Maa- ja elintarviketalous 94 Maa- ja elintarviketalous 94 Teknologia Peruna- ja juureskuorim on jätteet ja jätevedet 94 Peruna- ja juureskuorimon jätteet ja jätevedet Marja Lehto, Tapio Salo, Sanna Sorvala, Riitta Kemppainen, Petri Vanhala, Ilkka Sipilä ja Maarit Puumala MET94 kansi.indd 1MET94 kansi.indd 1 9.3.2007 12:06:559.3.2007 12:06:55 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus Maa- ja elintarviketalous 94 77 s. Peruna- ja juureskuorimon jätteet ja jätevedet Marja Lehto, Tapio Salo, Sanna Sorvala, Riitta Kemppainen, Petri Vanhala, Ilkka Sipilä ja Maarit Puumala ISBN 978-952-487-082-5 (Painettu) ISBN 978-952-487-083-2 (Verkkojulkaisu) ISSN 1458-5073 (Painettu) ISSN 1458-5081 (Verkkojulkaisu) www.mtt.fi/met/pdf/met94.pdf Copyright MTT Marja Lehto, Tapio Salo, Sanna Sorvala, Riitta Kemppainen, Petri Vanhala, Ilkka Sipilä ja Maarit Puumala Julkaisija ja kustantaja MTT Jakelu ja myynti MTT, 03400 Vihti Puhelin (09) 224 251, telekopio (09) 224 6210 sähköposti: julkaisut@mtt.fi Julkaisuvuosi 2007 Kannen kuvat: Marja Lehto Painopaikka: Tampereen Yliopistopaino – Juvenes Print mailto:julkaisut@mtt.fi 3 Peruna- ja juureskuorimon jätteet ja jätevedet Marja Lehto1), Tapio Salo2), Sanna Sorvala3), Riitta Kemppainen2), Petri Vanhala2), Ilkka Sipilä1) ja Maarit Puumala1) 1)MTT (Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus) Kotieläintuotannon tutkimus, Vakolantie 55, 03400 Vihti, marja.lehto@mtt.fi, ilkka.sipila@mtt.fi, maarit.puumala@mtt.fi 2)MTT (Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus) Kasvintuotannon tutkimus, 31600 Jokioinen, tapio.salo@mtt.fi, riitta.kemppainen@mtt.fi, petri.vanhala@mtt.fi 3)Evisol Oy, Hakkilankaari 7 A, 01380 Vantaa, nykyinen osoite sanna.sorvala@luukku.com Tiivistelmä Esikäsitellyn perunan ja juuresten kysyntä on jatkuvassa kasvussa. Pienimuo- toista perunan ja juuresten kuorimotoimintaa harjoitetaan ns. tilakuorimoilla, jotka viljelevät itse kuorittavat perunat ja juurekset, tai kuorimoyrityksissä, jotka ostavat muualta kuorittavan raaka-aineen. Kuorittavan raaka-aineen määrä vaihtelee tarkastelun kohteena olevissa kuorimoissa 30 tonnista 1000 tonniin vuodessa, mutta kuorimotoiminta ja kuorittavat perunan ja juuresten määrät ovat voimakkaassa kasvussa. Perunan- ja juuresten kuorinta on ympä- ristöluvanvaraista toimintaa. Yleensä luvan myöntää kunnan ympäristöviran- omainen. Kuorintaprosessi vaikuttaa oleellisesti kuorimolta tulevien jätevesien ja jät- teiden laatuun ja määrään. Kuorimoiden jätevesille on tyypillistä korkeat orgaanisen aineen- ja ravinnepitoisuudet, alhainen pH sekä huomattavat jäte- vesien määrän ja laadun vaihtelut. Kuorijätettä muodostuu paljon, jopa puolet kuorittavan raaka-aineen määrästä. Biologis-kemialliset puhdistamot soveltuvat kuorimojätevesien käsittelyyn. Puhdistamon toimivuudelle on keskeistä oikea mitoitus, valvonta sekä liet- teen poisto ja käsittely. Peruna- ja juureskuorijäte soveltuu hyvin rehuksi tuotantoeläimille. Tämä edellyttää, että kotieläintila sijaitsee kuorimon läheisyydessä. Jos kuorijätettä käytetään maanparannusaineena, se täytyy käsitellä, esim. kompostoida, jotta kuorimassan mahdollisesti sisältämät kasvitaudit ja rikkakasvien siemenet tuhoutuisivat. Oikein käsitellyn lopputuotteen ravinteet ovat myös paremmin kasvien käytettävissä. Asiasanat: peruna juures, kuorimo, kuorijäte, jätevesi, jätevesien käsittely, rehu, kompostointi 4 Wastes and wastewaters from potato and vegetable peeling processes Marja Lehto1), Tapio Salo2), Sanna Sorvala3), Riitta Kemppainen2), Petri Vanhala2), Ilkka Sipilä1) ja Maarit Puumala1) 1) MTT Agrifood Research Finland, Animal Production Research, Vakolantie 55, FI-03400 Vihti, Finland, marja.lehto@mtt.fi, ilkka.sipila@mtt.fi, maarit.puumala@mtt.fi 2)MTT Agrifood Research Finland, Plant Production Research, FI-31600 Jokioinen, Finland, tapio.salo@mtt.fi, riitta.kemppainen@mtt.fi, petri.vanhala@mtt.fi 3) Evisol Oy, Hakkilankaari 7 A, FI-01380 Vantaa, Finland, present address sanna.sorvala@luukku.com Abstract The amount of vegetable and potato peeling farms has increased during the past years in Finland. There are hundreds of farms nowadays which peel 30 – 1000 tons of potatoes and vegetables per year. The volume of peeled prod- ucts will increase because industry, wholesale business, catering facilities, and other customers want to use pre-peeled products. Peeling of potatoes and vegetables on farms needs environmental permissions from the municipal authorities. The quality and the quantity of wastes and wastewaters from potato and vegetable peeling processes depend on the peeling method used. These wastewaters have high concentrations of organic matter and nutrients, and pH is low. It is also typical that the quality and the quantity of these wastewaters fluctuates a lot during a week and a year. The peeling process produces a lot of peeling waste, the amount can be as much as half of the amount raw mate- rial peeled. Biological-chemical wastewater treatment plants on farms are suitable for treatment of potato and vegetable processing waters. With a working treat- ment process, it is possible to meet the requirements of environmental per- missions. Wastes from potato and vegetable peeling processes are suitable feed for domestic animals. If the peeling waste is used as soil enrichment, the waste must be treated e.g. by composting or anaerobically to destroy plant patho- gens and the seeds of weeds. Index words: potato, root plant, peeling process, peeling waste, wastewater, wastewater treatment, feed, composting 5 Alkusanat Peruna- ja juureskuorimoilta edellytetään ympäristölupaa. Lupaehtojen laa- timinen ja toisaalta täyttäminen on ollut usein vaikeaa, koska yritysten todel- lisesta ympäristökuormituksesta ja jätteiden sekä jätevesien käsittelymene- telmistä ei ole ollut riittävästi tietoa. Tämän hankkeen tavoitteena on ollut selvittää peruna- ja juureskuorimoilta tulevien jätteiden ja jätevesien laatua ja määrää, käytössä olevia jätteiden ja jätevesien käsittelymenetelmiä, etsiä ja testata uusia menetelmiä sekä tehostaa ja parantaa jätteiden ja jätevesien kä- sittelyprosesseja. Hanke on toteutettu MTT:n maatalousteknologian tutki- muksen (v. 2006 alusta kotieläintuotannon tutkimus) ja kasvintuotannon tut- kimuksen yhteistyönä. Hankkeen aikana kerättiin huomattava määrä tietoa kuorimoiden jätteiden ja jätevesien ominaisuuksista ja niiden käsittelyyn liittyvistä erityispiirteistä. Lisäksi kehitettiin laitevalmistajien kanssa yhteistyössä jätevesien puhdis- tusmenetelmiä, jotta ne täyttävät kuorimoiden ympäristölupien vaatimukset sekä tehtiin kompostointikokeita kuorimojätteellä. Nämä tulokset ovat toivot- tavasti hyödynnettävissä yleisemminkin peruna- ja juureskuorimoilla sekä sovellettavissa maaseudulla muuta pienyritystoimintaa harjoittavissa yrityk- sissä. Peruna- ja vihanneskuorimoiden jätteet ja jätevedet -hanke oli TE-keskuksen rahoittama ylimaakunnallinen ALMA-hanke, joka toteutettiin vuosina 2004 - 2006. Hankkeessa oli mukana 9 kuorimoa sekä 4 laitevalmistajaa: Envex International Oy, Greenrock Oy, Rumen Oy ja Wavin-Labko Oy. Hankkeelle oli asetettu ohjausryhmä, johon kuuluivat Mikko Anttalainen Lounais- Suomen ympäristökeskuksesta, Heidi Valtari Ruoka-Suomi -teemaryhmästä, Salme Haapala Foodwest Oy:stä, Erkki Isokaski Isokaski Oy:stä sekä hank- keen rahoittajan edustajana Juha Mäkinen Uudenmaan TE-keskuksesta. Tut- kijaryhmä haluaa kiittää hankkeessa mukana olleita yrityksiä rahallisesta panostuksesta, mikä mahdollisti hankkeen toteuttamisen ja hyvin sujuneesta yhteistyöstä sekä hankkeen ohjausryhmää asiantuntevista kommenteista hankkeen eri vaiheissa. Erityiskiitos Seppo Lamminmäelle Ciba Specialty Chemicals Oy:stä. Vihdissä 5. tammikuuta 2007 Maarit Puumala Hankkeen vastuullinen johtaja 6 Sisällysluettelo 1 Johdanto ................................................................................................... 10 1.1 Yleistä perunan ja juuresten kuorimotoiminnasta ............................ 10 1.2 Toimialaa koskevat lait ja määräykset sekä paras käyttökelpoinen tekniikka (BAT) ....................................................................................... 10 1.2.1 Lait ja asetukset ...................................................................... 10 1.2.2 Määräykset ja suositukset....................................................... 13 1.2.3 BAT – paras käyttökelpoinen tekniikka ................................. 14 1.3 Jätevedet ja niiden käsittely.............................................................. 14 1.3.1 Jätevesien laatu ja muodostuminen kuorimossa..................... 14 1.3.2 Jätevesien käsittelymenetelmän valintaan vaikuttavia tekijöitä ............................................................................................. 16 1.3.3 Jätevesien käsittelymenetelmiä .............................................. 17 1.3.4 Jätevesilietteen käsittely ......................................................... 24 1.3.5 Jätevesien käsittelyn kustannukset ......................................... 26 1.4 Kasvijätteen käsittelymenetelmiä ..................................................... 29 1.4.1 Kompostointi .......................................................................... 29 1.4.2 Mädätys .................................................................................. 32 1.4.3 Muita kasvijätteen käsittelymenetelmiä ................................. 33 1.4.4 Kasvijätteen käyttö rehuna ..................................................... 33 1.5 Kasvitaudit ja rikkakasvien siemenet kompostoitavassa kasvinjätteessä.......................................................................................... 35 1.5.1 Kasvitaudit ............................................................................. 35 1.5.2 Rikkakasvit............................................................................. 36 2 Aineisto ja menetelmät............................................................................. 38 2.1 Pilottikohteiden toimintojen kuvaus................................................. 38 2.2 Jätevesien käsittelymenetelmät pilottikohteissa ............................... 39 2.3 Kasvijätteen käsittelykokeet ja käyttäjäkokemukset ........................ 41 2.3.1 Kompostointikokeet ............................................................... 41 7 2.3.2 Kasvijätteen käyttö rehuna ......................................................44 3 Tulokset ja tulosten tarkastelu...................................................................46 3.1 Jätevesiseurannan tulokset kuorimoissa ............................................46 3.1.1 Jätevesien käsittelyn kustannukset ..........................................48 3.2 Kasvijätteiden käsittelymenetelmät...................................................49 3.2.1 Kompostointi...........................................................................49 3.2.2 Kasvijätteen käyttö rehuna ......................................................54 3.2.3 Kasvijätteen käsittelyn kustannukset ......................................56 4 Johtopäätökset ...........................................................................................58 4.1 Jätevedet ............................................................................................58 4.2 Kasvijäte............................................................................................60 5 Kirjallisuus ................................................................................................62 6 Liitteet .......................................................................................................68 8 Termiluettelo Aerobinen Happea sisältävä, happihakuinen. Anaerobinen Hapeton, ilman happea oleva. Aktiiviliete Mikrobeista ja muusta biomassasta koostuvaa lietettä, jossa elä- vät pieneliöt käyttävät hyväkseen jäteveteen liuenneita ravinteita ja orgaani- sia yhdisteitä. Asukasvastineluku (AVL) Kuormitus, jonka seitsemän vuorokauden bio- kemiallinen hapenkulutus (BOD7) on 70 g happea. Bioroottori Sylinterin muotoinen laite, joka pyörii osittain jätevedessä. Bio- massa muodostuu bioroottorin levyille, joissa on suuri kontaktipinta. Biotesti Astiakoe, jossa testattavaa materiaalia käytetään kasvualustana ja tutkittavalle taudille herkkää kasvia testikasvina. Jos taudille ominaiset oireet eivät ilmesty kasveihin testin aikana, osoittaa se käsittelyn tuhonneen taudin- aiheuttajat. BOD7, BHK7 Biokemiallinen hapenkulutus; se happimäärä, joka kuluu seit- semän päivän aikana mikro-organismien hajottaessa orgaanista ainetta (20 oC). CODCr Kemiallinen hapenkulutus; se happimäärä, joka kuluu orgaanisten aineiden kemialliseen hapettamiseen. Hapetus suoritetaan dikromaatilla. Hygieenisyys Pieneliöiden määrä tuotteessa on niin pieni, ettei sen käytöstä aiheudu terveysriskiä. Infektiivinen Tulehdusta/tautia aiheuttava. Infektoitumisindeksi Lukuarvo, joka kuvaa infektoituneiden kasvien osuut- ta kaikista testatuista kasveista. Indeksi saadaan biotestin tuloksena. Jätevesiliete Jätevesien käsittelyn yhteydessä syntyvä mekaaninen (laskeu- tus), biologinen (esim. aktiivilietelaitoksen ylijäämäliete), kemiallinen (esim. fosforin saostuksessa) liete tai niiden seos. Kasvipatogeeni Kasvitautia aiheuttava mikrobi. Kompostointi Biologinen prosessi, jossa monilajinen aerobinen mikrobikan- ta hajottaa orgaanista ainetta kosteissa, aerobisissa ja riittävän lämpimissä olosuhteissa. Kompostin hygienisointi Kompostimassassa olevien taudinaiheuttajien tuhoaminen tai vähentäminen turvalliselle tasolle 9 Liete Nesteen ja hyvin pienten ainehiukkasten muodostama seos. Se voi olla aktiivilietettä, multalietettä tai muuta liettyvää ainesta. Lieteikä Aika, jonka liete keskimäärin viipyy prosessissa. Lieteikää voidaan muuttaa ylijäämälietteen poistolla. MLSS Biomassan määrä ilmastusaltaassa, mg/l, Mixed Liquor Suspended Solids. Mädätys Monivaiheinen prosessi, jossa erilaiset mikrobit hajottavat or- gaanisia yhdisteitä hapettomissa olosuhteissa. Mädäte Mädätysprosessista saatu lopputuote. Panospuhdistamo, Sequencing batch reactor, SBR Jaksottaisesti toimiva jäteveden puhdistamo, jossa jätevettä ilmastetaan ja selkeytetään vuorokau- siohjelman mukaan yhdessä reaktioaltaassa. Patogeeni Tautia aiheuttava mikrobi. Rehuyksikkö, ry Yksi rehuyksikkö vastaa 11,7 MJ muuntokelpoista energi- aa. Rehujen muuntokelpoisen energian arvo (ME-arvo, joka löytyy rehutau- lukoista) lasketaan sulavien ravintoaineiden pitoisuuksista rehun kuiva- aineessa. Saprofyytti Mikrobi, joka elää hajoavassa kasviaineessa ja käyttää energian- lähteenään kuollutta orgaanista ainetta. Sellulaasisulavuus Orgaanisen aineen pepsiini-sellulaasisulavuus on in vitro -menetelmä, jossa käytetään kaupallista sellulaasientsyymiä. Menetelmä ku- vaa märehtijällä tapahtuvaa pötsisulatusta, joka tapahtuu pötsimikrobien tuot- tamien sellulaasientsyymien avulla. Kompostin stabiilisuus Stabiili komposti on hajonnut niin pitkälle, että sen hiilidioksidin tuotto ja hapenkulutus ovat vähentyneet huomattavasti. Stabiili- suus on osa kompostin kypsyyttä. Soluneste Solun solunesterakkulassa olevaa nestettä. Soluneste sisältää ve- den lisäksi mm. suoloja ja sokereita. Tilakuorimo Maatilan yhteydessä toimiva perunaa ja juureksia kuoriva lai- tos, joka itse viljelee kuorittavia raaka-aineita. Volatile solids, VS, orgaaninen kuiva-aine, määritetään polttamalla orgaani- nen aines 550 ºC lämpötilassa = hehkutushäviö. 10 1 Johdanto 1.1 Yleistä perunan ja juuresten kuorimotoimin- nasta Maatilojen yhteydessä olevat perunan- ja juuresten kuorimot ovat lisäänty- neet viime vuosikymmeninä ja niitä toimii Suomessa useita satoja. Esikäsitel- lyn perunan ja juuresten kysyntä kasvaa, koska teollisuus, tukkukaupat, suur- keittiöt ja yksityistaloudet haluavat yhä pitemmälle jalostettuja tuotteita. Kuorimotoimintaa harjoitetaan ns. tilakuorimoissa, jotka viljelevät itse kuo- rittavat perunat ja juurekset, tai kuorimoyrityksissä, jotka ostavat muualta kuorittavan raaka-aineen. Kuorimotoiminta tilojen yhteydessä olevissa kuo- rimoissa on suhteellisen pienimuotoista, kuorittavan raaka-aineen määrä vaihtelee 30 tonnista 1000 tonniin vuodessa. Kuorimoiden koko ja kuorittavat perunan ja juuresten määrät ovat kuitenkin voimakkaassa kasvussa. Perunan ja juuresten jatkojalostustoimintaan vaaditaan ympäristölupa, jossa asetetaan vaatimukset mm. jäteveden ja jätteiden käsittelylle. Kuorimotoiminnassa muodostuu huomattava määrä jätevesiä ja kasvijätettä. Jätevesissä on korkeat orgaanisen aineen sekä ravinnepitoisuudet, joten nii- den käsittely vaatii jätevesienkäsittelylaitteistot sekä usein erityistoimia, jotta käsittelylle asetetut vaatimukset toteutuisivat. Kasvijätettä syntyy 30 – 50 % kuorittavan raaka-aineen määrästä. Kasvijäte tulisi hyödyntää, esimerkiksi rehuna, tai käsitellä tilalla ja käyttää maanpa- rannusaineena. 1.2 Toimialaa koskevat lait ja määräykset sekä pa- ras käyttökelpoinen tekniikka (BAT) 1.2.1 Lait ja asetukset Ympäristönsuojelulain (86/2000) mukaan ympäristön pilaantumisen vaaraa aiheuttavaan toimintaan on oltava ympäristölupa ja ympäristönsuojeluasetuk- sen (169/2000) mukaan lupa vaaditaan perunan ja juuresten käsittely- ja jat- kojalostuslaitokselta. Asetus koskee kaikkea kuorimotoimintaa. Ympäristö- luvan myöntäminen edellyttää, ettei toiminnasta aiheudu terveyshaittaa tai muuta merkittävää ympäristön pilaantumista tai sen vaaraa. Ympäristöluvan myöntäjä on pääsääntöisesti kunnan ympäristönsuojeluvi- ranomainen. Alueellinen ympäristökeskus ratkaisee ympäristölupahakemuk- sen, jos toiminnalla saattaa olla merkittäviä ympäristövaikutuksia tai se on 11 muuten perusteltua. Ympäristöluvassa on annettava tarpeelliset määräykset päästöistä, päästöraja-arvoista, päästöjen ehkäisemisestä ja rajoittamisesta sekä päästöpaikan sijainnista, jätteistä sekä niiden synnyn ja haitallisuuden vähentämisestä. Ympäristönsuojelulainsäädännön voimaanpanosta annetun lain mukainen ilmoitus toiminnasta ympäristönsuojelun tietojärjestelmään tuli tehdä vii- meistään 28.2.2001. Myös pienimuotoinen perunan ja juuresten jatkojalostus on luvanvaraista, jos toiminta sijoittuu tärkeälle pohjavesialueelle, toiminnasta voi aiheutua pohja- veden pilaantumisen vaaraa tai jos haja-asutusalueella sijaitsevan kuorimon jätevesien orgaanisen aineen kuormitus ennen käsittelyä ylittää asukasvas- tineluvun 100 eli 7 kg O2/d (YSA 1§ 1 momentti 13a). Jos toiminta on pieni- muotoista, eikä ympäristölupaa vaadita, toimintaa koskee valtioneuvoston asetus talousjätevesien käsittelystä vesihuoltolaitosten viemäriverkostojen ulkopuolisilla alueilla (542/2003). Tässä asetuksessa vaaditaan, että talousjä- tevesistä ympäristöön joutuvaa kuormitusta on vähennettävä orgaanisen ai- neen (BHK7) osalta vähintään 90 %, kokonaisfosforin osalta vähintään 85 % ja kokonaistypen osalta vähintään 40 %, verrattuna käsittelemättömän jäteve- den kuormitukseen. Viemäröintiä ja viemärilaitoksia säätelevän vesihuoltolain (VhL 119/2001) mukaan vesihuoltolaitoksen toiminta-alueella oleva kiinteistö on liitettävä laitoksen vesijohtoon ja viemäriin. Lakia sovelletaan asutuksen ja siihen rin- nastuvan elinkeinotoiminnan vesihuoltoon eivätkä näistä poikkeavat proses- sivedet kuulu vesihuoltolain piiriin, ellei niitä esikäsitellä ennen viemäriin johtamista. Tällaisissa tapauksissa voidaan neuvotella teollisuusjätevesisopi- mus ehtoineen ja ympäristölupavelvollisille em. sopimus laaditaan lähes aina (Vesi- ja viemärilaitosyhdistys 2002). Rehulainsäädäntöä Rehu on mitä tahansa suun kautta tapahtuvaan eläinten ruokintaan tarkoitet- tua ainetta tai tuotetta riippumatta siitä, onko se jalostettu, osittain jalostettu tai jalostamaton. Tämän mukaan peruna- ja juuresmassa ovat rehuaineita. Rehulakia sovelletaan rehuvalmisteiden valmistukseen, liikkeeseen laskemi- seen, käyttöön, maahantuontiin ja maastavientiin sekä Suomen kautta tullaa- matta kuljetettaviin rehuvalmisteisiin. Laki koskee soveltuvin osin myös re- huvalmisteiden valmistusta ja käyttöä maatilalla (Rehulaki 396/1998). Rehulain (396/1998) mukaan eläinten ruokintaan käytettävä valmiste ei saa sisältää sellaisia määriä haitallisia aineita, tuotteita tai eliöitä, että sen käytös- tä voi aiheutua eläintuotteisiin laatuvirheitä taikka haittaa ihmisille, eläimille tai ympäristölle. Rehutuotteissa haitallisia aineita voivat olla mm. raskasme- tallit, torjunta-aineet, dioksiinit sekä myrkylliset rikkakasvien siemenet. Näi- 12 den aineiden suurimmat sallitut pitoisuudet vaihtelevat rehutyypin ja eläinla- jin mukaan. Rehuvalmisteissa ei saa esiintyä myöskään salmonellaa. Rehuhygienia-asetuksen (EY N:o 183/2005) mukaan pakattuja rehuvalmistei- ta kuljettavat ja varastoivat tukku- sekä vähittäiskaupat kuuluvat valvonnan piiriin ja tämä koskee soveltuvin osin myös maatiloja. Kaikkien rehualan toimijoiden, jotka harjoittavat jotakin rehun tuotanto-, jalostus-, varastointi-, kuljetus- tai jakeluvaiheen toimintaa, täytyy tehdä ilmoitus Elintarviketurval- lisuusvirastolle (Evira) vuoteen 2008 mennessä rekisteröintiä varten. Rehus- ta tarvitaan myös tuoteseloste, jossa on mainittuna merkintä ”rehuaine” sekä sen nimi, rehuarvot, rehuaineen nettomäärä ja tiedoista vastaavan henkilön yhteystiedot. Nitraattiasetus Nitraattiasetus eli valtioneuvoston asetus 931/2000 maataloudesta peräisin olevien nitraattien vesiin pääsyn rajoittamisesta rajoittaa kasvijätteen ja jäte- vesien levitystä pellolle. Asetuksella pannaan täytäntöön EU:n nitraattidirek- tiivin vaatimukset Suomessa. Asetus tuli voimaan 15.11.2000 ja koskee koko maata. Nitraattiasetuksen mukaan typpilannoitteita tai lantaa ei saa levittää lumipeitteiseen, routaantuneeseen, veden kyllästämään tai kevättulvan alle jäävään maahan. Syksyllä levitetty orgaaninen lannoite on välittömästi, viimeistään vuorokau- den kuluessa, joko mullattava tai pelto on kynnettävä haihtumisen, valumien ja hajuhaittojen vähentämiseksi. Valumien vähentämiseksi nitraattiasetukses- sa on mm. määräyksiä levitettävän materiaalin määrästä sekä kaltevia ja ran- taan rajoittuvia peltoja koskevia kieltoja. Viljelijän on pidettävä kirjaa pelto- jen lannoitukseen käytetystä typpimäärästä ja satotasosta. Typpilannoitus on kielletty viisi metriä lähempänä vesistöä. Seuraavan viiden metrin leveydellä typpilannoitteiden pintalevitys on kielletty, jos pellon kaltevuus ylittää kaksi prosenttia. Typpilannoitus mitoitetaan ja lannoitteet levitetään keskimääräisen satotason, viljelyvyöhykkeen ja viljelykiertojen perusteella siten, että tavoitteena on maan ravinnetasapainon säilyminen. Lannoitelaki ja lannoitevalmistelaki Lannoitevalmistelakia (539/2006) sovelletaan lannoitevalmisteiden (lannoit- teiden, kalkitusaineiden, maanparannusaineiden, kasvualustojen, mikrobi- valmisteiden sekä lannoitevalmisteina sellaisenaan käytettävien sivutuottei- den) valmistukseen markkinoille saattamista varten, markkinointiin, käyt- töön, kuljetukseen, maahantuontiin ja maastavientiin. Lannoitevalmisteiden on oltava tasalaatuisia, turvallisia ja käyttötarkoituk- seensa sopivia ja niiden tulee täyttää lannoiteasetuksessa, sivutuoteasetukses- sa ja lannoitevalmistelaissa säädetyt vaatimukset. Vain sellaisia lannoiteval- 13 misteita, joiden tyyppinimi kuuluu joko kansalliseen tai EY-tyyppinimi- luetteloon, saa valmistaa tai saattaa markkinoille. Lannoitevalmisteessa, joka saatetaan markkinoille, on oltava tuoteseloste. Tuoteselosteessa on annettava tiedot lannoitevalmisteen tyyppi- ja kauppanimestä, ominaisuuksista, käytös- tä, koostumuksesta ja valmistajasta. Luonnollisen tai oikeushenkilön joka esim. valmistaa, saattaa markkinoille, kuljettaa tai käyttää lannoitevalmisteita tai niiden raaka-aineita, on tehtävä kirjallinen ilmoitus toiminnastaan Eviralle sekä ilmoitettava kerran vuodessa tiedot lannoitevalmisteiden valmistusmää- ristä, tyyppi- ja kauppanimistä, lannoitevalmisteiden valmistukseen käytetyis- tä raaka-aineista ja niiden alkuperästä. Laki vaatii toiminnanharjoittajia laa- timaan omavalvontasuunnitelman. Ilmoitus- tai omavalvontavaatimukset eivät pääsääntöisesti koske toimijoita, jotka pelkästään kuljettavat tai käyttä- vät valmisteita. Lisäksi orgaanisten lannoitevalmisteiden valmistajilta vaadi- taan laitoshyväksyntä. Lain antamat tuotteiden laatuvaatimukset sekä käyttöä koskevat määräykset ja säädökset koskevat maatalouskäytön lisäksi viherrakentamista, maisemoin- tia ja metsäkäyttöä. Maatalouskäyttö sisältää myös energia- ja puutarhakasvit. Lannoitevalmistelaissa mainittuja lannoitevalmisteiden tyyppinimiä ja niille asetettavia laatuvaatimuksia sekä toiminnanharjoittajia koskevia, tarkentavia säännöksiä, tullaan antamaan maa- ja metsätalousministeriön asetuksilla. 