Reoveesete ja biojäätmed kui energiaressurss on Eestis kasutamata

Euroopa Liidu (EL) liikmena tuleb Eesti Vabariigil täita kõiki EL direktiividest tulenevaid kohustusi. Euroopa Nõukogu 26. aprilli 1999. a prügiladirektiiv 1999/31/EÜ ja sellega vastavusse viidud Eesti õigusaktid näevad ette vähendada meil prügilatesse ladestatavate biojäätmete hulka.

Seaduse järgi ei tohi pärast 16. juulit 2010 prügilatesse ladestatavate olmejäätmete hulgas olla biolagundatavaid jäätmeid rohkem kui 45% ning pärast 2020. aastat üle 20% massiprotsendi ladestatavate olmejäätmete hulgast. Eesti riik on ka kohustunud tõhusamalt puhastama praegusest oluliselt suuremat hulka reovett. Euroopa Liidu struktuurifondidest taotletud abiraha toel on koostatud suuri ühiskanalisatsiooniprojekte ning tehtud suuri investeeringuid reoveepuhastusse. Sellega seoses suureneb reoveesette hulk, mille prügilatesse ladestamist tuleb võimaluse korral vältida.

Aastaks 2010 tuleb Eestis suurendada taastuvatest energiaallikatest toodetava elektrienergia osakaalu 5 %-ni. Sellega seoses tõsteti 2007. aasta mais jõustunud elektrituruseaduse muutmise seadusega taastuvenergia 1 kWh hinda 115 sendini, mis suurendab biojäätmetest elektrienergia ja soojuse koostootmise tasuvust.

Biojäätmed

Üldistatult loetakse biojäätmeteks neid, mis prügilas lühema või pikema aja jooksul mikroorganismide toimel lagunevad. Selliste jäätmete orgaanilise aine sisaldus on suur, enamasti vahemikus 60–95 %. Enimlevinud biojäätmed on köögijäätmed, reovee puhastamisel tekkiv reoveesete ning mitmesugused toiduainetööstuses tekkivad jäätmed. Kuigi loomakasvatuses tekkivat tahe- ega vedelsõnnikut (läga) jäätmeseaduses biojäätmeteks ei loeta, sarnanevad nad oma orgaanilise aine ja patogeenisisalduse poolest reoveesettega. Enne ladestamist või kasutamist tuleb vähendada selliste jäätmete orgaanilise aine sisaldust ja lagunemisega kaasnevat haisu. Seda protsessi nimetatakse stabiliseerimiseks ning selleks kasutatakse aeroobseid või anaeroobseid käitlemistehnoloogiaid. Kui aeroobse lagundamise puhul tuleb hapniku viimiseks biomassi ja selles sisalduva süsiniku oksüdeerimiseks süsihappegaasiks kulutada energiat, siis anaeroobses keskkonnas tekib orgaanilisest ainest biogaas. Biogaasi energiaväärtus on suur ning seda saab kasutada soojuse ja elektrienergia koostootmiseks. Joonisel 1 on aqua consult Ingenieur GmbH projekteeritud biogaasil töötav 4 MW võimsusega elektrienergia ja soojuse koostootmisjaam Saksamaal.

Eri biojäätmete anaeroobne kooskäitlus

Biolagunevate jäätmete anaeroobse käitlemise kompleks on kallis ning selle hooldus kulukas. Et selline käitlus oleks tasuv, peab jäätmeid olema suurel hulgal. Eestis on praegu 4–5 pidevalt töötavat anaeroobse käitlemise jaama, kuid ühegi juures ei toodeta biogaasist elektrienergiat. Reoveesetet stabiliseerivad anaeroobselt Tallinna ja Narva reoveepuhastid. Üldiselt seatakse reoveepuhastite juures eesmärgiks reoveesette stabiliseerimist, energia tootmise tähtsus on teisejärguline. Suuri investeeringuid nõudev anaeroobne settekäitlus on otstarbekas vaid siis, kui reoveepuhasti koormus on üle 50 000–100 000 inimekvivalendi, seetõttu on Eestis mõeldav sette metaankääritamist rakendada vaid 5–6 reoveepuhasti juures. Tööstuslikke biojäätmeid tekib Eestis suhteliselt vähe ning hajutatult.

Eri biojäätmete kooskäitlemise tõhusust on uurinud ning nii laboratoorseid kui ka pooltööstuslikke pilootkatsed teinud Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituut ning kolloid- ja keskkonnakeemia õppetool koostöös osaühinguga aqua consult baltic. Leiti, et seda on võimalik edukalt teha. Kui lisada väikese energiapotentsiaaliga reoveesettele toiduainetööstusest pärit suure orgaanilise aine sisaldusega jäätmeid, on võimalik tõsta käitluse tõhusust ja oluliselt suurendada biogaasi tooki. Reoveesette rikastamine rohkesti orgaanilist ainet sisaldavate jäätmetega suurendab märgatavalt ka tehtud investeeringute tõhusust.

Samas tuleb biojäätmete kooskäitlemisel arvestada mitmesuguseid tehnoloogilisi aspekte. Eri koostisega biojäätmete segamine võib muuta bakterikooslust ning põhjustada reaktoris vahutamist, ummistusi, toitainete kuhjumist või protsessi pärssimist. Arvestada tuleb ka stabiliseeritud käitlusjäägi kvaliteeti. Reoveesete võib sisaldada patogeene ja raskmetalle ning selle kasutamine põllumajanduses või haljastuses on seadusega rangelt reguleeritud. Eri jäätmete segamine võib küll suurendada gaasi- ja sellega energiatooki, aga ka käitluse lõppsaaduse keskkonnaohtlikkust. Et töödeldud jäätmeid on sageli vaja ka tahendada, peab arvestama, et tahendamisel eraldatavat, rohkesti lämmastikku sisaldavat vedelfraktsiooni (vädu) võib olla vaja täiendavalt käidelda. Järelikult on vaja kooskäitluse rakendamisel lähtuda konkreetsetest tingimustest ning sooritada pilootkatseid.

