Kaukolämmön hukkalämpöä jäteveden puhdistukseen: taloudellista hyötyä ja päästövähennyksiä uudella menetelmällä – myös datakeskuksista

Kaukolämpöyhtiöt ovat perinteisesti hyödyntäneet jätevesiin jäänyttä lämpöä osana kaukolämmön tuotantoa. ”Tutkimuksessamme ajatus oli kuitenkin päinvastainen: kaukolämpöverkosta siirretäänkin paluuveden lämpöä jäteveden käsittelyyn. Selvitimme, voiko jäteveden lämpötilan hallinnalla vähentää polttoaineenkulutusta kaukolämmön tuotannossa ja parantaa biologisen jätevedenpuhdistuksen tehokkuutta”, kertovat Kavenero-hankkeen vastuullinen johtaja, Oulun yliopiston professori Mika Ruusunen ja projektipäällikkö, Oulun yliopiston dosentti Jari Ruuska.

Tulosten mukaan jäteveden lämpötilan nostaminen ja tasoittaminen voivat parantaa merkittävästi biologisen puhdistuksen olosuhteita ja tukea samalla kaukolämpöjärjestelmän energiatehokkuutta.

Oulun yliopiston säätötekniikan sekä vesihuollon ja vesienkäsittelyn tutkimusryhmien toteuttamassa KAVENERO-hankkeessa (Kaukolämpö- ja vesihuoltojärjestelmän energiatehokas sektori-integraatio kaupunkien vihreän siirtymän edistämisessä) tarkasteltiin kaukolämpö- ja vesihuoltojärjestelmien yhdistämistä. Rahoittajana toimi Euroopan aluekehitysrahasto (EAKR). Hankkeeseen osallistuivat Oulun Energia ja Oulun Vesi, ja tutkimus perustui usean vuoden todelliseen mittausaineistoon. Simuloiduissa skenaarioissa vertailtiin erilaisia jäteveden lämmitystapoja, lämmönlähteitä ja tavoitelämpötiloja.

Kavenero-konseptiin kuuluu kaksi päävaihetta. Ennen puhdistamoa jätevettä lämmitetään lämmönvaihtimella, jotta biologiselle puhdistusprosessille varmistetaan tehokkaammat olosuhteet. Puhdistamon jälkeen jätevedestä voidaan ottaa lämpöpumpulla talteen sen sisältämää lämpöä takaisin kaukolämpöjärjestelmään, jolloin energiaa ei johdeta hyödyntämättömänä vesistöön. Konsepti on sovellettavissa myös muihin kaupunkiympäristöihin ja datakeskusten hukkalämpöön.

Tulosten perusteella voidaan saavuttaa sekä taloudellisia että ympäristöhyötyjä. ”Simulointien perusteella Kavenero-investointien takaisinmaksuaika jää tyypillisesti alle kymmeneen vuoteen. Parhaimmillaan energiayhtiön vuosittainen liiketulos voi kasvaa lähes 40 prosenttia, samalla kun hiilidioksidipäästöt vähenevät noin kolmanneksen”, Ruuska laskee. Lue lisää tutkimuksesta Oulun yliopiston verkkosivuilla.

Jäteveden lämpötilan nosto 16 asteeseen riittää biologiseen puhdistukseen

Jätevedenpuhdistuksen biologinen prosessi perustuu mikrobeihin, joiden toiminta hidastuu kylmässä. Jätevedenpuhdistuksen näkökulmasta lämpötilan hallinta voisi mahdollistaa tehokkaamman typenpoiston ympäri vuoden ja tukea puhdistamon tasaisempaa toimintaa. Tasaisemmat prosessiolosuhteet voisivat vähentää keskimääräistä kemikaalien tarvetta.

Korkeampi tavoitelämpötila kuitenkin kasvattaa myös investointikustannuksia, joten järjestelmän suunnittelussa on löydettävä tasapaino puhdistustehokkuuden, energiatalouden ja investointikustannusten välillä. Typenpoiston osalta jäteveden lämpötilan nosto tasaiseksi 16 asteeseen ympäri vuoden mahdollistaisi simuloinnin perusteella riittävän puhdistustuloksen pelkässä biologisessa puhdistuksessa.

Kavenero-hankkeen tulokset osoittavat, että kaukolämpö- ja vesihuoltojärjestelmiä kannattaa tarkastella yhdessä, kun kaupungeissa etsitään keinoja parantaa samanaikaisesti energiatehokkuutta, vähentää hiilidioksidipäästöjä ja kehittää edelleen jätevedenpuhdistusta.

Kaukolämpö- ja vesihuoltojärjestelmien yhteistoiminnan etuja

• Tasaisempi vedenpuhdistus: Tasaisempi lämpötila tehostaa jäteveden puhdistusta erityisesti kylmänä aikana. 
• Kaksisuuntainen energiankierto: Lämpöä voidaan sekä hyödyntää että palauttaa takaisin järjestelmään. 
• Laajasti sovellettava ratkaisu: Toimii eri lämmönlähteillä ja sopii moniin kaupunkeihin.