1.2.2 Määräykset ja suositukset Itämeren suojelukomissio (Helcom 1996) on antanut elintarviketeollisuutta koskevan suosituksen 17/10 toiminnalle, josta tulee jätevesiä enemmän kuin 25 m3/d. Suosituksessa on annettu pitoisuudet käsitellylle jätevedelle, tauluk- ko 1. Taulukko 1. Helcomin suositukset elintarviketeollisuuden jätevesille. Suure Käsitellyn jäteveden suurin pitoisuus COD 250 mg/l BOD7 30 mg/l kok-P 2 mg/l* NH4-N 10 mg/l** * puhdistamoille, joiden jätevesimäärä > 5OO m3/d, ** puhdistamon T > 12 oC. Euroopan ja Välimerenalueen kasvinsuojelujärjestön (EPPO) ohjeissa kasviperäisen biojätteen käsittelemiseksi suositellaan, että biojäte käsitellään ennen käyttöä maataloudessa, puutarhataloudessa, metsätaloudessa tai mai- semoinnissa siten, että kasvituholaiset häviävät. 14 Kasvijätteen käsittelymenetelmiä ovat kompostointi ja mädätys. Kompos- toinnissa lämpötilan on oltava 55 oC vähintään kaksi viikkoa tai 65 oC viikon. Mädätyksessä jäte on kuumennettava 70 oC:een yhdeksi tunniksi tai kompos- toitava mädätysprosessin jälkeen. Prosessien toimivuuden testaamiseen on käytetty tupakkamosaiikkivirusta, möhöjuurta sekä tomaatinsiemeniä. Jos prosessi on toimiva, lähtömateriaaliin lisättyjä testi-indikaattoreita ei saisi löytyä lopputuotteesta (EPPO 2005). 1.2.3 BAT – paras käyttökelpoinen tekniikka Ympäristönsuojelulaki edellyttää, että päästöraja-arvot sekä päästöjen ehkäi- semistä ja rajoittamista koskevat lupamääräykset perustuvat parhaaseen käyt- tökelpoiseen tekniikkaan (BAT). Parhaan käyttökelpoisen tekniikan sisältöä arvioitaessa on otettava huomioon mm. jätteiden määrän ja haitallisuuden vähentäminen, tuotannossa syntyvien jätteiden uudelleen käytön ja hyödyn- tämisen mahdollisuus, muodostuvien päästöjen laatu, määrä ja vaikutus, käy- tettyjen raaka-aineiden laatu ja kulutus sekä energian käytön tehokkuus. Parasta käytettävissä olevaa tekniikkaa arvioitaessa tulisi myös ottaa huomi- oon toimintaan liittyvien riskien ja onnettomuusvaarojen ennaltaehkäisy sekä onnettomuuksien seurausten ehkäiseminen, päästöjen ehkäisemisen ja rajoit- tamisen kustannukset ja hyödyt, kaikki vaikutukset ympäristöön sekä Euroo- pan yhteisöjen komission tai kansainvälisten toimielinten julkaisemat tiedot parhaasta käyttökelpoisesta tekniikasta. Perunan ja juuresten käsittelyyn ja kuorintaan on laadittu kansallinen BAT- selvitys (Helsky ym. 2007). 1.3 Jätevedet ja niiden käsittely 1.3.1 Jätevesien laatu ja muodostuminen kuorimossa Peruna- ja juureskuorimoissa muodostuvien jätevesien määrä ja laatu vaihte- lee suuresti riippuen kuorittavasta lähtöaineesta, kuorintamenetelmästä, kuo- rintamäärästä ja veden käytöstä. Kuivakuorinnassa jätevesiä syntyy juuresten esikäsittelystä (mullanerotus), juuresten huuhtelusta sekä tuotantotilojen ja koneiden pesusta. Märkäkuorinnassa myös kuorintavaiheessa muodostuu jätevesiä. Muodostuvien jätevesien määrä vaihtelee kuorimoissa 5 - 50 m3 päivässä. Kuvassa 1. on esitetty kaaviokuva kuorintaprosessista sekä muo- dostuvista jäte- ja jätevesijakeista. Seuraavassa on kuvattu tarkemmin proses- sissa syntyviä jätevesijakeita. 15 Kuva 1. Perunan ja juuresten kuorintaprosessi ja muodostuvat jakeet. Kat- koviiva kuvaa märkäkuorinnasta tulevaa jätevettä. Multavesi ja -liete Perunan ja juuresten pesuvaiheessa muodostuu multapitoista pesuvettä n. 2 m3/t pestyä tuotetta. Multaveden kiintoainepitoisuus on korkea mutta orgaanisen aineen pitoisuus on suhteellisen alhainen, yleensä BOD7 on alle 200 mg/l. Märkäkuorinnasta tulevat jätevedet Märkäkuorinnassa kasvijäte ja jätevesi sekoittuvat. Vettä käytetään usein myös kuorijätteen kuljettamiseen kouruissa eteenpäin. Kiintoaineen ja or- gaanisen aineen pitoisuudet ovat korkeita, BOD7 on yleensä 3000 - 8000 mg/l. Kuivakuorinnasta tulevat jätevedet Kuivakuorinnasta tulevat jätevedet ovat pääosin juuresten huuhteluvesiä sekä tilojen ja laitteiden pesuvesiä. Orgaanisen aineen pitoisuus, BOD7, on yleen- sä välillä 1000 - 3000 mg/l. MULLANEROTUS, PESU KUORINTA HUUHTELU SILMIKOINTI HUUHTELU PAKKAUS LAJITTELU JÄTEVESI TILOJEN JA LAITTEIDEN PESU KASVIJÄTE MULTALIETE VARASTO LAJITTELUTÄHTEET 16 Juuresten huuhteluvedet Kuorinnan eri vaiheissa ja sen jälkeen juurekset huuhdellaan. Huuhteluvesien mukaan joutuu pieniä määriä kiintoainetta ja solunestettä. Tilojen ja laitteiden pesuvedet Tilojen ja laitteiden pesuvesien määrä vaihtelee suuresti riippuen tiloista, koneista, toiminnan laadusta ja määrästä. Myös se, kuoritaanko tilalla yhtä vai useampaa juuresta, vaikuttaa pesuvesien määrään. Elintarviketeollisuu- dessa käytetään pääosin emäksisiä pesuaineita, tilojen ja koneiden desinfi- oinnissa käytetään myös klooria sisältäviä aineita. Biologinen hapenkulutus, BOD, ja kemiallinen hapenkulutus, COD, ovat yleisimmin käytettyjä jäteveden orgaanisen aineen kuvaajia. Yleensä COD>BOD ja monissa jätevesissä COD/BOD on vakio. Peruna- ja juureskuorimotoiminnasta tuleville jätevesille on tyypillistä korkea orgaanisen aineen määrä eli jätevesissä on korkeat BOD7 sekä COD - pitoisuudet. Veden happamuus on tyypillisesti alhainen, pH 4 - 5. Huomatta- va osa (75 %) orgaanisesta aineesta on liukoisessa muodossa (Loehr 1974). Jätevesissä on myös suhteellisen korkeat ravinnepitoisuudet. Kuorittaessa juureksen pinta rikkoutuu ja veden joukkoon vapautuu solunestettä. Perunan solunesteen BOD7 -arvo on yleensä 10 000 - 25 000 mgO2/l (Lammentausta & Oksjoki 2004). Perunan kuivakuorinnasta aiheutuu jätevesiin 3 - 6 kg BOD7/raaka-ainetonni ja perunan sekä porkkanan märkäkuorinnasta 5 - 15 kg BOD7/raaka-ainetonni suuruinen kuormitus (Henze et al. 1997). 1.3.2 Jätevesien käsittelymenetelmän valintaan vaikuttavia tekijöitä Jätevesien käsittelyjärjestelmän valinta edellyttää tuotantoyksikön olosuhtei- den tarkkaa selvitystä. Seuraavat tiedot ovat tarpeellisia myös suunnittelussa ja mitoituksessa: ▪ syntyvän jäteveden määrä ja laatu sekä erityisominaisuudet ▪ jäteveden määrän ja laadun vaihtelut ▪ laitoksen sijainti (vesistöt, pohjavesialueet) ▪ kunnalliset erityismääräykset ▪ liittymismahdollisuus kunnalliseen tai paikalliseen jätevesiviemäriin ▪ puhdistamon prosessiohjaukseen ja huoltoon vaadittavat resurssit ▪ jäteveden puhdistuksessa syntyvien fraktioiden käsittely- ja loppusijoitus ▪ jäteveden käsittelyvaatimus (ympäristölupa) ▪ olemassa olevat rakenteet, tilat, työntekijät ym. resurssit 17 Jätevesien käsittelyn suunnittelussa tulisi tarkastella myös ▪ mahdollisuuksia jätevesien määrän vähentämiseen (vaihtoehtoiset tuotantomenetelmät, veden kierrätys) ▪ veden kierrättämisen mikrobiologiset vaikutukset ▪ jätevesien käyttö kasteluvetenä soveltuviin kohteisiin Kiinteistökohtainen jätevedenkäsittelysuunnitelma sisältää Saralehdon (2004) mukaan ainakin seuraavat osiot: ▪ kuormituslukuihin perustuva mitoitus ▪ selvitys käsittelymenetelmän toimintaperiaatteesta ▪ arvio saavutettavista käsittelytuloksista ja ympäristökuormituksesta ▪ rakennusselostus: kiinteistöviemärit, kaivannot, kaivot, toimitilat, laitteet (pumput, hälytykset…), puhdistusmenetelmän rakenteet ▪ liitteet: tarvikeluettelo, esiselvitysmuistio, yleiskartta kiinteistön sijainnista, piirustukset; asema, taso, leikkaus, käyttö- ja huolto-ohje. 1.3.3 Jätevesien käsittelymenetelmiä Ensisijainen jätevesien käsittelyvaihtoehto on vesien johtaminen kunnalliseen tai paikalliseen jätevedenkäsittelylaitokseen. Kunnalliset laitokset voivat vaatia jäteveden esikäsittelyä ennen veden johtamista kunnan viemäriin. Jos kunnallinen tai paikallinen jätevedenkäsittely ei ole mahdollista, jätevedet täytyy käsitellä lähellä niiden muodostumispaikkaa mahdollisimman tehok- kaasti. Esikäsittely Jätevesien esikäsittely on tarpeellista aina, kun jätevedet käsitellään tilalla. Useimmiten esikäsittelynä toimii saostussäiliö tai tasausallas, mutta esikäsit- tely voi olla myös kemiallinen. Esikäsittelyssä jäteveden laatu tasaantuu ja siitä poistuu mm. kiintoainetta. Jätevesien johtaminen saostussäiliöön on tavallisin jätevesien esikäsittelyme- netelmä haja-asutusalueilla. Jäteveden laskeutuvat ja kelluvat ainekset erottu- vat. Puhdistusteho fosforille, typelle ja orgaaniselle aineelle on 10 - 20 %. Oikein mitoitetut saostuskaivot vähentävät huomattavasti laskeutuvien ja liettyvien ainesten määrää. Yleisin käytössä oleva saostussäiliö on betoniren- gaskaivo, myös muovisia säiliöitä tai altaita käytetään. Hienojakoisen kuo- riaineksen erottaminen jätevedestä laskeuttamalla vaatii yleensä pitkän vii- pymän ja suuren allastilavuuden. Perunan ja juuresten kuorimotoimintaan liittyy kuorintamäärien kausiluontei- nen vaihtelu, millä on oleellinen vaikutus jätevedenkäsittelyyn. Kuormituk- sen tasaamisessa voidaan käyttää tasausallasta, jonka tilavuus voi olla mo- 18 ninkertainen päivittäin käsiteltävään jätevesimäärään verrattuna. Tasausallas tasaa veden määrän lisäksi myös jäteveden laadun vaihtelua. Märkäkuorinnassa jäteveden joukkoon joutuu suuri määrä hienojakoista or- gaanista kiintoainetta, josta pääosa on saatava erilleen jätevedestä, ennen kun se voidaan johtaa jätevedenkäsittelylaitokseen. Kiintoaineen poistoon voi- daan, laskeutuksen lisäksi, käyttää erilaisia kemikaaleja, suodattimia, linkoja ja puristimia. Jäteveden kemiallinen käsittely Kemikaaleja käytetään jätevesien käsittelyssä mm. saostamaan jätevedestä fosforia, säätämään pH:ta sopivaksi tai estämään vaahtoamista. Fosforin sa- ostuksessa käytetään yleensä rauta- tai alumiinisuoloja, jotka muodostavat fosforin kanssa niukkaliukoisia yhdisteitä. Muodostuva sakka erotetaan ve- destä selkeyttämällä. Peruna- ja juurestuotannosta tulevat jätevedet ovat yleensä happamia, jolloin pH joudutaan säätämään esim. kalkilla tai lipeällä. Jätevesien sisältäessä runsaasti helposti biohajoavaa hiiltä, esiintyy biologi- sissa käsittelyprosesseissa rihmamaisia organismeja, jotka aiheuttavat vaah- toamista (Nikolavcic & Svaldal 2000). Vaahtoamista voidaan hillitä ylijää- mälietteen tehokkaammalla poistolla tai vaahdonestokemikaaleilla. Biologinen jätevesien käsittely Peruna- ja juureskuorimoiden ympäristöluvissa on käsittelyvaatimukset sekä orgaaniselle aineelle että fosforille, jolloin kyseeseen tulee biologis- kemiallinen jätevedenkäsittelymenetelmä. Jätevesien biologisessa käsittelys- sä mikro-organismit, pääasiassa bakteerit, käyttävät jäteveden orgaanista ainetta ja epäorgaanisia suoloja kasvuunsa ja uuden solumateriaalin tuottami- seen. Osan orgaanisesta aineesta mikrobit käyttävät energiantarpeensa tyy- dyttämiseen (Kettunen ym. 2006). Käsittelyn tarkoituksena ei yleensä ole orgaanisen aineksen täydellinen hajottaminen, vaan tavoitteena on muuttaa jäteveteen liuenneet ja hienojakoiset aineet sellaiseen muotoon, että ne voi- daan esimerkiksi laskeuttamalla erottaa vedestä (Karttunen 2004). Kuorimo- jätevesien orgaanisen aineksen, typen ja fosforin suhteet ovat usein sekä jäte- vesien biologiselle käsittelylle että ravinteiden biologiselle poistolle sopivia, optimi BOD7:N:P -suhde on 100:5:1 (Lammentausta & Oksjoki 2004). Biologiset käsittelyprosessit voivat olla aerobisia tai anaerobisia. Aerobisista prosesseista kuorimojätevesien käsittelyssä on käytetty jatkuvatoimisia aktii- vilieteprosesseja ja sen muunnelmia (panospuhdistus- ja pitkäilmastusproses- sit), biofilmiprosesseja ja lammikointia. Aktiivilieteperiaatteella toimivat prosessit sekä biosuotimet soveltuvat run- saasti orgaanista ainetta sisältävien jätevesien käsittelyyn. Jatkuvatoimisessa prosessissa puhdistamolle tuleva jätevesi johdetaan ensin ilmastusaltaaseen ja sen jälkeen selkeytysaltaaseen, jossa mikrobimassa erotetaan vedestä laskeut- tamalla. Pääosa tästä lietteestä palautetaan takaisin ilmastusaltaaseen, mutta 19 mikrobien lisääntymistä vastaava määrä poistetaan ylijäämälietteenä, jotta prosessin lietemäärä pysyisi halutulla tasolla. Panospuhdistamo (SBR) on jaksottaisesti toimiva jäteveden puhdistamo. Panospuhdistamoissa orgaaninen aine poistetaan vedestä biologisesti ja fos- fori saostetaan useimmiten kemiallisesti. Panospuhdistamon olosuhteet voi- daan optimoida siten, että ravinteiden poistutumista tapahtuu myös biologi- sesti. Panospuhdistamoprosessissa