Life cycle assessment of a wastewater treatment and a sludge handling process - Current state and future scenarios

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorKuokkanen, Anna
dc.contributor.advisorLaurell, Panu
dc.contributor.authorMölsä, Kiia
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorMikola, Anna
dc.date.accessioned2020-01-26T18:05:00Z
dc.date.available2020-01-26T18:05:00Z
dc.date.issued2020-01-20
dc.description.abstractWastewater treatment protects the environment by reducing the sewage nutrient load in natural waters. However, it also harms the environment by producing emissions and consuming vast amount of resources in for example the production of energy and process chemicals. Life cycle assessment (LCA) is a standardized method for quantifying these environmental impacts. It can be conducted to relate process components with relevant environmental impacts and compare alternatives in order to steer decision-making. A comprehensive LCA was conducted for the current processes of Viikinmäki wastewater treatment plant and Metsäpirtti composting facility responsible for the further processing of sludge. The study also covered possible future scenarios of Viikinmäki wastewater treatment process. Additionally, a separate carbon footprint calculation was conducted using an Excel-based tool and compared with the full LCA global warming potential results. The goal of this study was to estimate the most important environmental impacts from Viikinmäki and Metsäpirtti processes, identify the factors causing them and assess how the future scenarios would affect the result. In an LCA, environmental impacts are calculated for different impact categories. The relevance of these categories was compared using normalization by calculating the share of each category result out of the EU total impact. The categories with the highest shares were considered the most relevant when interpreting the results. According to the normalized results, the most significant potential environmental impacts caused by Viikinmäki and Metsäpirtti processes were eutrophication, global warming, and depletion of fossil fuels. The factors contributing most to these potential impacts were nitrogen load in effluent, direct nitrous oxide emissions, production of methanol for wastewater treatment, and production of peat for composting. In possible future scenarios, environmental impact was increased substantially by activated carbon production for micropollutant removal and also moderately by changing the precipitation chemical from a byproduct-based to non-byproduct-based ferrous sulphate. However, replacing methanol produced from fossil fuels with a bio-based carbon source decreased the consumption of fossil fuels and therefore reduced the total environmental impact. The results showed that by optimizing operational conditions and replacing peat and methanol with other alternatives, the environmental impact of the wastewater treatment and sludge handling processes could be decreased remarkably. Sensitivity analyses conducted indicated good reliability of the results.en
dc.description.abstractJätevedenpuhdistus suojelee ympäristöä vähentämällä luonnonvesiin päätyvää ravinnekuormaa. Se kuitenkin myös kuormittaa ympäristöä aiheuttamalla päästöjä sekä kuluttamalla merkittäviä määriä luonnonvaroja esimerkiksi prosessissa käytettävän energian ja kemikaalien tuotantoon. Elinkaarianalyysi (engl. life cycle assessment, LCA) on ympäristövaikutusten määrittämiseen tarkoitettu standardoitu menetelmä. Sen avulla voidaan yhdistää prosessin osia tärkeimpiin ympäristövaikutuksiin ja vertailla vaihtoehtoja ja siten hyödyntää sitä päätöksenteon tukena. Tässä työssä jätevedenpuhdistusprosessille Viikinmäen puhdistamolla sekä lietteen jatkojalostusprosessille Metsäpirtin kompostointikentällä suoritettiin kattava elinkaarianalyysi. Tutkimukseen sisällytettiin myös Viikinmäen prosessin mahdollisia tulevaisuuden muutoksia. Täysimuotoisen elinkaarianalyysin lisäksi prosesseille laskettiin erillinen hiilijalanjälki, jota verrattiin elinkaarianalyysin ilmastonmuutospotentiaalin tuloksiin. Työn tavoitteena oli arvioida, mitkä ovat tärkeimmät Viikinmäen ja Metsäpirtin prosessien aiheuttamat ympäristövaikutukset, mistä tekijöistä ne johtuvat ja miten tulevaisuuden prosessimuutokset vaikuttaisivat tuloksiin. Elinkaarianalyysissa ympäristövaikutuksia lasketaan useille eri vaikutuskategorioille. Kategorioiden merkittävyyttä toisiinsa nähden vertailtiin normalisoinnin avulla, eli laskemalla kunkin kategorian tuloksen suhteellinen osuus EU:n kokonaistuloksista. Kriittisimmiksi kategorioiksi arvioitiin ne, joiden osuudet EU:n kokonaistuloksista olivat suurimmat. Normalisoitujen tulosten perusteella merkittävimmät ympäristövaikutukset Viikinmäen ja Metsäpirtin prosesseista olivat fossiilisten polttoaineiden loppumisen, rehevöitymisen ja ilmastonmuutoksen edistäminen. Näiden kategorioiden vaikutusta nostivat erityisesti puhdistetun veden typpikuorma, suorat typpioksiduulipäästöt, metanolin tuotanto jätevedenpuhdistusta varten ja turpeen tuotanto lietteen jalostusta varten. Mahdollisista tulevaisuuden muutoksista haitta-aineiden poistoon käytettävän aktiivihiilen tuotanto nosti jätevedenpuhdistuksen ympäristövaikutusta merkittävästi ja saostuskemikaalin vaihto sivutuotepohjaisesta ferrosulfaatista ei-sivutuotteesta valmistettuun ferrosulfaattiin kohtalaisesti. Kuitenkin fossiilisista polttoaineista tuotetun metanolin vaihto biopohjaiseen hiililähteeseen vähensi fossiilisten polttoaineiden käyttöä ja pienensi siten jätevedenpuhdistusprosessin koko ympäristövaikutusta. Tulosten mukaan Viikinmäen ja Metsäpirtin prosessien aiheuttamia ympäristövaikutuksia voitaisiin merkittävästi pienentää optimoimalla prosessiolosuhteita ja korvaamalla turve ja metanoli muilla vaihtoehdoilla. Herkkyystarkastelun perusteella tulokset olivat luotettavia.fi
dc.format.extent80 + 20
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/42720
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-202001261830
dc.language.isoenen
dc.programmeMaster's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)fi
dc.programme.majorfi
dc.programme.mcodefi
dc.subject.keywordLCAen
dc.subject.keywordenvironmental impacten
dc.subject.keywordwastewater treatmenten
dc.subject.keywordsludge processingen
dc.subject.keywordGaBien
dc.titleLife cycle assessment of a wastewater treatment and a sludge handling process - Current state and future scenariosen
dc.titleJätevedenpuhdistus- ja lietteenkäsittelyprosessien elinkaarianalyysi – Nykytila ja tulevaisuuden skenaariotfi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöfi
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
local.aalto.electroniconlyyes
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Mölsä_Kiia_2020.pdf
Size:
1.66 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
Collections
[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG