Simulointi tarjoaa tietoa jäteveden kiertotaloudesta

LUT-yliopiston EAKR-rahoitteisessa SairilaSim-hankkeessa kehitetään simulointimallia, jolla voidaan tarkastella kiertotalouden monimutkaista järjestelmää, kuten vesihuollon kiertotaloutta.

– Kiertotalous on monen toimijan järjestelmä, johon jokaisen toimijan päätökset vaikuttavat. Jos esimerkiksi biokaasulaitoksen tai vesilaitoksen toimintaan tulee häiriö, kaikkien siihen sidoksissa olevien yksiköiden toiminnot sekä materiaalien ja energiavirtojen kulku häiriintyvät, kuvailee SairilaSim-hankkeen projektipäällikkö, tutkijatohtori Mika Aalto LUT-yliopistosta. 

Hankkeessa kehitettävän digitaalisen simulointimallin avulla voidaan tutkia turvallisessa ympäristössä, mitä kiertotalouden järjestelmässä tapahtuu, ilman että vaikutetaan todelliseen järjestelmään.

– Malli havainnollistaa materiaalivirtojen kulkuja visuaalisesti, mikä tarjoaa järjestelmän toiminnasta realistisen kuvauksen, Aalto sanoo.

Täydellinen ekosysteemi 

SairilaSim-hankkeessa simulointimallin mahdollisuuksia ja käyttöä testataan Mikkelissä sijaitsevassa EcoSairilassa. EcoSairila on kiertotalouden kehittämisalusta, joka yhdistää yhteiskunnan materiaalikiertojen hyödyntämisen ja vedenkäsittelyteknologiat. 

– Simulointimallin kehitys vaatii tarkkaa tietoa järjestelmästä. EcoSairila ja siellä toimiva Blue Economy Mikkeli -osaamiskeskus tarjoavat täydellisen ekosysteemin mallin kehittämiseen, koska saamme sieltä tarkkaa käytännön tietoa järjestelmän toiminnasta, Aalto toteaa. 

Vesihuollon kiertotalous on pitkä ketju, joka alkaa siitä, että jätevesi tulee puhdistamoon ja päättyy siihen, että puhdistettu vesi palaa Saimaaseen tai vielä puhtaampana esimerkiksi teollisuuskäyttöön. 

– Mikkelin puhdistamossa esimerkiksi otetaan lämpö talteen ja erotellaan siitä biokaasulaitoksen käyttöön liete, josta saadaan vielä kaasun lisäksi mädätettä maanparannusaineeksi tai lannoitteeksi. Kun tämä kiertotalouden ketju muutetaan biteiksi eli tehdään siitä digitaalinen malli, ketjua voidaan seurata, hallita ja optimoida paremmin, kertoo BEM-osaamiskeskuksen koordinaattori Juha Kauppinen.

Malli auttaa varautumaan myös häiriötilanteisiin

SairilaSim-hankkeen simulointimallin avulla voidaan esimerkiksi tarkastella vesilaitoksen operointia ja löytää mahdollisuuksia sen energiatehokkaampaa toimintaan. Sen avulla voidaan myös esitellä vedenkäsittelyn kiertotaloutta sidosryhmille ja yleisölle. Lisäksi voidaan tehdä skenaarioanalyysejä esimerkiksi häiriötilanteiden tarkastelua ja niihin varautumista varten.

– Kun erilaisista kiertotalousjärjestelmän paikoista ja tilanteista on kerätty paljon dataa, mallin avulla voidaan huomioida myös poikkeamia, Kauppinen kertoo.

Kauppinen nostaa ajankohtaiseksi esimerkiksi häiriötilanteesta Helsingissä marraskuussa tapahtuneen putkirikkojen sarjan. Tuolloin iäkkään putken rikkoutuminen muutti putkiverkostossa niin virtaussuhteita kuin painetilannetta, mikä sai aikaan useamman putken rikkoutumisen. Verkoston eri kohdista saatu mittaustieto ilmeisesti auttoi kuitenkin estämään laajempien vahinkojen syntymisen.

Uniikki testiympäristö

Blue Economy Mikkeli eli BEM-osaamiskeskus on erityisesti vesihuollon kiertotalouteen keskittyvä kansainvälinen osaamiskeskus, joka tarjoaa palveluita yrityksille ja yhteistyökumppaneille. Keskeinen palvelu on testaus- ja pilotointiympäristö, johon yritykset voivat tuoda omia laitteitaan ja ratkaisujaan. 

– Testiympäristö on ainutlaatuinen, koska se rakennetaan suoraan täysimittaisen jätevedenpuhdistamon yhteyteen. Voimme siis tarjota paljon laboratorioita isomman koeympäristön, jossa virtaa vettä peräti 50-100 kuutiota vuorokaudessa, Kauppinen sanoo.

BEM-osaamiskeskuksen tärkeitä kumppaneita ovat muun muassa Operon Group ja Mipro, joka on automaation ja tietoalustan rakentamisen asiantuntija.

Käyttäjäpuolella osaamiskeskuksen palveluita käyttää esimerkiksi japanilainen AWA Paper & Technological Company, joka kehittää ja valmistaa muun muassa suodatinkalvoja vedenpuhdistukseen. 

– AWA Paper aloittaa kalvoteknologian testauksen EcoSairilassa. Mittausdata siirtyy Japaniin, jossa he voivat käyttää sitä omassa tuotekehityksessään, Kauppinen kertoo.

Osaamiskeskus  hyödyntää vahvasti LUT-yliopiston kehittämän simulointimallin tarjoamaa tietoa.