jätevesi johdetaan saostussäiliön ja/tai tasausal- taan kautta pumppauskaivoon, mistä jätevettä pumpataan käsiteltävä erä ker- rallaan ilmastusaltaaseen, kuva 2. Jätevettä ilmastetaan prosessin ohjausoh- jelman mukaisesti 5 - 20 tuntia ja tarvittaessa sekoitetaan, jotta liete ei las- keudu ilmastuksen aikana. Aktiivilieteprosessin optimaalinen happipitoisuus on noin 2 mg O2/l (Karttunen 2004). Yli 3 mg:n nouseva pitoisuus ei tehosta prosessia vaan lisää ilmastuksesta syntyviä käyttökustannuksia. Happipitoi- suus 1,5 – 3,0 mg O2/l on riittävä myös nitrifikaatiolle eli ammoniumtypen hapettumiselle nitraatiksi (Kettunen ym. 2006). Ilmastusvaiheen jälkeen il- mastus lopetetaan ja lietteen annetaan laskeutua 3 - 5 tuntia. Laskeutuksen jälkeen pumpataan reaktorin pinnassa oleva puhdistettu vesi jälkikäsittelyyn tai purkuojaan. Saostuskemikaalin syöttö voidaan tehdä pumppauskaivossa, ilmastusaltaassa tai ilmastuksen jälkeen. täyttö ilmastus laskeutus purku lietteen poisto Kuva 2. Panospuhdistusprosessin eri vaiheet. Aktiivilieteprosessit voidaan jakaa korkeakuormitteisiin, normaalikuormittei- siin ja matalakuormitteisiin prosesseihin sen mukaan, miten paljon orgaanis- ta ainetta prosessiin tulee päivässä ilmastusaltaassa olevaa aktiivilietebiomas- sakiloa kohti (taulukko 2). Pitkäilmastuslaitos on sovellutus matalakuormit- teisesta aktiivilietelaitoksesta. Taulukko 2. Aktiivilietepprosessit lietekuorman ja lieteiän perusteella (Karttu- nen 2004) Prosessityyppi Lietekuorma (kgBOD7/kgMLSS·d) Lieteikä (d) Korkeakuormitteinen 0,8 – 1,5 < 2 Normaalikuormitteinen 0,3 – 0,7 2 - 6 Matalakuormitteinen 0,1 – 0,2 > 7 Pitkäilmastuslaitos 0,05 – 0,1 > 7 20 Mitä suurempi orgaaninen kuorma puhdistamoon tulee, sitä enemmän lietettä muodostuu. Lietteen viipymäaika prosessissa vaikuttaa myös syntyvään lie- temäärään. Lammentaustan ja Oksjoen (2004) kuorimojätevesien puhdistus- kokeissa syntyvän lietteen määrä kuiva-aineena vaihteli pitkäilmastuksen 0,3 kg:sta 30 päivän lieteiän 0,65 kg:aan prosessiin syötettyä BOD kiloa koh- ti. Tavoitteena on lietteen ikää ja määrää säätelemällä ylläpitää aktiiviliete tilassa, jossa orgaanisen aineen ja ravinteiden poisto on vakaa ja puhdistamon kokoon nähden optimaalinen. Puhdistamon ohjausparametreista tärkeimpiä ovat lietteen poisto (lieteikä) ja ilmastusaltaan happipitoisuus (DO, liukoinen happi). Biofilmireaktorissa mikrobikasvusto (biofilmi) kehittyy reaktoriin sijoitetun täyteaineen pinnalle jäteveden virratessa sitä pitkin. Täyteaine voi olla esim. muovia ja sen tehtävänä on muodostaa mikrobeille suuri tarttumispinta-ala ja luoda mahdollisimman hyvä kontakti biomassan, läpivirtaavan jäteveden ja ilman välille. Täytemateriaalin pinnalla kasvava mikrobikasvusto hajottaa orgaanista ainetta. Korkeakuormitteisissa puhdistamoissa biofilmin paksuus on 0,1 - 0,3 mm ja matalakuormitteisissa jopa useita senttimetrejä. Muodos- tuvan lietteen määrä on tavallisesti pienempi kuin aktiivilietelaitoksella syn- tyvä. Tuleva jätevesi täytyy esikäsitellä, jotta täyteaine ei tukkeudu. Biofil- miprosessin jälkeen tarvitaan yleensä selkeytys kiintoaineen erottamiseksi käsitellystä jätevedestä. Esimerkki biofilmireaktorin toimintaperiaatteesta on esitetty kuvassa 3. Jäte- vedet johdetaan saostuskaivon kautta saostusaltaaseen A, jossa jäteveteen lisätään saostuskemikaali. Saostusaltaan pohjalle laskeutunut kemiallinen liete johdetaan takaisin saostuskaivoon. Esikäsitelty jätevesi ohjataan saos- tussäiliön A pinnasta biosuotimeen. Biosuodattimessa vettä ilmastetaan kier- rättämällä sitä täyteaineen läpi. Veden kierrätys ilmastaa käsiteltävää jätevet- tä ja poistaa vedestä myös hajukaasuja. Orgaaninen aines ja ravinteet siirtyvät jätevedestä biofilmiin pidättymällä ja diffuusiolla (Kettunen ym. 2006). Kier- rätysvaiheen jälkeen käsitelty jätevesi johdetaan jälkisuodatukseen ja edel- leen purkuojaan. Biosuodattimen pohjalle tuleva ylijäämäliete poistetaan. Jälkisuodattimena toimii tässä kivivillasuodatin. 21 Kuva 3. Biofilmireaktori (Greenrock Oy) Jatkuvatoimisessa pitkäilmastusprosessissa ilmastusallas on suuri ja jäte- veden viipymäaika pitkä, mikä mahdollistaa virtaama- ja kuormitushuippujen hyvän tasauksen. Käsittelyaika on pitkä suhteessa orgaaniseen kuormaan ja muodostuva liete hajoaa huomattavasti jo ilmastusaltaassa. Pitkäilmastuspro- sessin etuna onkin vähäinen ylijäämälietteen tuotto. Pitkäilmastuslaitokset ovat rakenteellisesti yleensä rengaskanavia. Oksa (2002) tutki juureskuorimon jäteveden käsittelyä laboratorio- olosuhteissa neljässä eri prosessissa, jotka olivat pitkäilmastus-, biofilmi-, panos- ja anaerobinen lietepatjaprosessi. Käsittelykokeiden mukaan aerobiset prosessit soveltuvat juuresten ja sipulin tuotannon jätevesien käsittelyyn. Parhaat tulokset saavutettiin pitkäilmastusprosessilla. Prosessin lämpötilan ollessa 16 - 22 °C COD väheni yli 80 % ja BOD 97 %. Alemmassa koeläm- pötilassa (6 - 8 °C) COD -vähenemä vaihteli välillä 57 - 82 % ja BOD - vähenemä vastaavasti 87 %. Kokonaistypen vähenemä oli keskimäärin 40 %. Prosessissa poistui myös fosforia ja kiintoainetta. Termofiilinen aerobinen reaktorikäsittely. Skjelhaugen (1999) on kehittä- nyt aerobista reaktorikäsittelyä orgaanisille jätteille, mm. perunalastuteolli- suuteen. Jätteen kuiva-ainepitoisuus vaihteli välillä 2 - 12 %. Reaktori oli suunniteltu stabilisoimaan ja hygienisoimaan erilaisia nestemäisiä orgaanisia jätteitä. Prosessissa pyrittiin siihen, että ravinteet eivät häviä käsittelyn aikana ja lopputuotteelle pyrittiin saamaan kasvintuotannon kannalta mahdollisim- man korkea arvo. Orgaaninen aines ja typpi pysyivät pääosin lietteessä. Kiin- teä aine hajosi jonkin verran prosessissa. Biosuodin Kuorimolta tuleva jätevesi Käsitelty jätevesi Välipohja, jonka alapuolelle ylijäämäliete kerääntyy ja josta se pumpataan pois Lietteen poisto Saostus- kaivo Jälkisuo- datus Saostus-säiliö A Pinta-anturi Paineanturi Automaatti- venttiilit Liete- pump- paus 22 Käsittely tapahtui suljetussa, eristetyssä yksivaiheisessa reaktorissa, hyvin kontrolloiduissa olosuhteissa. Biomassan hajoaminen tuotti termofiilisen lämpötilan 50 - 60 oC. Reaktoriin, jonka aktiivinen tilavuus oli 17,5 m3, voi- tiin syöttää jätettä 2,5 m3 päivässä viipymän ollessa 7 vuorokautta. Reaktoris- sa oli ilmastus, vaahtoamisen säätö ja sekoitus. Tavallinen ilmansyöttömäärä oli 8 m3/h. Poistuva ilma johdettiin turvesuodattimen läpi, joka sitoi hajukaa- sut. Reaktorissa käsiteltiin sekä jätteet että jätevedet. Käsittelyn jälkeen tar- vittiin vielä riittävän suuri varastoallas, johon liete varastoitiin talvikuukausi- en ajaksi. Ilmastettu ja stabiloitu lopputuote levitettiin pellolle. Anaerobisessa jätevesien käsittelyprosessissa anaerobibakteerit käyttävät vedessä olevaa orgaanista ainetta energialähteenään. Materiaali, joka sisältää paljon proteiinia ja hiilihydraatteja, hajoaa nopeasti. Yleisin jätevedenkäsit- telyssä käytettävistä anaerobireaktorityypeistä on lietepatja- eli USAB- reaktori (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Jätevesi virtaa alhaalta ylöspäin lietekerroksen läpi. Anaerobiprosessi tuottaa vähemmän lietettä kuin aerobi- prosessi. Anaerobiset prosessit soveltuvat parhaiten suuriin laitoksiin, missä orgaaniset jätteet ja jätevedet käsitellään samassa prosessissa. Mädätyksestä enemmän kappaleessa 1.4.2. Maaperäkäsittelymenetelmissä käytetään maaperän ominaisuuksia ja maa- aineksia hyväksi jäteveden puhdistuksessa. Puhdistuminen tapahtuu biologi- sesti aktiivisessa kerroksessa, joka on paksuudeltaan muutamasta millimetris- tä muutamiin kymmeniin sentteihin riippuen kerroksessa käytetyn hiekan karkeudesta. Aktiivinen kerros muodostuu heti imeytyspintaan ja sen alapuo- lelle. Suodatinhiekan tai jäteveden luonnostaan sisältämät erilaiset mikro- organismit hajottavat orgaanista ainesta ja sitovat ravinteita lähinnä tässä kerroksessa. Suuremmat kiintoaine- ja ravinnehiukkaset sitoutuvat hiekkaan myös fysikaalisesti, pienemmät tarttuvat hiekan pinnalle adsorptiolla. Aktii- vinen kerros on herkkä tukkeutumiselle ja käsiteltävien jätevesien sisältämä kiintoaines onkin poistettava, esimerkiksi laskeuttamalla, ennen vesien joh- tamista kenttään (Kallio & Santala 2002). Suodatuskentässä jätevesi johdetaan jakokaivoon ja siitä edelleen imeytys- putkilla kenttään, jossa imeytysputkia ympäröivä karkea sepeli jakaa jäteve- den mahdollisimman tasaisesti suodattavaan hiekkakerrokseen (kuva 4). Hiekkakerroksen läpäissyt jätevesi kootaan sepelikerrokseen asennetuilla kokoomaputkilla keräyskaivoon ja johdetaan edelleen esim. avo-ojaan. Suo- datuskentässä voidaan täyteaineena käyttää hiekan lisäksi erilaisia ravinteita sitovia materiaaleja (Santala 1990). 23 Kuva 4. Periaatepiirros suodatuskentästä Lammikko, juurakkopuhdistamo, kosteikko. Jäteveden puhdistuminen biologisissa lammikoissa tapahtuu pääasiassa samalla tavalla kuin luonnon vesistöissä. Burgoon et al. (1999) on käsitellyt perunan jatkojalostuksesta tulevia jäteve- siä menetelmällä, jossa oli kolme peräkkäistä kosteikkoallasta ja varastoallas. Kosteikkoihin oli istutettu kaislaa, osmankäämiä ja järviruokoa. Prosessin läpi virtasi 5300 m3 jätevettä vuosittain. Typen poistossa reduktio oli 53 %. Kesällä COD:n vähenemä jätevedestä oli yli 95 % (keskilämpötila +18 oC) ja talvella 75 % (keskilämpötila +3 oC). Suodatus- ja imeytyskentät, lammikot, juurakkopuhdistamot ja kosteikot eivät ole Suomessa toimivia ratkaisuja korkean orgaanisen- ja ravinnekuor- mituksen omaaville jätevesille, mutta niitä voidaan käyttää jätevesien jälkikä- sittelyssä esim. biologisen puhdistamon jälkeen. Jätevesien varastointi ja lannoituskäyttö. Tiloilla voi olla varastoaltaita, joihin peruna- ja juureskuorimo jätevedet voitaisiin varastoida ja levittää keväällä pellolle. Myös nämä jätevedet pitäisi käsitellä, sillä ne voivat sisäl- tää mm. kasvitautien aiheuttajia ja rikkakasviensiemeniä. Uuden lannoite- valmistelain (539/2006) ja valmisteilla olevien MMM:n asetusten mukaan nämä kasvijätteitä ja maa-aineksia sisältävät jätevedet voidaan luokitella sellaisenaan lannoitevalmisteiksi soveltuviksi sivutuotteiksi, joiden luovutta- minen edellyttää rekisteröitymistä toiminnanharjoittajaksi sisältäen omaval- vontasuunnitelman ja tiedot tuotteista. Lannoitevalmisteet on tuotettava oma- valvontasuunnitelman mukaisesti eli kompostoitava, mädätettävä tai käsitel- tävä muulla vastaavalla menetelmällä hajuhaittojen ja taudinaiheuttajien vä- hentämiseksi (Salminen 2006, Arja Vuorinen, Evira, 9.2.2006 esitelmä MTT:ssä). Hyödyntäminen tilan omilla pelloilla on mahdollista, mikäli jäte- vesi on siten käsiteltyä, että käytöstä ei aiheudu haittoja. Vastuu toiminnasta ja sen seurauksista on toimijalla itsellään. Jätevesien levityksessä on myös noudatettava aiemmin mainittua valtioneuvoston asetusta 931/2000. 24 Kunnallinen jätevedenkäsittely. Peruna- ja juureskuorimoiden jätevesien johtamisessa viemärilaitokselle voi erityisehtoja kohdistua jäteveden virtaa- maan, orgaaniseen aineeseen, ravinteisiin, kiintoaineeseen ja jäteveden hap- pamuuteen. Virtaaman kokonaismäärän rajoittaminen tai tasaaminen ta- sausaltailla saattaa olla tarpeen kapasiteettinsa ylärajoilla toimivilla puhdis- tamoilla, samalla jätevesistä poistuu laskeutuvaa kiintoaineista. Erityisesti tärkkelys voi muodostaa tiiviitä ja vaikeasti poistettavia kerrostumia viemäri- putkiin. 