Vaikka Suomessa jätevesien sisältämät haitalliset yhdisteet saadaankin pääosin poistettua, uusien tekniikoiden ja velvoitteiden myötä jätevedenpuhdistuksen vaatimukset tiukentuvat jatkuvasti pakottaen puhdistamot kehittämään prosessejaan. Harva meistä tulee ajatelleeksi lukuisia tekniikoita, joilla taataan prosessien mahdollisimman tehokas toiminta sekä menetelmiä, joilla prosesseja seurataan. Biologisessa jäteveden käsittelyssä yksi varteenotettava seurantamenetelmä on aktiivilietteen mikroskopointi. Mikroskopoinnin avulla prosessin häiriötilanteet voidaan havaita ja korjata jo ennen kuin ne ehtivät vaikuttaa puhdistamon toimintaan.

Kirjoittajat: Taru Manninen ja Pia Haapea

Jätevedenpuhdistuksesta yleisesti

Jätevedenpuhdistuksen tarkoituksena on purkuvesistöjen suojeleminen jäteveden sisältämiltä lika-aineilta sekä niiden aiheuttamilta haittavaikutuksilta. Tärkeimpiin jätevedestä poistettaviin aineisiin kuuluvat orgaaninen aine, fosfori ja typpi. Jäteveden puhdistusprosessissa saadaan poistettua myös jäteveden sisältämät muut haitalliset yhdisteet, kuten mikro-organismit ja raskasmetallit. Orgaanisen aineen poistoon puhdistamoilla käytetään yleisimmin biologista aktiivilieteprosessia, fosforin poistoon kemiallista saostusta ja typen poistoon nitrifikaatio-denitrifikaatio –prosessia. (Karttunen 2004, 492, 517.)

Kuva 1. Ripsieläin ja siimaeläimiä aktiivilietteessä, 400x suurennos (Manninen 2019)

Aktiivilieteprosessi

Aktiivilieteprosessissa erilaiset mikrobit puhdistavat jätevettä käyttämällä sen lika-aineita ravintonaan. Prosessin toiminnan kannalta tärkeässä osassa on myös näiden mikrobien kyky muodostavaa vettä painavampia flokkeja eli hiutalemaisia muodostelmia, joiden ansiosta muodostunut liete erottuu puhdistetusta vedestä jälkiselkeytyksessä. Aktiivilieteprosessi koostuu ilmastusaltaasta ja selkeytysaltaasta. Ilmastusaltaassa tapahtuu varsinainen puhdistusprosessi, jossa osa mikrobien ravinnokseen käyttämästä lika-aineksesta sitoutuu lietteen mikrobimassaan ja osa hajoaa hiilidioksidiksi ja vedeksi. Ilmastusaltaasta liete johdetaan selkeytykseen, jossa sen annetaan laskeutua painovoimaisesti altaan pohjalle. Puhdistunut vesi johdetaan ylivuotona pois prosessista. Osa laskeutuneesta lietteestä johdetaan takaisin ilmastusaltaaseen, jotta prosessin lietepitoisuus pysyy vakiona, ja osa poistetaan prosessista ylijäämälietteenä. (Hakala 1995; Karttunen 2004, 517 – 518.)

Aktiivilietteen mikrobilajistolla on tärkeä merkitys prosessin toimivuuden kannalta. Lietteeseen valikoituva mikrobilajisto määrittää muodostuvan flokin rakenteen ja sen myötä myös lietteen laskeutuvuuden selkeytyksessä. Laskeutuvuuden heikentyessä liete voi karata selkeytyksestä poistuvan veden mukana, jolloin ongelmia aiheuttavat vesistökuormituksen kasvu sekä prosessin lietemäärän lasku. (Hakala ym. 1998.)

Flokit koostuvat erilaisista bakteereista, joista tärkeimpiä ovat flokki- ja rihmamaiset bakteerit. Lisäksi flokit sisältävät erilaisia orgaanisia ja epäorgaanisia aineita sekä flokkibakteerien muodostamaa biopolymeeriä. Tämä biopolymeeri on flokkibakteerien vararavintoa, ja se sitoo flokin osasia yhteen. Flokkibakteerien lisäksi rihmamaiset bakteerit ovat tärkeitä flokinmuodostuksen kannalta, sillä ne tarjoavat flokille tukirangan, jonka ympärille muodostua. Kun flokki- ja rihmamaisten bakteerien määrät ovat tasapainossa keskenään, liete muodostaa tiiviitä, pysyviä ja hyvin laskeutuvia flokkeja. (Hakala ym. 1998; Hakala 1995; Koivuranta 2016.)

Kuva 2. Suctoria aktiivilietteessä, 400x suurennos (Manninen 2019)

Aktiivilietteen mikroskopointi

Jokaisella aktiivilietteen mikrobilla on omat vaatimuksensa kasvuympäristön olosuhteille. Tärkeimpiä mikrobien elämään vaikuttavia tekijöitä ovat pH, lämpötila, happipitoisuus, lieteikä ja tulevan jäteveden tarjoamat ravinteet. (Karttunen 2004, 169 – 171). Aktiivilieteprosessin olosuhteiden muutokset vaikuttavat suoraan lietteen mikrobilajistoon, jota voidaan havainnoida mikroskopoimalla. Säännöllisellä mikroskopoinnilla on mahdollista päästä kiinni prosessin häiriötilanteisiin jo ennen kuin ne vaikuttavat puhdistamon toimintaan. Jos häiriötilanne johtuu jonkin tietyn eliön liikakasvusta lietteessä, voidaan häiriötilanne poistaa muuttamalla prosessin olosuhteita sen kasvulle epäedullisiksi. (Manninen 2019.)

