Dekanterisentrifugin ja ruuvipuristimen suorituskyvyn täysimittaiset vertailut kunnallisen lietteen kuivauksessa

Lietteen kuivaustekniikat

Dekantterisentrifugit hyödyntävät keskipakovoimia hiukkasten laskeutumisen, lietekakun tiivistymisen ja erottelun nopeuttamiseksi, jolloin ne saavuttavat tyypillisesti korkean kiintoaineen talteenoton ja kuivan lietekakun suurella läpimenomäärällä. Ruuvipuristimet perustuvat asteittaiseen mekaaniseen puristukseen kuivausseulan tai levyn läpi, ja ne tunnetaan yleisesti suhteellisen yksinkertaisesta rakenteestaan ja alhaisesta sähkönkulutuksestaan.

Näiden tekniikoiden välillä valitseminen edellyttää useiden prosessin suorituskykykriteerien tasapainottamista, mukaan lukien:

• kakun kiintoainepitoisuus
• kiintoaineiden talteenotto
• polymeerinkulutus
• energiantarve
• keskittimen laatu
• käyttökustannukset
• huoltovaatimukset

Arvioidakseen näitä kompromisseja todellisissa käyttöolosuhteissa Alfa Lavalin lietteen kuivaustekniikoihin erikoistunut vanhempi insinööri Tim Mikkelsen suoritti täysimittaisen vertailututkimuksen dekantterisentrifugien ja ruuvipuristimien välillä pohjoismaisilla kunnallisilla jätevedenpuhdistamoilla. Tässä tapaustutkimuksessa esitetään dekantterisentrifugin ja liikkuvalla levyllä varustetun ruuvipuristimen rinnakkaisvertailun tulokset, jotka on suoritettu Suomessa sijaitsevalla kunnallisella jätevedenpuhdistamolla, joka palvelee noin 12 000 asukasekvivalenttia (PE).

Dekantterisentrifugin ja ruuvipuristimen kuivaustekniikoiden suorituskyvyn vertailu

Molempia järjestelmiä käytettiin vertailukelpoisissa täysimittaisissa olosuhteissa käyttäen identtistä syöttölietettä. Suorituskykyä arvioitiin keskeisten käyttö- ja kuivaustehokkuusindikaattoreiden perusteella, kuten taulukossa 1 on esitetty.

Ruuvipuristimella saavutettiin keskimäärin 18,1 %:n kuivapitoisuus kakussa ja 97,8 %:n kiintoaineen talteenottoaste. Varovaisissa käyttöolosuhteissa, joille oli ominaista suhteellisen alhainen rummun pyörimisnopeus ja suuri nopeusero (pieni vääntömomentti), dekanterisentrifugi saavutti 20,0 %:n kuivapitoisuuden kakussa ja 99,5 %:n kiintoaineen talteenottoasteen tuottaen samalla sentraattia, jonka suspendoituneiden kiintoaineiden pitoisuus oli alle 300 mg/l. Käyttöparametrien optimoinnin jälkeen dekanteri saavutti 22,7 %:n kuivapitoisuuden säilyttäen samalla vertailukelpoisen kiintoaineiden talteenottoasteen, mikä merkitsee yli 4,5 prosenttiyksikön parannusta kakun kuivausasteessa ruuvipuristimeen verrattuna.

Vedenpoistoteknologioita arvioitaessa on tärkeää tarkastella muutakin kuin pelkästään kakun kuivausastetta ja energiankulutusta. Tässä 360-vertailussa dekanteri saavutti paremman vedenpoistotehokkuuden ja vähensi samalla polymeerinkulutusta noin 60 % sekä pesuveden kulutusta 3,2-kertaisesti ruuvipuristimeen verrattuna kahdeksan tunnin päivittäisessä käyttöaikataulussa. Jatkuvatoimisissa laitoksissa erot olisivat vieläkin merkittävämpiä”, sanoo Alfa Lavalin vanhempi insinööri Tim Mikkelsen.

Näiden suorituskykytekijöiden suhteellinen merkitys riippuu laitoksikohtaisista taloudellisista tekijöistä. Tässä tapaustutkimuksessa kuivattu liete kuljetetaan keskitettyyn biokaasulaitokseen anaerobista mädätystä varten, mikä tarkoittaa, että lietekakun kuivuus on taloudellisesti vähemmän merkittävää kuin laitoksissa, joissa lietteen hävittämiskustannukset liittyvät suoraan kuljetetun lietteen massaan.

Vastaavasti sentraatin laadun parantumisesta johtuvia potentiaalisia etuja ei tällä hetkellä oteta huomioon laitoksen käyttökustannusten arvioinnissa. Ruuvipuristimeen verrattuna dekanteri tuotti sentraattia, jonka suspendoituneiden kiintoaineiden, BOD-arvon ja ammoniakin (NH₄-N) pitoisuudet olivat alhaisemmat, mikä vähensi biologiseen käsittelyprosessiin palautettavan kierrätyskuorman määrää. Pienemmät kierrätyskuormat vähentävät ilmastuksen ja ravinteiden poiston tarvetta, mikä keventää aktiivilieteprosessin kuormitusta. Suomalaisessa laitoksessa mitattujen ruuvipuristimen suodoksen ja dekantterin sentraatin erojen perusteella jatkokäsittelykustannusten säästöiksi arvioidaan noin 0,26 euroa käsiteltyä m³ lietettä kohti.

Myöskään laitteiston pienemmästä tilantarpeesta johtuvia mahdollisia toiminnallisia etuja ei ole otettu huomioon taloudellisessa arvioinnissa. Dekanterin asennustila on noin 5 m², kun ruuvipuristimen tilantarve on 7,5 m², mutta dekantterin käsittelykapasiteetti pinta-alayksikköä kohti on yli kaksinkertainen (vastaavasti 2,4 m³/h/m² verrattuna 1,06 m³/h/m²). Pienempi tilantarve voi tarjota myös ympäristö- ja infrastruktuurihyötyjä vähentämällä uusien tai modernisoitavien laitosten tilavaatimuksia.

Yhteenvetona voidaan todeta, että ruuvipuristimet tarjoavat etuja alhaisempien investointikustannusten, pienemmän suoran energiankulutuksen ja yksinkertaisen käytön muodossa. Tämä tutkimus osoittaa kuitenkin, että nämä edut voivat jäädä toissijaisiksi huonomman vedenpoistokyvyn vuoksi, mikä johtaa suurempaan polymeerinkulutukseen, kasvaneisiin kierrätyskuormituksiin ja lisäkustannuksiin jatkokäsittelyssä. Vedenpoistoteknologian valitseminen pelkästään investointikustannusten ja energiankulutuksen perusteella voi siten jättää huomiotta merkittävät elinkaaren aikaiset käyttökustannukset ja prosessiin liittyvät edut.