Jäteveden lietteestä lämpöä – Blominmäki on lämmöntuotannon osalta omavarainen

Uusi Blominmäen jätevedenpuhdistamo Espoossa on monella tapaa uniikki. Itse puhdistusprosessi on tehokas: jätevedestä saadaan puhdistettua yli 96 prosenttia fosforista ja orgaanisesta aineksesta sekä yli 90 prosenttia typestä. Myös laitoksen insinöörityö saa kiitosta: ”Siinä yhdistyvät toimivaksi kokonaisuudeksi useat tekniikan eri osa-alueet. Lisäksi puhdistamon toteutus täysin maan alla vapauttaa tilaa muulle rakentamiselle maan päällä”. Näin kuuluivat perustelut, kun laitos pokkasi marraskuussa Suomen Rakennusinsinöörien Liiton jakaman RIL-palkinnon.

Puhdistamo on myös energiaviisas.

− Kun laitoksen LVI-ratkaisuja alettiin suunnitella, Helsingin seudun ympäristöpalvelut HSY asetti tavoitteen: toteuttaa Suomen ja jopa maailman energiatehokkain jätevedenpuhdistamo, kertoo A-Insinöörien LVIA-suunnittelun osastopäällikkö Samuli Korpi.

Tästä lähtökohdasta Korpi ja hänen kolmihenkinen suunnittelutiiminsä alkoivat suunnitella energiaratkaisuja yhteistyössä HSY:n LVI-asiantuntija Pekka Haalahden kanssa. LVI-suunnitteluun osallistui myös FCG Finnish Consulting Group Oy, joka suunnitteli luolan vesijohto- ja viemäriverkoston.

Blominmäki on Suomen toiseksi suurin jätevedenpuhdistamo Viikinmäen puhdistamon jälkeen. Lämmöntuotannon osalta se on 100-prosenttisesti ja sähkön osalta 70-prosenttisesti omavarainen.

− LVI-tekniikaltaan Blominmäki on Viikinmäen päivitetty versio. Molemmat laitokset ovat valtavia sähkön ja lämmön kuluttajia, varmasti pääkaupunkiseudun suurimpia. Toisaalta pystymme myös itse tuottamaan käyttämämme lämmön ja suuren osan sähköstä biokaasun avulla, sanoo Haalahti.

Se, miksi Blominmäki on sähkön osalta ”vain” 70-prosenttisesti ja Viikinmäki jopa 90-prosenttisesti omavarainen, johtuu laitosten kokoerosta. Viikinmäki puhdistaa 900 000 ja Blominmäki 400 000 asukkaan jätevedet. Siten myös jäteveden ja syntyvän biokaasun määrä on Viikinmäessä suurempi. Viikinmäessä lämpöä ja sähköä biokaasusta tuottavia kaasumoottoreita on neljä, Blominmäessä kaksi.

Kolme lämmitysverkkoa

Jäteveden puhdistusprosessissa syntyy lietettä, josta saadaan mädätysprosessin tuloksena biokaasua. Biokaasu hyödynnetään kokonaan Blominmäen omassa sähkön- ja lämmöntuotannossa. Sähköä tuotetaan kaasumoottoreilla sekä niiden pakokaasuputkiin liitetyllä ORC-laitteistolla. Kaikki mahdollinen hukkalämpö, joka on suhteellisen helposti saatavissa Blominmäen prosesseista, otetaan talteen ja hyödynnetään.  

− Lämmön talteenotto on viety mahdollisimman pitkälle, jotta kaikki biokaasu voidaan käyttää kaasumoottoreissa sähkön tuotantoon eikä sitä tarvitse käyttää kaasukattiloissa laitoksen lämmitykseen, Haalahti kertoo.

Puhdistamon lämmöntuotanto perustuu pääosin kaasumoottoreiden jäähdytyksestä ja pakokaasun jäähdytyksestä saatavaan lämpöön. Hukkalämmön talteenottoon käytetään myös erilaisia lisäjärjestelmiä, kuten lämpövarastoa ja rejektiveden talteenottoa.

Noin kolmasosa laitoksen tuottamasta lämpöenergiasta kuluu lietteen lämmitykseen. Lisäksi lämpöä kuluu laitoksen tilojen ilmanvaihtoon ja lämmitykseen. Tulevaisuudessa laitoksen lämmöllä on tarkoitus lämmittää myös Mikkelän tukikohtaa, joka kytketään laitoksen lämmitysverkostoon. Blominmäen puhdistamoa ei ole liitetty kaukolämpöverkkoon.

Puhdistamon lämmitys- ja lämmöntalteenottojärjestelmä on monitahoinen kokonaisuus. Lämmitysverkosto jakautuu lämpötilatasojen mukaisesti kolmeen eri järjestelmään: nolla-, matala- ja korkealämpöverkostoon.

− Kutsumme niitä L0-, LM- ja LK-verkostoiksi. Ihan itse keksittiin nämä nimet, nauraa Korpi.

Ihan itse Korpi ja Haalahti keksivät myös sen, että lämmitysverkkoja kannattaa olla kolme esimerkiksi Viikinmäessä käytetyn kahden sijaan. Vastaavaa ratkaisua ei ainakaan Suomen jätevedenpuhdistamoissa ole.

− Viikinmäessä nolla- ja matalalämpö ovat tavallaan samassa piirissä. Olemme sielläkin jo pitkään tehneet Samulin kanssa yhteistyötä ja koimme, että se ei ole kovin hyvä, että siellä kylmät ja lämpimät vedet sekoittuvat keskenään, sanoo Haalahti.

