Prevention of formation and dispersion of bioaerosols at the biological waste water treatment plants of forest industry

Biologisen jätevedenpuhdistuksen prosesseista vapautuu jäteveden mikrobeja ilmaan aerosolin muodossa. Bioaerosoli voi sisältää patogeenisiä mikrobeja ja endotoksiineja, jotka saattavat levitä ilman mukana ympäristöön aiheuttaen terveyshaittoja lähiympäristön ihmisille. Tutkimusten mukaan aerosolivälitteiset patogeenit voivat lisääntyä metsäteollisuuden biologisessa jätevedenkäsittelyssä ja aerosolisoituvat mm. ilmastusaltaan ilmastimien vaikutuksesta. Bioaerosolien muodostumiseen ja leviämiseen vaikuttavat altaassa käytettyjen ilmastimien tyyppi, jäteveden laatu, vallitseva säätila ja jätevedenpuhdistamon rakenteet. Tavoitteena oli löytää tehokkaita keinoja bioaerosolialtistuksen vähentämiseksi metsäteollisuuden jätevedenpuhdistamoilla ja erityisesti ilmastusaltailla. Bioaerosolien ominaisuuksia ja erilaisia keinoja aerosolien muodostumisen ja leviämisen ehkäisemiseksi jätevedenpuhdistamoilla selvitettiin. Sovellettavia tekniikoita ovat täysi- tai osittaiset katteet, tuulensuoja-aidat sekä ilmastintyypin vaihto. Potentiaalisimpia teknisiä ratkaisuja aerosolien leviämisen vähentämiseksi testattiin ilmastusaltaiden yhteydessä. Tuulensuoja-aidan vaikutuksia arvioitiin Metsä Board Kyrön tehtaalla ja läpäisevää katetta testattiin Kirkkonummella Volskodin pienpuhdistamolla. Tekniikoiden vaikutusta ympäristön aerosolien pitoisuuksiin selvitettiin mittaamalla pitoisuuksia hiukkasmittarilla. Mittauksia varten kehitettiin mittausohjelmaa, jonka avulla havainnoidaan ilmastusaltaan vaikutusta ympäristön hiukkaspitoisuuksiin suhteessa tuuliolosuhteisiin. Mallinnustyökalulla havainnollistettiin mittausten tuloksia. Mittauksin pyrittiin selvittämään millä tavoin tuulensuoja-aidassa käytetty läpäisevä verkkomateriaali vaikuttaa aerosolien liikkeeseen. Tuulensuoja-aidan ja verkkokatteen käyttökelpoisuutta metsäteollisuuden bioaerosolien aiheuttamien riskien vähentämiseksi arvioitiin tulosten perusteella. Mittaustulosten perusteella läpäisevyydeltään noin 50% tuuliverkolla havaittiin olevan vaikutusta aerosolien leviämiseen. Tuulensuoja-aidan kanssa mitattiin suurempia hiukkaspitoisuuksia ilmastusaltaan päällä ja välittömässä läheisyydessä, mistä voi päätellä aerosolien kauemmaksi leviämisen vähentyvän. Biologiset riskit saattavat nousta ilmastusaltaan välittömässä läheisyydessä tuulensuoja-aitaa käytettäessä. Mittauksen tuloksia havainnollistettiin gaussilaiseen leviämismalliin perustuvalla Matlab-ohjelmalla. Bioaerosolien ominaisuudet ja maaston sekä rakenteiden vaikutuksen huomioon ottavilla malleilla voidaan saada parempia mallinnustuloksia biologisten riskien arvioimiseksi. Tuulensuoja-aita on toimiessaan halutulla tavalla edullinen keino bioaerosolien leviämisen ehkäisemiseen, mutta vaatii kuitenkin vielä lisää selvityksiä sen kaikkien vaikutusten arvioimiseksi. Läpäisevällä verkkokatteella voidaan myös saavuttaa selviä muutoksia aerosolien leviämiseen ja sitä voidaan käyttää aerosolien liikkeiden ohjaamiseen. Täydellinen kattaminen on tehokkain keino bioaerosolien riskien hallintaan leviämisen ilmastusaltaalta estyessä kokonaan.Biological waste water treatment processes release microbes from the waste water to the air as aerosols. Bioaerosol can include pathogenic microbes and endotoxins which may disperse and cause health hazards in the nearby environment. According to research the aerosol transmissible pathogens can reproduce in the biological waste water treatment of forest industry and be aerosolized e.g. by the aerators in the aeration basin. The formation and dispersion of bioaerosols is affected by the type of aeration, quality of the waste water, weather conditions and the structures of the waste water treatment plant. The objective was to find efficient methods to decrease the exposure to bioaerosols in the waste water treatment plants of forest industry and especially at the aeration basins. The properties of bioaerosols and different methods to prevent formation and dispersion of aerosols were studied. Full or partial covers, windbreak fences and the change of aeration type are applicable techniques. The most potential technical solutions for the control of aerosol dispersion were tested at aeration basins. The effects of windbreak fence were studied at Metsä Board Kyrö mill and porous mesh cover was tested at Kirkkonummi in a small scale municipal WWTP. The effects of the techniques were observed by measuring aerosol concentrations with a particle meter. A measurement program was developed with which the effect of the aeration basin in the surrounding particle concentrations in accordance with the wind conditions was observed. The measurement results were visualized with a modelling tool. The measurements results were used to analyze how the porous mesh used in the wind break fence affects the aerosol dispersion. The usability of windbreak fence and mesh cover in decreasing the risks of bioaerosols in forest industry was evaluated. According to the results a windbreak fence with a porousity of 50% has effect on aerosol dispersion. Higher particle concentration were measured on and in the immediate vicinity of the aeration basin with the windbreak fence, which leads to decreased dispersion to larger distances. The biological risks may be elevated in the immediate vicinity of the aeration basin when a windbreak fence is used. The results of the measurements were visualized with a Matlab-program using the Gaussian dispersion model. Using models which include properties of bioaersols and calculate the effects of topography and surrounding structures could give more accurate modelling results to evaluate the biological risks. Windbreak fence is an inexpensive method in controlling bioaerosol dispersion, but it still needs more research to evaluate all the effects. Evident changes in aerosol dispersion can be achieved also with a porous mesh cover and it can be used to direct the aerosol flow. Complete covers are the most effective method in controlling the risks of bioaerosols when the dispersion is fully prevented