Biojäätmete uurimine

Tartu Ülikoolis on välja töötatud mitu biojäätmete biolagundatavuse ja biogaasi tekke uurimise metoodikat. Laboratoorsetes uuringutes kasutatakse biokeemilise metaanitekkepotentsiaali (BMP) katseseadmeid (joonis 2), mille abil on võimalik analüüsida paljude biojäätmete ja nende segude biolagundatavust. Kui BMP-katsetest saab määrata uuritavate jäätmete suurimat võimalikku metaanitooki, siis reaalsete töötingimuste analüüsimiseks kasutatakse pidevalt töötavaid läbivoolu-pilootseadmeid (5-liitriseid laboriseadmeid ja 800-liitrist pooltööstuslikku reaktorit – joonis 3).

Joonisel 4 on kujutatud BMP-katsetes saadud jäätmete biogaasitook 22 ööpäeva jooksul. Kuigi töötingimustes analüüsitakse tulemusi enamasti mitmesuguste keemiliste näitajate järgi (nt keemiline hapnikutarve, kuivainesisaldus, orgaanilise aine sisaldus), on sellel joonisel katsetulemusi kirjeldatud lihtsustatud kujul – eralduva biogaasi ruumalana (m3 ) jäätmetonni kohta. Selgus, et Eestis suurtes kogustes tekkiva sealäga ja reoveesette anaeroobsel käitlemisel saadava biogaasi hulk on suhteliselt väike. Toiduainetööstuses tekkivate jäätmete bioenergiapotentsiaal on seevastu oluliselt suurem. Kuigi see on osaliselt tingitud sealäga ja reoveesette suuremast veesisaldusest, on nad ka toiduainejäätmetest bioloogiliselt raskemini lagundatavad.

Ehkki metaanitook oli BMP-laborikatsetes ja pilootseadmetes enamvähem ühesuurune, tuleb väikestes mahutites tehtud laborikatsete tulemustesse suhtuda ettevaatusega, sest BMP määramise metoodika ei arvesta viibeaega ega pikema töötamise kestel tekkivat toiteainekomponentide muutumist reaktoris. Pidevalt annustatav pooltööstuslik pilootseade võimaldab seevastu täpsemini jäljendada täismahus anaeroobse seadme tööd ning ka seejuures tekkida võivaid probleeme. Laboris tehtud BMP-katseid saab aga kasutada biojäätmete võimaliku biogaasitoogi hindamiseks.

Biogaasist saadav energia sõltub gaasi metaanisisaldusest. Metaani oli biogaasis kääritatud biojäätmetest olenevalt 60–78%, ohtlike gaaside (H2 S, CO) sisaldus varieerus aga väga laiades piirides. Seda tuleb arvestada eri biojäätmete kooskäitlemist projekteerides ning vajaduse korral näha ette ka biogaasi puhastamist.

Oluline on teada ka anaeroobse käitlemise jääksaaduse kasutamise võimalusi. Et see sisaldab taimekasvuks vajalikke aineid, on üks võimalusi kasutada teda põllumajanduses. Põllumajanduslik kasutamine on reguleeritud nii sette stabiliseerituse kui ka raskmetalli- ja patogeenisisalduse poolest. Biojäätmete patogeenisisaldus oleneb nii jäätmeliigist kui ka tekkekohast ja ajast. Tehtud katseseeriates vähenes fekaalsete coli-laadsete patogeenide hulk anaeroobsel stabiliseerimisel 10–1000 korda. Kuigi biojäätmete anaeroobse käitlemise jääksaadus ei pruugi rahuldada seadusega kehtestatud norme, lüheneb tunduvalt hilisemale kompostimisele kuluv aeg ning seega vähenevad ka püsi- ja investeerimiskulud.

Kuna investeeringud anaeroobse tehnoloogia rakendamisel on suhteliselt suured, on üks olulisemaid tegureid tasuvus. EAS-i finantseeritud projekti raames tehti tasuvuse eeluuring Põlva reoveepuhasti näitel. Koos piimatööstuse reoveega on Põlva puhasti koormus umbes 40 000 inimekvivalenti, mistõttu seda võib Eestis pidada keskmisest suuremaks reoveepuhastiks. Kümneaastase investeerimiskava järgi ei osutunud Põlva puhasti reoveesette anaeroobne stabiliseerimine tasuvaks, käitlemine koos piirkonna toiduainetööstusettevõtete biojäätmetega oleks aga tasuv.

Arvestades biojäätmete tekkekohtade hajutatust ja sellest tulenevaid veokulusid on mõistlik anaeroobse kooskäitlemise võimalusi analüüsida piirkonniti ning eelkõige seal, kus reoveepuhasti lähedal on rohkesti biojäätmeid tekitavaid tööstusettevõtteid.

Artikli autorid on TAAVO TENNO ja VALLO LEMMIKSOO Tartu Ülikooli kolloid- ja keskkonnakeemia õppetool ning OÜ aqua consult baltic

Artikkel ilmus Keskkonnatehnikas 5/2017 lk 21–23.