1.3.4 Jätevesilietteen käsittely Vihanneskuorimoissa muodostuu kolmenlaisia lietteitä. Juuresten pesussa syntyy multalietettä, jonka kiintoaines on suurimmaksi osaksi pellolta juures- ten mukana kulkeutunutta maa-ainesta. Hienointa savesainesta lukuun otta- matta multaliete on helposti laskeutuvaa. Multaliete sisältää myös kasvipe- räistä orgaanista ainesta. Multalietteen määrä riippuu ennen kaikkea käsitel- tävän raaka-aineen multapitoisuudesta ja kuivan mullan erilleen seulovan mullanerottimen tehokkuudesta. Juuresten käsittelyssä multalietettä syntyy 40 – 80 kg raaka-ainetonnia kohti. Kuorintaprosessissa syntyvät jätevedet ohja- taan keräys-, laskeutus- tai tasauskaivoon tai -altaaseen, jossa osa kiintoaineesta laskeutuu pohjalle esiselkeytyslietteenä (primääriliete). Esiselkeytyslietteen määrä riippuu juuresten käsittelymenetelmästä (esim. kuiva- tai mär- käkuorinta) ja selkeytyksen tehokkuudesta (viipymä ja virtausominaisuudet). Biologisessa tai biologiskemiallisessa käsitte- lyssä jäteveden orgaaninen aines ja ravinteet poistetaan mikrobien avulla, jolloin syntyy lähinnä mikrobien biomassasta koostuvaa biolietettä. Pienpuhdistamoissa fosforin kemi- allinen saostaminen tapahtuu biologisen käsit- telyn yhteydessä, jolloin bioliete sisältää myös kemiallista lietettä. Prosessista poistettavan lietteen määrä riippuu käsiteltävän jäteveden sisältämästä kiintoaineesta, orgaanisen aineen määrästä sekä lieteiästä. Lietettä muodostuu panosprosessissa noin 0,5 kg kuivaa lietettä poistettua BOD kiloa kohti. Lietteen määrää puhdistumisprosessissa seurataan laskeutus- kokeella, kuva 5. Kuva 5. Lietteen kasvua seurataan laskeutuskokeel- la, jossa mitta-astiaan otetun lietteen annetaan laskeutua selkeytysaikaa vastaavan ajan. Pintaan on muodostut- tava vähintään panosta vas- taava määrä kirkasta nestet- tä. 25 Lietteiden käsittelyllä pyritään pienentämään lietteen tilavuutta, massaa, vä- hentämään lietteiden biologista aktiivisuutta sekä mahdollisia terveys ja ym- päristöhaittoja. Suurissa yksiköissä lietteenkäsittely koostuu useista vaiheista, joissa yhdistellään taulukossa 3 esitettyjä vaiheita (Kettunen ym. 2006). Taulukko 3. Lietteen käsittelymenetelmät ja niiden käyttötarkoitus (Kettunen ym. 2006). Tiivistys tilavuuden pienentäminen laskeutus flotaatio linkous suotonauhapuristus Stabilointi biologisen aktiivisuuden vähentäminen kalkkistabilointi anaerobinen mädätys + massan vähentäminen aerobinen lahotus + massan vähentäminen kompostointi lämpökäsittely Kunnostus tiivistyvyys/ kuivausominaisuuksien kemiallinen kunnostus parantaminen lämpökäsittely Mekaaninen kuivaus tilavuuden pienentäminen linkous suotonauhapuristus kammiosuotopuristus lietelavat Terminen kuivaus tilavuuden ja massan vähentäminen Poltto tilavuuden pienentäminen * * lietteen poltosta saatu energiahyöty on pieni, koska yleensä tuotettu energia kuluu lietteessä olevan veden haihduttamiseen Kuorimoilta tulevien lietteiden pienehkö määrä rajoittaa niiden käsittelymah- dollisuuksia syntypaikalla. Lähinnä kysymykseen tulevat lietteiden tiivistys laskeutusaltaissa, kompostointi tukiaineen avulla tai toimittaminen kunnalli- selle jätevedenkäsittelylaitokselle. Tietyin edellytyksin (oma raaka-ainetuo- tanto ja oma riskinotto) lietteitä voidaan myös levittää sellaisenaan tai käsitel- tyinä tilan omille pelloille. Peltolevityksessä täytyy kuitenkin huomioida mm. sallitut levitysajat. Jos kuorimolta tulevien jätevesien kanssa puhdistamossa käsitellään myös asumajätevesiä, tällainen liete on ennen maatalouskäyttöä käsiteltävä hajuhaittojen sekä taudinaiheuttajien vähentämiseksi. Tällaisia menetelmiä ovat mm. kalkkistabilointi, kompostointi, biokaasulaitoksella tapahtuva mädätys ja terminen kuivaus (MMM 2915/835/2005). Kunnallisel- la jätevedenpuhdistamolla lietteet käsitellään joko puhdistamolietteen muka- na tai syötetään puhdistamon vesiprosessiin. 26 Kompostoitaessa liete kuivataan yleensä koneellisesti kuiva-ainepitoisuuteen 15 - 25 %, minkä jälkeen se sekoitetaan tukiaineeseen. Tukiaineen rakenteen ja määrän tulee olla sellainen, että se mahdollistaa kompostin kaasunvaihdon ja estää seosta painumasta kokoon. Tukiaineen tulisi myös sitoa kosteutta. Kompostoitavan materiaalin keskimääräinen raekoko tulisi olla 15 - 20 mm ja suurimmat partikkelit 30 - 50 mm. Lietteen ja tukiaineen sekoitus voidaan tehdä esimerkiksi etukuormaimen kauhalla, mutta kompostoinnin kannalta riittävän tasalaatuiseen tulokseen päästään varmimmin sekoitukseen erityises- ti suunnitelluilla laitteilla (Kiukas 2004). 1.3.5 Jätevesien käsittelyn kustannukset Jätevesienkäsittelyn kustannuksia pyrittiin arvioimaan käyttäen hyväksi haja- asutusalueiden pienten kiinteistökohtaisten puhdistamoiden rakentamisesta ja käytöstä saatuja tietoja. Kuorimo- ja yhdyskuntajätevesien toisistaan poik- keavat ominaisuudet vaikeuttavat kuitenkin tätä vertailua. Kun yhdyskuntajä- tevesipuhdistamoille (AVL 50 - 500) tulevan jäteveden orgaaninen kuormitus (BOD7) on keskimäärin 200 mg/l (Lehtniemi 2004), kuorimojätevesien kuormitus vaihtelee välillä 1000 - 7000 mg/l (Lammentausta & Oksjoki 2004) eli on 5 - 35 -kertainen. Jätevesien käsittelyjärjestelmän kustannukset koostuvat investointi- ja käyt- tökustannuksista. Investointikustannuksiin sisältyvät suunnittelu- ja lupakus- tannukset, prosessiyksikön ja siihen liittyvien rakenteiden sekä prosessin valvonta- ja ohjauslaitteiden hankinta- ja asennuskustannukset. Koneistojen käyttöiäksi voidaan arvioida 15 vuotta, mutta kiinteät rakenteet kestävät huomattavasti pidempään (Saralehto 2005). Mikäli kuorimo sijaitsee kunnal- lisen tai vastaavan viemäröinnin piirissä tai kohtuullisella etäisyydellä siitä, koostuvat investointikustannukset vesihuoltolaitoksen liittymismaksusta sekä viemärilinjojen ja tarpeellisten rakenteiden kustannuksista. Kiinteistökohtaisen jätevesien käsittelyjärjestelmän käyttökustannukset koos- tuvat kulutetusta sähköstä ja lämmöstä, tarvittavista kemikaaleista, prosessin valvonnan analyysi- ja työvoimakuluista, kunnossapidon tarvike- ja työku- luista sekä prosessin tuottaman ylijäämälietteen käsittelykuluista. Kunnalli- seen tai vastaavaan viemärijärjestelmään liityttäessä käyttökulut muodostuvat jätevesimaksuista ja mahdollisesti jätevesien esikäsittelyn synnyttämistä ke- mikaali-, sähkö-, tarvike- ja työvoimakuluista sekä esikäsittelyssä saostuvan kiintoaineen poistosta ja jatkokäsittelystä. Investointikustannukset Haja-asutusalueiden kiinteistökohtaisten jätevesien puhdistusjärjestelmien suunnittelukustannukset vaihtelivat välillä 500 - 1000 € sisältäen käynnin kohteessa ja suunnittelu- sekä kenttätyötä yhteensä 8 tuntia (Saralehto 2005). Suunnittelukustannukset ovat olleet keskimäärin 10 % investointikustannuk- 27 sista. Oikein mitoitetun ja toimivan jätevesien käsittelyjärjestelmän suunnitte- lu peruna- tai juureskuorimolle edellyttää kuitenkin yhdyskuntajätevesiin nähden huomattavasti perusteellisempaa tilannekartoitusta. Riippumatta siitä, liitetäänkö vihanneskuorimo kunnalliseen jätevesiverkkoon vai rakennetaanko kuorimolle oma puhdistamo, on kuorimolle rakennettava jätevesien esikäsittely- ja tasaustilaa. Tarvittava tilavuus riippuu jätevesimää- rästä ja sen vaihtelusta. Lammentausta ja Oksjoki (2004) ovat esittäneet, että tasausaltaan tilavuuden tulisi olla 5 - 7 kertaa puhdistamon päiväkapasiteetti eli noin viikon jätevesimäärä. Saostusaltaat voidaan rakentaa betonirenkaista, -elementeistä tai valaa betonista paikan päällä. Esimerkiksi 50 m3 maahan upotetun, avoimen saostussäiliön vuoden 2005 ohjekustannus (alv 0%) oli noin 3500 € (Maa- ja metsätalousministeriö 2005). Vesihuoltolaitoksen verkkoon liittymisestä peritään liittymismaksu. Kiinteis- tökohtainen paineviemäröinti -projektin yhteydessä selvitettiin noin 50 vesi- huoltolaitoksen liittymismaksut vuosina 2001 - 2002 (Donner 2003). Liitty- mismaksujen vaihtelu oli suurta, pienkiinteistöjen verollinen maksu vesi- ja jätevesiliittymistä oli keskimäärin 1948 €, vaihdellen välillä 84 € ja 6200 €. Kukin vesihuoltolaitos päättää jäteveden liittymismaksun suuruuden, joka useimmiten määritellään laskukaavalla liittymismaksu = k * kerrosala * yksikköhinta jossa kerroin k voidaan määritellä rakennustyypin mukaan. Vesihuoltolain (VhL 119/2001) mukaan liittymismaksu voi olla eri alueilla eri suuruinen ja suuruudessa voidaan lisäksi ottaa huomioon kiinteistön käyttötarkoitus. Liittyminen järjestettyyn viemäröintiin voi tapahtua joko vietto- tai paine- viemäröintinä. Peruna- ja juureskuorimot sijaitsevat usein vesihuoltolaitosten toiminta-alueen ulkopuolella ja perinteiseen viettoviemäröintiin perustuvan kunnallistekniikan rakentaminen voi olla sekä kallista että aikaa vievää. Vuonna 2003 valmistuneessa selvitystyössä vertailtiin vietto- ja paineviemä- röinnin sekä teoreettisia että esimerkkikohteissa toteutuneita rakentamiskus- tannuksia (Donner 2003). Roudattomaan syvyyteen maakaivantoon sijoitetun viettoviemärin verolliseksi rakentamiskustannukseksi arvioitiin 150 €/m ja vastaavissa olosuhteissa paineviemärin kustannukseksi 60 €/m sisältäen kiin- teistökohtaisten pumppaamojen hankinnan. Laskelmien mukaan paineviemä- röinti on 20 - 35 % viettoviemäröintiä edullisempi vaihtoehto. AHA 21 - projektin yhteydessä tavanomaisen viemäröinnin investointikustannuksiksi arvioitiin olosuhteista riippuen 35 - 200 €/m. Paineviemäröinti todettiin selvi- tyksessä edullisemmaksi menetelmäksi kustannusten ollessa keskimäärin 30 - 70 €/m (Varsinais-Suomen Agendatoimisto 2006). 28 Yleiseen viemäriverkkoon liittymisen vaihtoehto on oman, kiinteistökohtai- sen käsittelyjärjestelmän rakentaminen. Pienpuhdistamoiden kustannukset vaihtelevat kuitenkin eri lähteiden välillä suuresti. Lehtniemen (2004) tutki- muksessa selvitettiin pienpuhdistamoiden toimivuuden ohella niiden kustan- nuksia ja kustannusrakennetta. Aineisto sisälsi myös kaksi biosuodinpuhdis- tamoa, joiden mitoitus AVL oli 120. Niiden investointikustannukset olivat vuoden 2003 hintatasolla 23 000 - 26 000 € eli noin 200 €/AVL. Esimerkiksi 10 m3 jätevettä (BOD7 2000 mg/l) vuorokaudessa käsittelevän laitoksen or- gaanisen aineksen kuormitus olisi asukasvastinelukuna ilmaistuna noin 290, jolloin orgaanisen aineksen kuormitukseen perustuen investointikustannus olisi noin 57 000 €. Saralehto (2004) on esittänyt kyläkohtaisen panospuhdis- tamon (AVL=50) arvonlisäverottomaksi investointikustannukseksi noin 28 000 € ja pienen bioroottoripuhdistamon (AVL=100) vastaavasti 60 000 €. Asukasvastineyksikköä kohti olisi siis investoitava noin 550 - 600 €. Kuorimojätevesien jälkikäsittelyä voidaan vielä täydentää rakentamalla suo- datuskenttä, esimerkiksi jos kuorimo sijaitsee vesistön läheisyydessä. Varsi- naiseksi jätevesien puhdistusjärjestelmäksi suodatuskenttä soveltunee vain hyvin laskeutuville juuresten pesuvesille. Maasuodattimen mitoitusarvona käytetään asumajätevesille arvoa 50 l/m2 vuorokaudessa (Tammi 2003), jol- loin orgaanisen aineksen kuormitukseksi tulee noin 16 g BOD7/m2 vuorokau- dessa. Maasuodattimen (20 - 25 m2) investointikustannukset vaihtelevat eri arvioiden mukaan 2500 ja 5000 €:n välillä. Neliöhinnaksi tulee keskimäärin 150 € vuoden 2002 hintatasolla (Tammi 2003). Jätevedenkäsittelyjärjestelmien käyttökustannukset Pienpuhdistamon käyttökustannukset koostuvat sähköenergian kulutuksesta, käytettävistä kemikaaleista (pH:n säätö, vaahdonesto, saostus- ja kunnostus- kemikaalit), puhdistamon hoidosta ja kunnossapidosta, lietteen poistosta ja jatkokäsittelystä sekä puhdistamon toiminnan tarkkailusta. Lehtniemen (2004) tutkimuksessa kahdentoista pienen yhdyskuntajätevesipuhdistamon käyttökustannukset vaihtelivat välillä 0,40 €/m3 ja 2,97 €/m3. Laitosten käyt- tökustannusten aritmeettinen keskiarvo oli 1,19 €/m3 ja virtaamilla painotettu keskiarvo 0,72 €/m3. Saralehdon (2005) arvio pienien kyläkohtaisten puhdis- tamojen vuotuisista verottomista käyttökustannuksista oli normikuormituk- sella 150 l/asukas/päivä panospuhdistamolla noin 1,1 € ja bioroottoripuhdis- tamolla 0,8 € käsiteltävää vesikuutiota kohti. Suurin ja samalla eniten vaihtelua aiheuttanut kustannuserä oli henkilöstöku- lut, jotka muodostivat keskimäärin kolmanneksen vuotuisistavat käyttökus- tannuksista. Myös Iso-Britanniassa pienehköjen biosuodatinpuhdistamojen käyttökustannuksista henkilöstökulut muodostivat suurimman menoerän (Rowland 2000). Lehtniemen (2004) selvityksessä keskimääräinen puhdista- mon vaatima työmäärä isommissa puhdistamoissa (rinnakkaissaostus- ja bio- roottorilaitokset) oli 8 tuntia viikossa ja muilla puhdistamotyypeillä 2 - 5 tuntia viikossa. 