Huomioitavia asioita aktiivilietteestä ovat muun muassa flokin koko ja muoto, rihmamaisten bakteerien ja alkueläinten määrät sekä näiden muutokset. Flokin koosta ja muodosta voidaan päätellä lietteen laskeutuvuus selkeytyksessä. Veden pintajännitys hidastaa suurten ja repaleisten flokkien laskeutumista, ja vastaavasti liian pienet flokit eivät ole tarpeeksi raskaita laskeutuakseen. Parhaiten laskeutuvaksi on havaittu tasainen, tiivis, pallomainen flokki. Liian suuret flokit voivat johtua rihmamaisten bakteerien liiallisesta kasvusta, jolloin ne sitovat flokkeja yhteen suuriksi ja ilmaviksi muodostelmiksi. Liian pienet flokit taas voivat johtua rihmamaisten bakteerien vähäisestä määrästä tai flokkibakteerien muodostamien biopolymeerien puutteesta. (Hakala ym. 1998; Hakala 1995.)

Alkueläinten suhteen hyvinvoivaa lietettä indikoivat erilaiset ripsieläimet (kuva 1) sekä rotiferat, nematodat ja suctoriat (kuva 2). Häiriötilanteessa nämä alkueläimet katoavat lietteestä ensimmäisinä, sillä ne ovat hyvin herkkiä olosuhteiden heilahteluille. Siimaeläimet kilpailevat normaalisti samasta ravinnosta ripsieläinten kanssa, mutta ripsieläinten kasvun jostain syystä estyessä ne voivat päästä valloilleen lietteessä. Toinen häiriötilannetta indikoiva alkueläinryhmä on amebat, joiden määrä lietteessä saattaa lisääntyä esimerkiksi laitoksen kuormituksen muuttuessa äkillisesti. Alkueläimillä on oma tärkeä roolinsa aktiivilietteessä, sillä ne syövät lietteen irrallisia bakteereita pienentäen näin lähtevän veden kiintoainepitoisuutta. Lisäksi ne syövät bakteereita flokkien pinnalta, ja estävät näin flokkeja kasvamasta liian suuriksi. (Hakala 1995.)

Johtopäätökset

Aktiivilieteprosessin toiminta riippuu sen sisältämästä mikrobilajistosta, joka taas riippuu prosessin tarjoamista elinolosuhteista. Mikrobilajistoa ja sen muutoksia tarkkaillaan yllättävän vähän mikroskopoimalla, vaikka, kuten tehdyn opinnäytetyönkin aikana havaittiin, se on suhteellisen yksinkertainen ja nopea keino prosessin toiminnan havainnoimiseen. Bakteeri- ja alkueläinlajeja tunnistamalla ja niiden määriä tarkkailemalla voidaan tehdä päätelmiä prosessin olosuhteista ja tilasta, ja myös prosessin häiriötilanteet voidaan usein havaita lietteen eliöstön ja flokkirakenteen muutoksista. Tässä artikkelissa kuvattiin tärkeimpiä havaintoja, joita ympäristöinsinööri Taru Manninen teki opinnäytetyössään ”Mikroskopointi aktiivilieteprosessin toiminnan tarkkailussa”. Opinnäytetyössään Manninen (2019) selvitti mikroskopoinnin lisäksi myös prosessin ajoittaista vaahtoamista aiheuttavia tekijöitä sekä tapoja sen poistamiseen ja ehkäisyyn. Työ on erinomainen esimerkki kehittävästä tutkimuksesta, ja sen tuloksia tullaankin hyödyntämään Nokian uuden jätevesilaitoksen käyttötarkkailussa.

Lähteet

Hakala, I. 1995. Aktiivilietteen mikroskopointiopas. Turku: Turun vesilaitos.

Hakala, I., Myllymäki, J. & Saarinen, R. 1998. Rihmaopas. Turku: Lounais-Suomen vesiensuojeluyhdistys.

Karttunen, E. 2004. Vesihuolto II. Helsinki: Suomen rakennusinsinöörien liitto ry.

Koivuranta, E. 2016. Optical Monitoring of Flocks and Filaments in the Activated Sludge Process. Väitöskirja. University of Oulu, Faculty of Technology. Oulu. Acta Universitatis Ouluensis, C Technica 566.

Manninen, T. 2019. Mikroskopointi aktiivilieteprosessin toiminnan tarkkailussa. AMK-Opinnäytetyö. Lahden ammattikorkeakoulu, Tekniikan ala. Lahti. [viitattu 24.5.2019]. Saatavissa: http://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019052411724

Kirjoittajat

Taru Manninen, Energia- ja ympäristötekniikan insinööriopiskelija, joka on tehnyt opintojensa ohella töitä Nokian Veden puhdistamolla vuodesta 2018.

Pia Haapea, Energia- ja ympäristötekniikan opettaja Lahden ammattikorkeakoulussa, joka on tehnyt erilaisia vesitutkimuksia jo 1990-luvulla.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/en/photo/1454695 (CC0)

Julkaistu 31.5.2019

Viittausohje

Manninen, T. & Haapea, P. 2019. Aktiivilietteen mikroskopoinnilla puhtaampaa vettä. LAMK Pro. [Viitattu ja pvm]. Saatavissa: http://www.lamkpub.fi/2019/05/31/aktiivilietteen-mikroskopoinnilla-puhtaampaa-vetta/