabiilina yhdisteenä, ja koska happea on tarjolla, muuttuu edelleen nitraatiksi. Nitraatti kulkeutuu typpikierron (N-kierto) mukana takaisin denitrifikaatiolohkoon, jossa menestyvät ainoastaan sellaiset mikrobit, jotka pystyvät käyttämään ravinnokseen jäteveden orgaanista ainetta ja hengitykseensä N-kierron mukana tulleen nitraatin (NO) happea. Kun happi irtoaa nitraatista muodostuu jäljelle jäävästä typestä typpikaasua, joka poistuu jätevedestä kaasukuplina ilmatilaan.
Nitrifikaatio on aerobinen prosessi, jossa autotrofiset eli epäorgaanista hiiltä ravintona käyttävät bakteerit hapettavat ammoniumtypen nitriitiksi ja edelleen nitraatiksi. Ensin tapahtuvassa nitritaatiossa ammoniumtyppi hapettuu nitriitiksi muun muassa Nitrosomonas-, Nitrosospira-, Nitrosococcus-, Nitrosovibrio- ja Nitrosolobus-bakteerien vaikutuksesta.
Rejektivesiä syntyy, kun jätevedenpuhdistuksessa syntyvää lietettä käsitellään puristamalla tai linkoamalla. Kunnallisten jätevedenpuhdistamojen kokonaistyppikuormasta viidennes voi tulla laitoksen mädättämön rejektivesistä. Rejektivesiä voidaan ohjata puhdistamoille myös biokaasulaitoksilta. Käsittelemättömänä rejektivedet voivat palauttaa ympäristöön jo puhdistamolietteeseen kertyneitä ravinteita.
Erilliskäsittelyssä rejektivesiä voidaan puhdistaa tehokkaasti annamox-bakteerien avulla. Bakteerit istutetaan kantoaineeseen, kuten pieniin muovikappaleisiin. Kantoainetekniikan (MBBR, Moving Bed Bio Reactor) ansiosta puhdistamoon kasvatettu bakteerikanta ei häviä prosessista ja puhdistamo sietää paremmin häiriöitä. MBBR-prosessia käytetään mm. HSY:n Viikinmäen jätevedenpuhdistamolla.
Jätevedenkäsittely on yhdyskuntien ja teollisuuslaitosten laitoksilla niin laajamittaista, että ne tarvitsevat toimintaansa ympäristöluvan. Luvan myöntää pienille laitoksille joko kunnan ympäristönsuojeluviranomainen tai alueellinen ympäristökeskus. Suurten laitosten luvat käsittelee ja myöntää aina Ympäristölupavirasto.
Ympäristöluvassa lupaviranomainen mm. määrittää ne puhdistustehoa ja päästöjä koskevat vaatimukset, jotka laitoksen on täytettävä, jotta se saa toimia. Lisäksi ympäristöluvassa on joukko määräyksiä, miten laitoksen tulee korvata toiminnastaan aiheutuneista haitoista sen vaikutusalueella oleville ihmisille ja yhteisöille.