The effects of sludge treatment on the reuse potential of sewage sludge and the selection of the treatment method using a decision model

Lietteenkäsittely on nykyisin yksi eniten mielipiteitä jakavista jätevedenpuhdistukseen liittyvistä asioista. Liete sisältää huomattavasti ravinteita kuten fosforia ja typpeä sekä orgaanista hiiltä, joiden hyödyntäminen olisi EU:n jätehierarkian mukaista. Nykyisin maatalouden fosforilannoitteena käytetään lähinnä uusiutumatonta, ehtyvää neitseellistä fosforia. Puhdistamoliete voisikin tarjota vaihtoehtoisen uusiutuvan fosforin lähteen. Puhdistamolietteen typpi voi puolestaan korvata epäorgaanisia typpilannoitteita. Puhdistamolietteen käyttöä haittaavat raskasmetallipitoisuudet ovat Suomessa laskeneet huomattavasti viime vuosina, eikä niistä uskota aiheutuvan merkittävää haittaa puhdistamolietteitä hyödynnettäessä. Näiden sijaan huomio on kiinnittynyt orgaanisiin haitta-aineisiin, kuten polysyklisiin aromaattisiin hiilivetyihin, nonyylifenoleihin ja ftalaatteihin Monissa Euroo-pan maissa lietteen maatalouskäyttön on tämän takia vähentynyt ja poltto yleistynyt. Dip-lomityön kirjallisuusosa keskittyy puhdistamolietteen sisältämien resursseihin ja haitallisiin komponentteihin, näiden käyttäytymiseen erilaisissa käsittelymenetelmissä ja maaperässä ja merkitykseen lietteen hyötykäyttömahdollisuuksien kannalta. Lietteenkäsittelymenetelmän valinta on päätös, jolla on monimuotoisia ympäristöllisiä, taloudellisia ja sosiaalisia vaikutuksia. Tässä diplomityössä luotiin päätösmalli helpottamaan tätä päätöksentekoa. Tätä varten tunnistettiin olennaiset päätöskriteerit hankkeessa mukana olleiden asiantuntijoiden kanssa kokoustamalla ja tekemällä haastatteluja. Lopullinen päätösmalli on hierarkkinen arvopuu, joka sisältää seuraavat päätöskriteerit: ”Kysyntä”, ”Hyödykkeet”, ”Lopputuotteen haitalliset komponentit”, ”Päästöt”, ”Nettokustannukset”, ”Välittömät haitat” ja ”Prosessin varmuus”. Nämä jakaantuvat vielä erikseen alikriteereihin. Kriteereille voidaan antaa painokerroin, joka ilmaisee kriteerin tärkeyttä suhteessa muihin saman tason kriteereihin. Päätösmallin tuloksena saadaan kulekkin tarkasteltavalle lietteenkäsittelymenetelmälle pistemäärä, joka ilmaisee sen paremmuutta verrattuna muihin vaihtoehtoihin. Päätösmallia testattiin kolmessa (3) eri casekohteessa: Helsingin Viikinmäen, Mikkelin Kenkäveronniemen ja Porvoon Hermanninsaaren, jätevedenpuhdistamoissa. Testauksen perusteella arvopuumallin todettiin toimivan hyvin alustavana päätöksentekomenetelmänä lietteenkäsittelymenetelmän valinnassa. Päätösmallin edellyttämissä lähtötiedoissa todettiin kuitenkin useita epävarmuuksia ja tiedonpuutteita. Lisäksi kaikkia olennaisia päätöskriteerejä ei saatu diplomityön puitteissa sisällytettyä arvopuuhun. Näitä olivat muun muassa lietteen lannoitekäytön tuottamat hyvitykset ja käsittelymenetelmien vaikutus ravinteiden käyttökelpoisuuteen ja orgaanisen aineen laatuun.The treatment of sewage sludge is one of the most controversial issues of the modern wastewater treatment. Sewage sludge contains significant amounts of resources, such as nutrients and organic matter, the reuse of which in encouraged in the waste hierarchy of EU. The largest amount of phosphorus fertilizer used in agriculture derives from mineral phosphate rock, which is nonrenewable and depletable. Sewage sludge could offer an alternative renewable phosphorus source for agriculture. The nitrogen in sewage sludge could also replace some of the use of mineral nitrogen fertilizers. The high concentrations of heavy metals in sewage sludge, which have restricted the agricultural use of the sludge in the past, have declined dramatically in Finnish sewage sludges. Instead, the risks associated with organic pollutants found in sludge, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, nonyphenols and phtalates, are of growing concern. Because of this, the agricultural use of sludge has decreased in many European countries and the incineration of sludge has increased. The literature review of this master’s thesis concentrates on the resources and pollutants found in the sewage sludge and how they behave during different sludge treatment methods and in soil and the significance of these matters for the reuse of sewage sludge. Choosing a suitable sludge treatment method is a decision, which has diverse environmental, economic and social effects. This thesis presents a decision model for facilitating this decision. Essential decision criteria were recognized in meetings and interviews with the experts involved in the project. The final decision model is a hierarchic value tree model, which includes following criteria: “Demand”, “Resources”, “Pollutants in the sludge product”, “Emissions”, “Net costs”, “Direct adverse effects” and the “Security of the process”. These criteria divide in turn to subcriteria. The criteria can be given weights, which express the importance of a criterion relative to the other criteria of the same level. As a result, the decision model gives each sludge treatment method a score expressing the goodness of the alternative compared to other alternative methods. This study also presents three (3) different case studies for testing of the decision model, including wastewater treatment plants in Viikinmäki, Helsinki; Hermanninsaari, Porvoo and Kenkäveronniemi, Mikkeli. The value tree presented in this study works as a preliminary decision making tool for choosing the sludge treatment method. However, there was uncertainty and shortage of data used as inputs of the model. In addition, some important criteria could not be included in value tree because of the limitations of this study. These criteria include for instance the carbon offsets of using sludge as fertilizer and the effects of treatment methods on the availability of nutrients and quality of organic matter