29 Muut kuluerät ovat selkeästi pienempiä ja jakautuvat sähkön, veden, huollon, kemikaalien ja tarkkailun välillä (Lehtniemi 2004). Eri kulujen vaihtelu saat- toi olla hyvinkin suurta. Kuljetuskulut määräytyivät sen mukaan kuinka pal- jon ja kuinka kauas lietettä kuljetettiin. Kunnallisen jätevedenkäsittelyn maksuja ja niiden perusteita säätelee vesi- huoltolaki (VhL 119/2001). Lain mukaan maksun suuruudessa voidaan ottaa huomioon mm. jäteveden poikkeuksellinen laatu tai määrä. Jätevesimaksun korotus voi siten tulla kysymykseen, kun liittyjän jätevesimäärän vaihtelu on suurta tai jäteveden BHK7-arvo tai kiintoaine-, fosfori- tai typpipitoisuudet ovat tavanomaisia asutuksen jätevesiä korkeammat. Pienillä laitoksilla koro- tetun taksan käyttö on suuria harvinaisempaa ja sen soveltamiselle on suosi- teltu liittyjän vähintään 1 % osuutta puhdistamon tulokuormasta (Vesi- ja viemärilaitosyhdistys 2002). Jätevesien käyttömaksut vaihtelevat vesilaitok- sittain, mutta varsin yleinen verollinen taksa on 1,4 - 1,6 €/m3 (esim. Jämsän- koski, Kemi, Oulu, Sotkamo, Turku). Kunnalliset jätevedenpuhdistamot ottavat vastaan kapasiteettinsa puitteissa myös sakokaivolietteitä. Tällaisten lietteiden vastaanottomaksu on yleensä moninkertainen jätevesitaksaan verrattuna, tyypillisesti 4 - 7 €/m3 (Sotkamo, Kemi ja Asikkala). 1.4 Kasvijätteen käsittelymenetelmiä Yleisperiaatteena kompostointi sopii kuiville orgaanisille jätteille ja mädätys paljon vettä sisältäville jätteille. Kompostointilaitokset ovat yleensä pieni- muotoisia laitoksia, joissa pääasiana on jätemateriaalin hygienisointi ja stabi- lointi, kun taas mädätyslaitokset ovat suuria laitoksia, joiden päätavoite on biokaasun tuotanto. 1.4.1 Kompostointi Kompostointi on eloperäisen jätteen jalostamista käyttökelpoisiksi lannoit- teiksi ja maanparannusaineiksi. Kompostoinnissa monilajinen aerobinen mik- robikanta hajottaa orgaanista ainetta kosteissa, aerobisissa ja riittävän lämpi- missä olosuhteissa. Hajotusprosessi kestää materiaalista ja olosuhteista riip- puen viikkoja, jopa kuukausia. Hajotusprosessi tuottaa runsaasti energiaa siten, että aktiivisimman hajotusvaiheen aikana kompostin lämpötila nousee yleensä yli 50 oC, jopa 70 oC:een. Lopputuotteina syntyy stabiilia hu- musainetta eli kompostimultaa, vettä, hiilidioksidia ja epäorgaanisia suoloja. Taulukossa 4 on esitetty arvoja kompostoinnin optimiolosuhteille. 30 Taulukko 4. Optimiolosuhteet kompostoinnissa (Lilja 1994). pH 6 - 10 kosteus 40 - 70 % C:N 25 - 35 happi 10 - 15 % Kompostoinnissa eloperäisen aineen ravinteiden käyttökelpoisuus kasveille paranee. Orgaanisen aineksen hajoamisen ja orgaanisen typen mineralisoitu- misen johdosta kompostin typpipitoisuus voi nousta kaksinkertaiseksi (Paate- ro ym. 1984). Kypsästä kompostista vapautuu typpeä helppoliukoisena nit- raattina (Lilja 1994). Valumavesien kerääminen tai imeyttäminen esim. tur- peeseen sekä kompostin suojaaminen sateelta vähentää ravinnetappioita. Kompostointi vaikuttaa myös fosforin liukoisuuteen. Aumakompostointi Tuoreen biojäteauman koko määräytyy aumattavan materiaalin perusteella. Ratkaisevaa on materiaalin karkeus ja kosteus, eli kuinka paljon ilmatilaa (happea) aumaan jää. Auman korkeus voi olla esim. 1 - 1,5 m ja leveys 2 - 3 m. Auman poikkileikkaus on yleensä kolmion muotoinen. Lähtömateriaaleista riippuen aumakompostiin tarvitaan tukiaineita, joiden avulla kompostin ilmavuus, kosteus ja ravinnesuhteet saadaan sopiviksi. Kompostoitava materiaali kasataan mahdollisen esikäsittelyn ja huolellisen sekoituksen jälkeen aumaan kovalle, tiiviille alustalle. Aumat voidaan muo- toilla kuormaajalla tai käyttää tarkoitusta varten suunniteltuja sekoitus- ja aumauskoneita. Komposti käännetään materiaalista ja kompostoitumisvai- heesta riippuen 1 - 5 viikon välein. Aumoja olisi hyvä kääntää neljän ensim- mäisen viikon aikana 3 - 4 kertaa. Kompostoinnissa mahdollisesti muodostu- vat valumavedet ja sateista aiheutuvat suodokset on kerättävä talteen ja puh- distettava. Valumavettä voidaan käyttää myös kompostin kasteluun. Kompostoinnin alkuvaiheessa tapahtuu huomattava tilavuuden pieneneminen (n. 30 - 40 %) ensimmäisten 3 - 4 kuukauden aikana, jos kompostointiproses- si on edennyt optimaalisesti (Paatero ym. 1984). Aumakompostointia voidaan tehostaa koneellisella ilmastuksella. Ilmastus järjestetään esim. sijoittamalla kompostin alle tukimateriaalista tehtyyn läpäi- sevään petiin ilmastuskanavia, putkia, jotka eivät ulotu aivan auman päihin saakka. Putket kytketään puhaltimeen, joka imee tai puhaltaa ilmaa kompos- tin läpi. Kompostointikenttä Kompostin valumavesiä ei saa päästä ympäristöön, minkä vuoksi kompostia varten tulee rakentaa tiivis kompostointikenttä. Myöskään ympäristöstä valu- 31 via vesiä ei tule päästää kompostointikentälle, joten kentän ympärys tulee pengertää tai ojittaa. Jotta valumavettä ei keräänny kentän pinnalle, tulee kentän viettokallistuksen olla vähintään 2 %. Valumavesiä varten kompos- tointikenttä varustetaan kokoojakouruilla tai -viemäreillä, joista valumavedet ohjataan keräilysäiliöön tai jätevedenpuhdistamolle. Kompostikentältä tulevi- en valumavesien määrä voi olla 40 - 60 % sadannasta (Hänninen ym. 1992). Kompostikenttää ei saa sijoittaa tärkeälle pohjavesialueelle, vesistöjen lähei- syyteen tai tulvaherkälle alueelle. Kompostikenttä tulee perustaa routimatto- malle ja painumattomalle maapohjalle. Kompostin ja käytettävien työkonei- den painot eivät saa rikkoa pohjarakenteita, salaojitusta tai pintakerrosta. Pintakerroksen tulee olla kulutusta kestävää materiaalia, esim. asfalttia tai betonia. Kompostikentän pohjarakenne voi olla esim. seuraavanlainen: tasattu pohja- maa (luonnonmaa tai täyttö), tarvittaessa kuivatuskerros (salaojaputket ja salaojitussora), jakava ja kantava kerros (kallio- tai soramurske), joiden yh- teiskerrospaksuus roudan tunkeutumissyvyyden mukaan ja tiivis pinnan kulu- tuskerros. Jakavaa kerrosta voidaan ohentaa, jos rakenteessa käytetään routa- eristettä. Valumavesien määrää voidaan rajoittaa rakentamalla kompostointia varten katos tai halli. Valumavesien ravinnepitoisuuksia voidaan avoimella kompos- tointikentällä pienentää peittämällä aumat. Peitteen tulisi olla vedenpitävä mutta ilmaa läpäisevä, varsinkin kompostoinnin alussa, jotta olosuhteet kom- postiaumassa eivät muutu anaerobisiksi. Kompostoinnin alussa katteeksi sopii olki ja myöhemmin kompostin kypsyessä pressu tai suojakangas (Peigné & Girardin 2004). Myös turve soveltuu kompostikatteeksi. Kompostointikenttää suunniteltaessa on kompostiaumojen lisäksi varattava tilaa kompostoitavien jätteiden ja tarvittavien tukiaineiden varastointiin, kom- postin jälkikypsytykseen ja välivarastointiin aikoina, jolloin levitys pellolle ei ole mahdollista, sekä koneiden työskentelyyn. Reaktorikompostointi (mm. rumpu- ja tunnelikompostointi). Reaktorikompostoinnissa pyritään nopeuttamaan prosessia, tehostamaan mas- sahäviötä sekä parantamaan lopputuotteen homogeenisuutta. Rumpukompos- tointi tapahtuu vaaka-akselinsa ympäri pyörivässä rummussa. Pyörityksen aikana kompostoitava materiaali siirtyy rummun sisällä eteenpäin samalla sekoittuen ja ilmastuen. Suljetuissa tiloissa tapahtuva kompostointi ei ole yhtä herkkä ilmasto- olosuhteille kuin aumakompostointi ja se saadaan toimimaan tehokkaasti myös talvikaudella. Reaktorikompostoinnissa on myös aumakompostointia helpompi saavuttaa koko massan riittävä hygienisoituminen. Rumpukompos- toinnissa on tukiainekustannusten lisäksi suhteellisen suuret rakennus- ja laitekustannukset. 32 Auma- ja reaktorikompostoinnin välimuotona voitaneen pitää jätteiden pro- sessointia pitkissä, halkaisijaltaan 1,5 - 3,5 m leveissä ”muovimakkaroissa” (Ag-Bag 2002, Koneviesti 2005). Täyttövaiheessa makkaran sisään asenne- taan ilmastusputki, johon kompostointivaiheessa puhalletaan ilmaa halutun prosessilämpötilan ylläpitämiseksi. Ilma poistuu muovikalvoon asennettavien venttiilien kautta, muuten tiivis ja yhtenäinen kalvo estää valumavesien muo- dostumisen. Kahdesta kolmeen kuukauteen kestävän aktiivivaiheen jälkeen makkara leikataan auki ja jätetään kypsymään 1 - 2 kuukaudeksi. 1.4.2 Mädätys Mädätys on hapettomissa olosuhteissa tapahtuva hajotusprosessi, johon kuu- luvat yleensä syöttö-, kierrätys-, poisto-, sekoitus-, lämmitys- ja kaasunke- räyslaitteet. Prosessin sivutuotteena syntyy biokaasua, joka koostuu pääosin metaanista ja hiilidioksidista. Kaasu voidaan hyödyntää sähkön tai lämmön tuotannossa, kuva 6. Suljetussa prosessissa orgaaninen aines hajoaa aiheut- tamatta hajuhaittoja ympäristöön, myös patogeenien määrä ja kuiva-aineen määrä vähenevät. Anaerobinen käsittely sopii materiaaleille, jotka sisältävät biologisesti helposti hajoavia ainesosia kuten hiilihydraatteja, proteiineja ja rasvoja (taulukko 5). Kuva 6. Mädätysprosessin vaiheet (Preseco Oy 2006). Kiinteät orgaaniset yhdisteet Haihtuvat rasvahapot (VFA) ja alkoholit Asetaatti H2, CO2 CH4 , CO2 Hydrolyyttiset ja fermentatiiviset bakteerit homoasetogeeniset bakteerit Metanogeeniset bakteerit Vetyä hyödyntävät bakteerit Asetiklastiset bakteerit Happoa syntetisoivat bakteerit Vetyä tuottavat asetogeeniset bakteerit Asetaattia hapettavat bakteerit 33 Taulukko 5. Perunankuoren ja porkkanan orgaanisen kuiva-aineenpitoi- suudet, hiili-typpisuhteet sekä kuiva-aineen hiilihydraatti-, rasva- ja proteiinipi- toisuudet. VS % C:N Hiilihydraatti5) % Rasva5) % Proteiinit5) % Perunan- kuori 90 - 941) 28:13) 87 2 9 Porkkana 90 2) 27:14) 82 6 9 1) Anon. 1998, 2)US Department of Agriculture, 3)LSUAgCenter 2005, 4)Jenkins 1999, 5)KTL 2005 Biokaasun tuotto kasvisjätteestä on 150 - 450 m3 orgaanista kuiva-ainetonnia (VS) kohti, kun lehmän lannasta saadaan 200 - 600 m3/t(VS) ja sian lannasta 400 - 900 m3/t(VS) (Hagström ym. 2005). Peruna- ja juuresmassoista saadaan biokaasua 800 m3/t (Preseco Oy 2006). Mädätysprosessin lopputuotteena syntyy lähes sisään syötettyä massamäärää vastaava määrä mädätettä, joka sisältää kasveille suoraan käyttökelpoista typpeä ja kaliumia sekä hajoamatonta orgaanista ainetta. Mädätyksen haitta- puolina ovat laitteiston korkea hankintahinta ja prosessin vaatima jatkuva valvonta (Preseco Oy 2006). 1.4.3 Muita kasvijätteen käsittelymenetelmiä Sokeri- ja tärkkelyspitoisesta raaka-aineista voidaan valmistaa myös etanolia, jota voidaan käyttää polttoaineena sellaisenaan tai bensiiniin sekoitettuna. Lisäaineena käytettävä etanoli edistää palamista, vähentää päästöjä ja bensii- nin haihtumista (Marjanen 1993). Jätteiden käyttö etanolin raaka-aineena parantaisi ainakin etanolin tuotannon kannattavuutta, mahdollisesti myös sen hiilitasetta. Ongelmana on kuitenkin maatalouden jätteiden vaatimaton saanto raaka-aineeksi (Halonen ym. 2003). Kasvijätteen kuivaus ja poltto ovat myös mahdollisia. Tässä projektissa ei niihin ole kuitenkaan perehdytty. 1.4.4 Kasvijätteen käyttö rehuna Kuorimassan käyttö karjan rehuna lisää paikallisen kierrätettävän materiaalin käyttöä ja ylläpitää ravinteiden kiertoa (Wlcek & Zollitsch 2004). Kasvijätet- tä on syötetty naudoille, sioille, hevosille, lampaille, turkis- sekä riistaeläimil- le. Peruna- ja juureskuorimon kuorijätteen käyttöedellytykset karjanrehuna riippuvat monesta tekijästä, kuten kuljetusmatkasta, varastoinnista sekä mas- san kuiva-ainepitoisuudesta (Murphy 1997, Bradshaw et al. 2002). Aluksi 34 eläimet suhtautuvat peruna- ja juureskuorimassaan oudoksuen, joten karja täytyy totuttaa siihen. Eläinten kannalta on hyödyllistä pitää kuorimassan ja muun rehun suhde vakiona (Bradshaw et al. 2002). Tämä saattaa olla ongel- mallista, koska kuorimolta tulevan kuorimassan koostumus, määrä ja kuiva- ainepitoisuus voivat vaihdella päivittäin (Boyles 2004). Peruna- ja juures- kuorijätteen kuiva-ainepitoisuus on vain 10 - 15 % ja rehukäytössä on tärkeää huolehtia siitä, että rehun kuiva-ainepitoisuus pysyy riittävän korkeana (Mur- phy 1997). Hälisen (2005) opinnäytetyössä selvitettiin perunakuorimassan käyttöä karjan rehuna. Kuorintamassan koostumukseen vaikuttavat perunan lajike sekä sen viljelyolosuhteet. Tutkimuksen mukaan perunakuorimassaa voisivat hyödyn- tää sellaiset kotieläintilat, jotka sijaitsevat perunankuorimon välittömässä läheisyydessä. Hälisen (2005) mukaan kuorintajäte voidaan hyödyntää par- haiten seosruokinnassa. Kuorimassa on maittavaa rehua varsinkin märehti- jöille, rehun kuitu- ja valkuaispitoisuutta on kuitenkin täydennettävä muilla rehujakeilla. Naudoille peruna- ja juureskuorimassan voi antaa sellaisenaan. Sioille peru- nakuorimassa on kypsennettävä, koska siat eivät sulata tärkkelyspitoista ra- vintoa raakana (Jarmo Valaja, MTT, 22.6.2004, henkilökohtainen tiedonan- to). Lihasioille keitettyä perunaa voidaan antaa 30 - 40 %, joutilaille jopa yli 40 %, imettäville 20 % ja porsaille 10 % päivittäisestä rehuyksikkötarpeesta (Alaviuhkola ym. 1999). Myös turkiseläimille perunajäte on kypsennettävä tai kuivata (Tuula Dahlman, Turkiseläinten kasvattajien liitto, 2.8.2004, hen- kilökohtainen tiedonanto). Peruna- ja juureskuorimassan on todettu paranta- van rehun maittavuutta, kun sitä on sekoitettu muuhun rehuun (Anderson & Schatz 2003). Rehuksi käytettävään kuorimassaan tulee käyttää pestyjä, puh- taita raaka-aineita. Paras tapa on syöttää peruna- ja juureskuorimassa eläimil- le tuoreena, jos se vain on mahdollista (Bradshaw et al. 2002). Peruna- ja vihanneskuorimassat soveltuvat myös liemiruokintaan. Liemiruo- kintalaitteessa rehun pitää olla puuromaista, jotta se ei lajitu heti sekoittami- sen jälkeen. Sopiva rehun kuiva-ainepitoisuus on 27 - 28 %, jolloin rehun siirto onnistuu keskipakopumpulla. Rehumassan on oltava riittävän homo- geenista, sillä seassa olevat kuorenpalat tai vastaavat aiheuttavat liemiruokin- nassa ongelmia tukkimalla jakoventtiilejä (Jani Ketola, Suomen karjatilatar- vike Oy, 14.2.2006, henkilökohtainen tiedonanto). 