− Kolmen verkoston järjestelmä vaikuttaa olevan tehokas, kun käytettävissä on erilämpöisiä hukkalämpöjä.

Nollalämpöverkostoon tuotettu lämpö saadaan pelkästään teknisestä vedestä eli puhdistetusta jätevedestä, josta lämpöä siirretään L0-verkkoon lämmönsiirtimien kautta.

− Puhdistettu jätevesi kiertää ainoastaan lämmönsiirtimissä, ja saamme siitä tosi arvokasta ja ilmaista matalalämpöistä energiaa vaikka kuinka paljon ja hyvin pienellä sähkönkulutuksella, sanoo Korpi.

Nollalämpöverkon lämpö käytetään luolan ja biokaasurakennuksen ilmanvaihdon esilämmitykseen, tarvittaessa laitteiden hätäjäähdytykseen ja kesällä tarvittaessa ilmastusilman jäähdytykseen. Ilmastus on osa jätevedenpuhdistuksen biologista prosessia.

− Ilmastusilman lämpötila voi kesällä nousta 140 asteeseen, ja se pitää joka tapauksessa jäähdyttää 70 asteeseen. Tähän lisäjäähdytykseen voimme käyttää L0-verkkoa, Haalahti kertoo.

Suomen energiatehokkain puhdistamo

Matalalämpöverkostolla lisälämmitetään luolan ja biokaasurakennuksen ilmanvaihtoa, lietettä, polymeerin valmistusta, lämmintä käyttövettä ja piha-alueita.

LM-verkostoon tuotetaan lämpöä monin eri tavoin, kuten ottamalla talteen lämpöä ilmastusilman jäähdytyksestä ja ilmastusilman kompressoreiden öljynjäähdytyksestä sekä kaasumoottoritilan jäähdytyksestä.

− Matalalämpöverkoston päälämmöntuottajia ja suurimpia sähkönkuluttajia ovat ilmastusilman 700-kilowattiset kompressorit. Kompressorit tuottavat noin 140-asteista ilmaa, joka pitää jäähdyttää ennen ilmastusaltaaseen ajamista. Siitä saamme arvokasta lämpötehoa talteen, sanoo Korpi.

− Yksityiskohtana mainittakoon, että otamme jopa kompressorin voiteluöljyistä lämpöä talteen. Niistä saadaan ehkä noin 100 kW yhteensä. Kaikesta otetaan, mistä on otettavissa, jatkaa Haalahti.

Myös kaasumoottoritilan ilmajäähdytyksen lämmöntalteenotto on uusi ratkaisu, jollaista ei ennen ole jätevedenpuhdistamoissa kokeiltu.

− Tilan yläosan kuumasta, jopa 40-asteisesta ilmasta otetaan lämpö talteen ja siirretään matalalämpöverkkoon, kun esimerkiksi Viikinmäessä se kaikki puhalletaan pihalle, sanoo Haalahti.

Hukkalämpöä kerätään matalalämpöverkostoon myös eri lisäjärjestelmistä, kuten lietteen kuivauksesta ylijäävän rejektiveden lämmöntalteenotosta sekä hyödyntämällä lämpöpumppuja ja energiavarastoa. Energiavarasto on tilavuudeltaan 5 000 m³ ja sisältää viisi miljoonaa litraa vettä. Vaikka se ei laitoksen vaatimiin energiamääriin riitäkään, näkevät Korpi ja Haalahti siinä paljon muita etuja.

− Se tasaa kulutus- ja tuotantohuippuja. Vaikka se ei esimerkiksi rejektin lämmöntalteenottoon verrattuna tuota itsessään mitään, se on silti todella tärkeä. Jos esimerkiksi kaasumoottorit putoavat yhtäkkiä syystä tai toisesta pois päältä, voimme johtaa kaasusta saatavan lämpöenergian kaasukattiloiden avulla energiavarastoon ja saamme kaiken talteen häiriöstä riippumatta, sanoo Korpi.

− Tai jos kaasumoottoreihin tulee huoltokatkoja ja kaasukello on ihan täysi, niin voimme tehdä ylijäämäkaasusta lämpöä energiavarastoon mieluummin kuin että poltetaan se ”soihduissa”, lisää Haalahti.

Korkealämpöverkostolla tehdään kulutuskohteen tarvittava loppulämmitys haluttuun lämpötilaan. Lisäksi sen lämpöä käytetään toimiston ilmanvaihtoon ja lämmitykseen sekä tulevaisuudessa Mikkelän tukikohdan lämmitykseen ja ilmanvaihtoon.

LK-verkkoon tuotetaan lämpöä lämmöntalteenotolla kaasumoottoreiden moottorijäähdytyksestä, välijäähdytyksestä ja pakokaasukattiloista sekä ORC-laitteiston jäähdytyksestä. Tarvittaessa lisälämpöä tuotetaan kaasukattiloilla.

Vielä Blominmäen laitos ei käy täydellä teholla eikä kaasuntuotanto ole kunnolla alkanut. Siksi Korpi ei vielä pysty sanomaan, saavutettiinko tavoite: tehdä Blominmäestä Suomen ja ehkä maailman energiatehokkain jätevedenpuhdistamo.

− Sen näkee vasta keväämmällä, kun viimeisetkin jätevedet käännetään kohti Blominmäkeä. Mutta kyllä se ainakin Suomen energiatehokkain on – sen voin sanoa ihan varmasti.