35 1.5 Kasvitaudit ja rikkakasvien siemenet kompos- toitavassa kasvinjätteessä 1.5.1 Kasvitaudit Yleisimmät kasvinjätteessä esiintyvistä kasvitaudeista ovat erilaisten sienten aiheuttamia, esim. pahkahome (Slerotinia sclerotiorum), harmaahome (Bot- rytis cinerea), möhöjuuri (Plasmodiophora brassicae) ja sipulimätä (Fusari- um oxysporum). Sienten lisäksi taudinaiheuttajina voivat olla myös bakteerit, esim. perunan tyvi- ja märkämätä (Erwinia chrysanthmi) ja perunan vaalea rengasmätä (Clavibacter michiganensis). Monet kasvipatogeeniset eli tautia aiheuttavat sienet ovat saprofyyttejä, joten ne elävät ja lisääntyvät alhaisissakin lämpötiloissa lahoavassa kasvinjätteessä ja pystyvät näin säilymään hengissä pitkiä aikoja. Lisäksi monilla sienillä on kyky muodostaa lepoasteita ja kestoitiöitä, joiden avulla ne voivat säilyä maassa useita vuosia silloin, kun sopivaa isäntäkasvia ei ole tarjolla tai olo- suhteet eivät muusta syystä ole kasvulle edulliset. Kun nämä patogeeniset sienet kulkeutuvat sadon mukana varastoon, ne jatkavat kasvuaan varasto- lämpötiloissa ja voivat aiheuttaa suuria varastotappioita. Jos kasvitauteja sisältävää kasvijätettä levitetään peltoon käsittelemättömänä, levitetään sinne myös kasvitaudit. Kompostointi tai muu vastaava lämpökäsittely on tehokas tapa tuhota tai ainakin vähentää kasvitautien aiheuttajia kasvijätteestä. Eri kasvipatogeenien lämmönsietokyky vaihtelee huomattavasti. Osa lämpöherkistä bakteereista tuhoutuu kompostoitaessa alle 55 oC:n lämpötilassa jo neljässä vuorokaudes- sa (Lopez-Real & Foster 1985, Ryckeboer 2001). Sienitautien tuhoutuminen kompostoitaessa edellyttää kuitenkin yleensä korkeamman lämpötilan saavut- tamista ja tämän vaiheen riittävän pitkää kestoa. Varsinkin kestoitiöitä muo- dostavat sienet (esim. Plasmodiophora brassicae, Slerotinia sclerotiorum) vaativat tuhoutuakseen tehokkaamman kompostoinnin, jossa kompostin läm- pötila nousee termofiiliselle alueelle (50 - 70 oC) ja pysyy siellä kolme viik- koa (Bollen et al. 1989). Hoitinkin et al. (1980) kompostointitutkimuksissa riittävä hygienisoituminen kasvipatogeenien suhteen saavutettiin, kun kom- postin lämpötila nousi viikon ajaksi yli 70 asteen tai oli useita viikkoja yli 40 oC. Ylimäen ym. (1983) kompostointitutkimuksissa noin 1 viikon pituinen altistuminen 70 oC lämpötilalle riitti tuhoamaan möhöjuuren kestoitiöt edel- lyttäen, että kompostin kosteus ja pH-arvo olivat myös optimaaliset eli koste- us 60 - 80 % ja pH yli 7. Kompostin lämpötilan pysyminen kolme viikkoa 60 - 65 oC:ssa ei riittänyt yhtä hyvän tuloksen saavuttamiseen. Kompostin riittävän korkea lämpötila ja sen kesto ovat tärkeimmät kasvipa- togeenien tuhoutumista aikaansaavat tekijät. Erityisesti aumakompostin huo- lellinen kääntäminen useita kertoja termofiilisen vaiheen aikana on välttämä- 36 töntä, jotta kompostoitavan massan viileämmät pintaosat tulevat alttiiksi lämmölle ja hygienisoituminen varmistuu (Christensen et al. 2002). Lisäksi aumakompostin säännöllisellä kääntämisellä ilmastoidaan kompostimassaa ja varmistetaan kompostin sisäosien säilyminen aerobisena koko kompostointi- prosessin ajan. Lämpötilan lisäksi kasvitautien tuhoutumiseen kompostissa vaikuttavat myös kompostin kosteus, kompostissa lisääntyvien hajottajamik- robien tuottamat toksiset yhdisteet kuten orgaaniset hapot ja ammoniakki, soluja liottavat entsyymit sekä antibiootit (Bollen 1985). 1.5.2 Rikkakasvit Rikkakasvien siemenet tulevat vihanneskuorimoille ensisijaisesti mullan mukana. Peltomaassa on 20 cm pintakerroksessa kymmeniä tuhansia rikka- kasvien siemeniä neliömetrillä (Paatela & Erviö 1971). Erityisesti on vaara- na, että vihanneksilla ja perunalla käytettäviä rikkakasvien torjunta-aineita kestävät lajit tai lajien kestävät kannat pääsevät mullan mukana nopeasti le- viämään vihanneslohkolta toiselle, vaikeuttamaan viljelyä ja nostamaan vilje- lykustannuksia. Vihanneksilla ongelmallisia rikkakasveja, joihin kemiallisel- la torjunnalla on huono teho, ovat ainakin pihatatar (ja muut tattaret), pelto- orvokki, matara, kylänurmikka ja sauniot. Kaalimailla lisäksi ristikukkaiset rikkakasvit ja rypsi sekä savikka. Näiden lisäksi alueellisesti pahoja ovat ainakin villakko, emäkki, linnunkaali, lemmikki, hatikka ja tummarusokki (Pentti Ruuttunen, MTT, 8.11.2004, henkilökohtainen tiedonanto). Siemenle- vinnän lisäksi jotkin vihannes-, juures- ja perunanviljelyn ongelmalajit voivat levitä juurten, juurakoiden, rönsyjen tai mukuloiden avulla (esim. rantanenät- ti, peltopähkämö). Tuontiraaka-ainetta käytettäessä tulee mullan mukana ulkomaisia rikkakasvien siemeniä. Joukossa voi tulla myös maassamme en- nestään esiintymättömiä lajeja sekä torjunta-aineita paremmin kestäviä rikka- kasvikantoja. Kompostointi heikentää rikkakasvinsiementen itävyyttä ja vähentää niiden elinvoimaa. Onnistuneella, riittävän pitkään jatkuvalla kompostoinnilla voi- daan rikkakasvien siemenet tuhota kokonaan (esim. Grundy et al. 1998, Tompkins et al. 1998). Siementen itävyyden ja elävyyden tuhoamiseen tarvit- tava kompostin lämpötila ja kompostoinnin kesto sekä muut olosuhteet vaih- televat rikkakasvilajien mukaan. Koeolosuhteissa herkimpien lajien itävyys on hyvin toimivassa kompostissa voinut tuhoutua jo kolmessa päivässä (Grundy et al. 1998), kun taas kestävien lajien siemenistä osa on tehottomissa komposteissa voinut selvitä itämiskykyisenä useita kuukausia (Tereshchuk 1999, Eghball & Lesoing 2000). Kompostissa itävyytensä ja elävyytensä helposti menettäviä lajeja ovat olleet mm. pihatähtimö (Stellaria media), valkoapila (Trifolium repens), kierumatara (Galium aparine), peltosaunio (Matricaria perforata), peltotaskuruoho (Thlaspi arvense) ja kiertotatar (Po- lygonum convolvulus) (Tompkins et al. 1998). Hieman kestävämpiä ovat mm. hukkakaura (Avena fatua), jauhosavikka (Chenopodium album), karheapillike 37 (Galeopsis tetrahit) ja hanhentatar (Polygonum persicaria) (Tompkins et al. 1998). Joidenkin lajien siemenet ovat kuitenkin sitkeähenkisiä; kompostointia verraten hyvin kestäviä lajeja ovat mm. peltokierto (Convolvulus arvensis) (Wiese et al. 1998), kelta-aulio (Abutilon theophrasti) (Eghball & Lesoing 2000) ja viherrevonhäntä (Amaranthus retroflexus) (Tompkins et al. 1998). Kompostin lämpötila on ratkaiseva tekijä siementen itämiskyvyn tuhoutumi- sen kannalta. Pääsääntöisesti voidaan sanoa, että mitä lämpimämpi komposti, sitä nopeammin rikkakasvien siemenet tuhoutuvat. Esimerkiksi Grundyn et al. (1998) tutkimuksessa useiden rikkakasvien siemenet tuhoutuivat yhdys- kuntajätekompostissa 55 °C lämpötilassa jo kolmessa päivässä, kun taas vii- leämmissä, 45 °C ja varsinkin 35 °C komposteissa siementen tuhoutuminen kesti kauemmin, jopa yli 84 päivää. Tiedot rikkakasvinsiementen tuhoami- seen tarvittavasta kompostin lämpötilasta kuitenkin vaihtelevat tutkimuksesta toiseen (Liitteet 1 ja 2). Rikkakasvinsiementen tuhoamiseksi olisi ilmeisesti edullista saada komposti lämpenemään vähintään 45 - 60 °C:een useiden päivien tai jopa viikkojen ajaksi. Kompostin kosteus vaikuttaa rikkakasvien siemeniin sekä suoranaisesti että kompostin toimivuuden välityksellä. Optimaalinen kosteus edistää kompostin lämpenemistä ja rikkakasvinsiementen kuolemista (Eghball & Lesoing 2000). Toisaalta hyvin märän kompostin lämpötila voi jäädä alhaiseksi (Hänninen ym. 2003). Rikkakasvien siementen tuhoutuminen riippuu myös siitä, kuinka tasaisesti koko kompostissa saavutetaan otolliset olosuhteet. Aumakomposteissa olo- suhteet ovat hyvin vaihtelevia, minkä seurauksena kompostin eri osilla on vaihteleva kyky tuhota rikkakasvien siemeniä (Tee et al. 1999). Kompostin kääntäminen edesauttaa sen lämpenemistä (Tee et al. 1999) ja rikkakasvien kuolemista (Churchill et al. 1996). Rumpukompostoinnissa kompostoitavaa massaa käännetään ja sekoitetaan usein, joten kaikki kompostissa olevat rik- kakasvien siemenet altistuvat samanlaisille olosuhteille, eikä hyvin toimivaan rumpukompostiin juurikaan jää paikkoja, joissa olisi siementen selviämiselle otolliset olosuhteet. Sen lisäksi, että kompostointi tuhoaa rikkakasvien siemeniä, voivat myös jotkut kompostissa muodostuvat yhdisteet ehkäistä elävienkin siementen itämistä (Ligneau & Watt 1995, Ozores-Hampton et al. 1998, Hartz & Gian- nini 1998). Itämistä ehkäisevä vaikutus on tutkimuksissa (Hartz & Giannini 1998, Ozores-Hampton et al. 1999) ollut suurin noin 8 viikon ikäisessä kom- postissa. Kestorikkakasvien tuhoutumisesta kompostoinnin aikana on vain vähän tie- toa. Vaikka kypsymättömistä komposteista valmistetut uutteet haittaavat siementen itämistä, ei niillä ole vaikutusta kasvullisesti lisääntyvän kestorik- kakasvin Cyperus esculentuksen mukuloiden itämiseen (Ozores-Hampton et 38 al. 1999). Myöskin japanintatarin (Fallopia japonica) sekä ehjät että halkais- tut varrenpalat kykenevät jossain määrin uuteen kasvuun kostean kompostin pinnassa (Waal 2001). Kestorikkakasvien juuria, juurakoita ja muita kasvulli- sia osia saattaa siis selvitä kompostissa elinkykyisinä, varsinkin jos niiden annetaan kasvattaa yhteyttäviä versoja kompostiauman pinnalle. 2 Aineisto ja menetelmät 2.1 Pilottikohteiden toimintojen kuvaus Tässä hankkeessa oli mukana 8 kuorimoyritystä. Niistä 3 kpl kuori pelkäs- tään perunaa, yksi perunan lisäksi muita juureksia, yksi pelkästään porkkanaa ja 3 yritystä jalosti porkkanan lisäksi muita juureksia. Taulukkoon 6 on koot- tu tietoja hankkeessa mukana olleiden yritysten jätevesien käsittelystä ja tuo- tantomääristä. Kahta kuorimoyritystä lukuun ottamatta pääosa kuorittavasta raaka-aineesta viljeltiin kuorimoyritysten yhteydessä olevilla tiloilla. Jos perunaa ja juurek- sia ei viljelty itse, raaka-aine hankittiin lähialueen viljelijöiltä. Keväällä jou- duttiin tuomaan juureksia yleensä myös ulkomailta, mm. Hollannista. Oma peruna ja juurekset varastoiin tiloilla multaisina, kuution puulaatikoissa. Ul- kopuolelta ostettu raaka-aine toimitettiin yrityksiin valmiiksi pestynä tai har- jattuna. Paras varastointilämpötila perunoille on +4 - +6 ºC, juureksille 0 ºC. Kuorittavien perunoiden ja juuresten laadun pitää olla korkea ja lajikkeiden kuorintaan sopivia. Jätteiden määrä kasvaa selvästi raaka-aineen laadun hei- ketessä. Perunan ja juuresten pesu ennen kuorintaa on tärkeää sekä lopputuotteen hygienian, kuorijätteen rehukäyttömahdollisuuksien sekä kuorintakoneiden keston kannalta. Hankkeessa mukana olleissa kuorimoissa käytettiin pääosin kuivakuorintaa. Yhdellä kuorimolla oli käytössä märkäkuorinta, mutta sielläkin oltiin siirty- mässä kuivakuorintaan. Jonkin tietyn juureksen kuorinta tehtiin yhdessä kuo- rimoissa edelleen märkäkuorintamenetelmällä parhaan mahdollisen lopputu- loksen aikaansaamiseksi. Kuivakuorinnassa ei käytetä vettä kuorintavaiheen aikana ja jätevedet sekä kiinteä kuorintamassa saadaan erikseen ja kuorimas- sa voidaan käyttää rehuna. Märkäkuorinnassa kuorintavaiheen aikana käyte- tään vettä ja irronnut kiintoaine joutuu jäteveden joukkoon. Kuorimoissa yleisimmin käytetyt kuorintakoneet ovat hionta- ja veitsikuorin- takoneet, joita voidaan käyttää sekä märkä- että kuivakuorinnassa. Veitsi- kuorintakoneesta tuleva kuorijäte on lastumaista juureskuorta ja se jättää pinnan sileäksi eikä kasvisoluja vaurioidu niin paljon kun hionnassa. Hionta- 39 koneessa perunan ja juureksen pinnasta hiotaan kerros pois, minkä jälkeen pinta usein viimeistellään vielä veitsikoneella. Hankkeessa mukana olevissa kuorimoissa oli käytössä molemmat kuorintamenetelmät. Kuorinnan jälkeen perunat ja juurekset huuhdellaan. Vettä tulee käyttää sääs- teliäästi mutta hygienian tasosta ei saa tinkiä. Hankkeessa mukana olevista kuorimoista kahdella oli käytössä huuhteluveden otsonointi, jonka tavoitteena on parantaa valmiin tuotteen hygieniaa ja säilyvyyttä. Myös muita menetel- miä on tarjolla tuotehygienian parantamiseksi, mutta niitä ei pilottikohteissa käytetty. Pienimmät hankkeen kuorimoista, jotka toimittivat tuotteensa esim. suurkeit- tiöille, kuljettivat valmiit tuotteet tilaajille vesiastioissa. Muita kuorimoilla käytössä olleita pakkaustapoja olivat pakkaus tyhjöpakkauksiin ja muovipus- seihin. Hankkeen yrityksistä suurimmat toimittivat tuotteensa tukkuliikkeisiin ja kolme yritystä suoraan suurkeittiöille. Taulukko 6. Hankkeessa mukana olleiden kuorimoiden perustietoja: kuoritun perunan/juuresten määrä, vedenkulutus ja jätemäärät viikossa. Tila Raaka-aine t/viikko Veden kulutus m3/viikko Jätevettä m3/t raaka-ainetta Kasvijätettä t/viikko 1 15 kuorinta 20 pesu 100 2,8 8 2 18 25 1,4 9 3 100 250 2,5 50 4 20 250 12,5 8 5 12,5 20 1,6 4 6 12,5 25 2 5 7 5 12 2,4 2 8 4 5 1,25 1,5 2.2 Jätevesien käsittelymenetelmät pilotti- kohteissa Tässä hankkeessa mukana olleilla yrityksillä ei ole ollut mahdollisuutta liittyä kunnalliseen jäteveden käsittelyyn ja jätevesien käsittely oli suunniteltu teh- täväksi lähellä niiden syntypaikkaa. Hankkeen yrityksistä yhdessä oli panospuhdistamo ja toiseen sellainen ra- kennettiin hankkeen aikana, yhdessä oli biosuodin, kahdessa kohteessa oli 40 kemiallinen jäteveden käsittely ja laskeutusallas, yhdessä kohteessa jätevedet kerättiin lietealtaaseen ja levitettiin keväällä pellolle sekä yhdessä kohteessa oli laskeutusallas+imeytyskenttä+lammikko -käsittely. Yhdessä kohteessa, jossa toiminta oli pienimuotoista, selvitettiin mahdollisuutta liittyä kunnalli- seen jätevedenkäsittelylaitokseen. Hankkeen aikana tehtiin yksi panospuhdis- tamon laajennus. Kahdeksasta kuorimosta voimassa oleva ympäristölupa oli viidellä kuorimol- la. Taulukkoon 7 on koottu tietoja kuorimoiden ympäristölupaehdoista. Taulukko 7. Kuorimoiden ympäristölupaehtoja. Kuorimo Jäteveden käsittelyvaatimukset Jätteiden käsittelyvaatimukset 1 jätevesien määrä 7,2 m3/d BOD7 15 mg/l kiintoaine 25 mg/l kok-P 1,0 mg/l kok-N 30 mg/l NH4-N 3,0 mg/l Kuorijäte levitetään peltoon. Multaliete viedään entiseen sorakuoppaan. 2 jätevesien määrä 3 m3/vrk BOD7 50-100 mg/l kok-P 1,5 mg/l Kompostointi, peltolevitys 3 vedenkulutus 3000 m3/a jäteveden pitoisuudet vuosi- keskiarvoina: BOD7 30 mg/l COD 250 mg/l kok-P 2 mg/l pyrittävä hapettamaan ammo- niumtyppi mahdollisimman tehokkaasti Kuorijäte hyödynnetään ensi- sijaisesti rehuna tai kompos- toitava, kompostin lämpötila vähintään 55oC. Peltolevitys 1.4.-15.11. välisenä aikana 4 Jätevedet ja kasvijätteet kerätään lietesäiliöön ja levitetään pellolle sulan maan aikana. 5 Ympäristölupa myönnetty 1993. Jätevesien laskeutus ja imeytys. Hankkeessa mukana olleiden kuorimoiden jätevesien laatua ja määrää seurat- tiin 1/2004 - 11/2006. Jätevesinäytteistä tehtiin pikamäärityksinä ravinne- ja CODCr -analyyseja MTT/Vakolassa Langen kyvettitesteillä sekä virallisia analyysejä Hämeenlinnan seudun kansanterveystyön kuntayhtymän ympäris- tö- ja elintarvikelaboratoriossa. Kuorimoilta tulevan jäteveden näytteenotossa käytettiin automaattista ISCO 6700 näytteenotinta, jonka avulla kerättiin 41 viikon kokoomanäytteet. Näytteenottojakso oli kuorimoiden toiminnan vaih- telun kannalta edustava. Näytteenotin ohjelmoitiin ottamaan 100 ml:n näyte puolen tunnin välein. Päivän kokoomanäyte pakastettiin. Viikon aikana kerä- tyt näytteet yhdistettiin ja analysoitiin. Ohje jätevesinäytteenotosta on liit- teessä 3. 2.3 Kasvijätteen käsittelykokeet ja käyttäjäkoke- mukset Hankkeessa tehtiin kasvijätteen kompostointikokeita sekä laboratoriossa että kuorimoilla. Porkkanan kuorijätettä kompostoitiin laboratorio-olosuhteissa. Perunajätettä sekä porkkana+sipulijätettä kompostoitiin rumpukompostorissa kahdella kuorimolla. Kuorijätteiden rehukäytön kannalta keskeistä säilyvyyt- tä ja säilyvyyden parantamismahdollisuuksia tutkittiin laboratoriokokein. Kotieläintiloille, jotka käyttivät kuorimoiden kuorijätteitä rehuna, tehtiin puhelinhaastattelu, jossa selvitettiin tilojen kokemuksia kuorijätteen rehukäy- töstä. 2.3.1 Kompostointikokeet Porkkanajätteen kompostointi laboratoriossa Porkkanankuorijätettä, johon oli sekoitettu turvetta, olkea, haketta sekä ka- nanlantaa erilaisissa suhteissa kompostoitiin MTT/Vakolan säähuoneessa, jonka lämpötila oli 20 oC ja suhteellinen kosteus 70 %. Kompostointi tehtiin lieriöissä, joiden tilavuus oli 50 l ja pohjissa harso, jonka läpi ilma pääsi kul- kemaan, kuva 7. Seosta käännettiin aluksi kerran viikossa ja myöhemmin kahden viikon välein. Kuva 7. Kompostointikokeessa käytetty koejärjestely. Tiedonkeruu- yksikkö Tietokone Ilma Harso 42 Lähtöaineista tehtiin neljä erilaista seosta ja kaikista tehtiin neljä rinnakkais- näytettä. Taulukossa 8 on esitetty kokeissa käytetyt lähtöaineet ja niiden tila- vuusosuudet koekomposteissa. Liitteessä 4 on esitetty lähtöaineiden ana- lyysitulokset. Kompostien sisälämpötiloja seurattiin kokeen perustamisen jälkeen 3 kk:n ajan. Mittareina käytettiin sekä Elcolog-lämpötilaloggereita että lämpöantureita, jotka tallensivat lämpötilan tunnin välein. Anturit oli upotettu keskelle komposteja ja loggerit oli sijoitettu möhöjuuren infektiivi- syyttä mittaaviin pusseihin. Tulokset luettiin loggereista kokeen päätyttyä. Alku- ja loppuseoksista määritettiin kuiva-aine-, hiili-, typpi-, nitraatti- ja ammoniumpitoisuudet, pH, tilavuus, johtokyky sekä johtoluku. Kuiva-aine määritettiin lämpökaapissa 70 oC:ssa ja kuivatusta näytteestä määritettiin tilavuuspaino 20 ml näytteestä sekä kokonaishiili ja -typpi LECO CN - analysaattorilla. Tuoreista näytteistä määritettiin ammonium- ja nitraattityp- pipitoisuudet 2 M KCl -uutolla sekä pH ja johtokyky elektrodeilla 1:5 (v/v) vesiuutolla. Jokaiseen kompostointiastiaan lisättiin nailonverkkopussissa näyte, jolla selvitettiin möhöjuuren infektiivisyyttä. Lisäksi selvitettiin to- maatinsiementen itävyyden tuhoutumista. Taulukko 8. Laboratoriossa tutkittujen kompostien seossuhteet tilavuuspro- sentteina. Komposti Porkkana (til. %) Olki (til. %) Turve (til. %) Hake (til. %) Kananlanta (til.%) 1 38 18 31 12 0 2 40 0 44 16 0 3 31 16 27 13 13 4 37 0 34 18 12 Möhöjuuren infektiivisyyden testaaminen biotestillä Möhöjuuren infektiivisyyden tuhoutumista kompostoinnissa tutkittiin Knol- len et al. (1980) kehittämän biotestin avulla. Testiä varten valmistettiin mö- höjuurinäytteitä, jotka haudattiin komposteihin. Näytteet valmistettiin sekoit- tamalla möhöjuurta aiheuttavan sienen (Plasmodiophora brassicae) äkämiä, taudin saastuttamaa maata ja kompostoitavaa kasvimateriaalia keskenään seossuhteessa 1:10:6. Näyte suljettiin nailonverkkopussiin, jonka silmäkoko oli 1 × 1 mm. Kerranteita oli kokeessa neljä. Näytepussit haudattiin kompos- teihin heti komposteja perustettaessa ja ne pidettiin siellä koko kompostoin- nin ajan. Kontrollinäytteet valmistettiin sekoittamalla vastaavat määrät äkä- miä, taudin saastuttamaa maata ja steriiliä hienoa hiekkaa. Kontrollinäytteitä inkuboitiin steriilissä kosteassa hiekassa huoneen lämmössä. 3,5 kuukauden kompostoinnin jälkeen näytteet kaivettiin komposteista ja pussien sisältöä käytettiin kasvualustana biotestissä. Näyte sekoitettiin hiek- ka-turveseoksen kanssa tilavuussuhteessa 30:70. Kasvualustan pH mitattiin ja säädettiin tarvittaessa kuuteen, sillä pH:n tiedetään vaikuttavan voimakkaasti P.brassican infektiivisyyteen. 43 0,5 litran kasvatusastiat täytettiin kasvualustalla ja niihin kylvettiin 4 sinapin (Brassica juncea) siementä. Sinappia kasvatettiin kasvihuoneessa (lämpötila 22 oC, valaistus 8000 lx, 16 h/vrk) viiden viikon ajan, jonka jälkeen juuret pestiin ja infektoituminen arvioitiin asteikolla 0 – 3, jossa 0 = ei äkämiä pää- eikä sivujuurissa ja 3 = voimakkaita äkämiä pää- ja/tai sivujuurissa. Infektoitumisindeksi I laskettiin kaavasta: I = Σ (infektoituneiden kasvien lkm ×infektoitumisaste) kasvien lkm Porkkana- ja perunankuorimojätteen rumpukompostointi Porkkanan ja perunan kuorijätettä kompostointiin 5 m3:n rumpukompostoris- sa kahdessa kuorimossa kahdessa eri seossuhteessa, kuva 8. Porkkanajätettä sekoitettiin sipulinkuorien, turpeen ja hakkeen kanssa seossuhteissa 40:10:30:20 ja 30:10:40:20 tuoretilavuutta. Perunajätettä, turvetta ja haketta sekoitettiin vastaavasti seossuhteissa 35:45:20 ja 40:40:20 tuoretilavuutta. Kokeen alussa rumpuun lisättiin seosta 3,5 m3, minkä jälkeen juuresseosta lisättiin 0,5 - 1 m3 päivässä viitenä päivänä viikossa. Samalla rummun toises- ta päästä poistettiin kompostoitua massaa 0,4 - 0,7 m3 päivässä. Seoksen vii- pymäaika rummussa oli 7 vuorokautta. Porkkanajätteen kompostoinnissa rumpu pyörähti kaksi kertaa vuorokaudessa ja perunajätteellä neljä kertaa vuorokaudessa. Rumpukompostoinnista saatua porkkanakompostia jälki- kompostoitiin aumassa kevääseen 2006 asti. Aumaan sijoitettiin kaksi kappa- letta Elcolog -lämpötilamittaria 10 ja 20 cm syvyyksiin ja 10 kpl tomaatin- siemenpusseja. Kuva 8. Rumpukompostori, jonka tilavuus oli 5 m 3, oli sijoitettu kont- tiin. Rummun pituus oli n. 4,5 m ja halkaisija 1,2 m. Kaikista komposteista analysoitiin lähtöaineiden ja lopputuotteiden ammoni- um- ja nitraattityppipitoisuudet, kokonaishiili- ja kokonaistyppipitoisuudet, kosteus, pH ja johtokyky. Kuiva-aine määritettiin lämpökaapissa 70 oC:ssa ja kuivatusta näytteestä määritettiin kokonaishiili ja -typpi LECO CN – analysaattorilla, pH ja johtokyky elektrodeilla 1:2,5 ja 1:5 (v/v) vesiuutolla. Tuoreista näytteistä määritettiin ammonium- ja nitraattityppipitoisuus 2 M KCl -uutolla. Lisäksi kompostointilämpötiloja mitattiin rummun täytön yh- teydessä 14 kertaa 22 vuorokauden perunakompostoinnin ja 11 kertaa 36 vuorokauden porkkanakompostoinnin aikana. Lisäksi tutkittiin tomaatinsie- menien itävyyden tuhoutumista rumpukomposteissa. 44 Itävyyden tuhoutumisen tutkiminen tomaatinsiementestillä Kompostien kykyä hävittää siementen itävyys testattiin tomaatinsiementestin avulla (EPPO 2005). Testi mittaa kompostien suhteellista kykyä hävittää (rikkakasvin) siementen elinvoima ja itämiskyky. Testattaviin komposteihin sijoitettiin tomaatinsiemeniä nailonverkkopusseissa, silmäkoko 1 × 1 mm. Kuhunkin pussiin laitettiin 1 g siemeniä. Rumpukomposteihin siemenpussit lisättiin rummun täyttöaukosta useissa erissä kompostoinnin kuluessa, labora- toriokomposteihin siemenpussit sijoitettiin yhdellä kertaa. Kun siemenet oli- vat olleet läpimenoajan, n. 7 vrk, rumpukompostissa, tulivat ne ulos purku- päästä. Pusseissa olleet siemenet huuhdeltiin puhtaalla vedellä ja kustakin pussista siirrettiin 200 siementä kostean imupaperin päälle neljälle petrimal- jalle, 50 siementä kullekin maljalle. Verrannemaljoille laitettiin käsittelemät- tömiä tomaatinsiemeniä. Maljoilla olevat tomaatinsiemenet sijoitettiin kasva- tuskaappiin (+25 °C, valo-pimeä -vuorottelu) ja kasteltiin tarpeen mukaan. Itäneet tomaatinsiemenet laskettiin viikon välein ja poistettiin laskennan yh- teydessä. Itämisen katsottiin päättyneen kunkin käsittelyn kohdalta erikseen, kun kyseisen käsittelyn saaneista tomaatinsiemenistä ei yksikään ollut itänyt kolmeen viikkoon. Tomaatinsiementesti suoritettiin laboratorio- ja rumpukompostointikokeissa, välikypsytyskokeissa sekä maatilojen tilakomposteissa. 2.3.2 Kasvijätteen käyttö rehuna Kuorimojätteen soveltuvuus rehuksi Lantun ja porkkanan kuorijätteestä otettiin näytteet ja niistä määritettiin re- hun laatua kuvaavia arvoja, kuten kuiva-aine, raakavalkuainen, raakakuitu, raakarasva, typettömät uuteaineet ja tuhka sekä sellulaasisulavuus, mikä ku- vaa märehtijällä tapahtuvaa pötsisulatusta. Testimenetelmä ei vastaa täysin märehtijän ruuansulatusta, mutta se on paras rehun pötsisulatusta kuvaava laboratoriomenetelmä. Analyysit tehtiin MTT:n elintarvikelaboratoriossa. Analyysituloksista laskettiin rehuyksikköarvot rehutaulukon sulavuu