A biogáztrágya mint fermentációs maradék és teljes értékű talajerő pótló anyag
Készítette: Kovács Zsolt - okl. környezetkutató
2013. október
Anaerob erjesztés:
A lényegében metánból álló biogáz a szerves anyagok anaerob lebomlásának terméke. Szerves anyag alatt itt olyan növényi vagy állati eredetű anyagok értendők, amelyek szerves szenet tartalmaznak. Biogázüzemek esetében klasszikus nyersanyagnak számít mezőgazdasági melléktermék. A szarvasmarha testében lejátszódó folyamattal szemléltetve, a megkezdődött emésztési folyamat nem ér véget, amikor például a tehén kiüríti az ürüléket. A lebomlás egészen addig a pontig folytatódik, amikor már csak önálló atomok vagy egészen egyszerű molekulák (széndioxid, víz stb.) vannak jelen. Ezekből a zöld növények, az úgynevezett elsődleges termelők közvetlenül új növényi masszát, és ez által, közvetve vagy közvetlenül, táplálékot tudnak létrehozni saját maguk vagy mások részére. A lebomlás egy része lehet állati ürülék vagy közvetlenül újranövő nyersanyagok anaerob lebomlása.
Fermentlé feldolgozásának lehetőségei:
A fermentációs folyamat végterméke a biogáztrágya. A 6-12% -os szárazanyag tartalmú szubsztrát összetétellel működő nedves fermentáció folyamatában a szerves szárazanyag tartalom 60-80%. Az ebből keletkező fermentációs végtermék, 3-6%-os szárazanyag és 40-60%-os szerves szárazanyag tartalmú biogáztrágya. Megállapítható, hogy az anaerob fermentáción átesett input, azaz belépő anyagok érzékszervi, fizikai, mikrobiológiai és agrokémiai tulajdonságai átalakulnak. Gyakran a biogázüzemek receptúrája eltérő a helyi sajátosságok, fermentor kapacitások, technológiák, hozzáférhető tápanyagok, stb. okán. Gyakorlati tapasztalatok alapján általánosságban elmondható a biogáz trágyáról, hogy az állati hígtrágyát és silózott energia növényeket hasznosító üzemeknél az alábbi (tápanyagtartalom biogázüzemenként változó a felhasznált alapanyagoktól függően):
Sertés hígtrágya Szarvasmarha hígtrágya
5
Össz. N (kg/t) 4,8
7
3,9
2,4
61
1,1
2,7
Biogáztrágya
4
4,9
4
81
1,5
3
Szárazanyag %
NH4-N (kg/t) 2,6
NH4-N (%) 74
P (kg/t)
K (kg/t)
1,8
2,3
NITROGÉN
A nitrogén tartalom a biogáztágyában szerves és szervetlen formában is megtalálható, amiből a tudomány jelen állása szerint következtethető, hogy a fermentáció folyamán emelkedik az agrokémiailag értékes növények által azonnal hasznosítható ammóniumnitrogén (NH4+-N) a teljes nitrogén mennyiségből.
A fermentációból visszamaradt anyag, vagyis a biogáztrágya mezőgazdasági felhasználásának előnyei: Értékes nitrogén tartalom, javítja a trágya felvehető N-tartalmát nem savas, nem okoz talaj elsavanyítást Kiegyensúlyozott P é K arány megléte és felvehető forma Homogenizált végtermék A keletkező trágyában csökken a gyommagvak csírázóképessége Környezetvédelem szempontjából előnyös, mivel az anaerob fermentáció folyamán az egyik legerősebb üvegházgáz (CH4) felhasználásra került szaghatás csökkentése az istállótrágyához, hígtrágyához képest Két fő ok a biogáztágya magasabb trágya értékre: A fermentáció folyamán emelkedik az agrokémiailag értékes növények által azonnal hasznosítható ammónium-nitrogén (NH4+-N) a teljes nitrogén mennyiségből Az anaerob erjesztés során nő a fermentum anyag pH értéke. A magasabb pH érték a tárolás és a kijuttatás során növeli az NH4 elillanását, tehát az NH4 veszteség magasabb, mint a nyers trágyában. Nitrogénvesztesége kb.1,5%, szemben a komposzt 20-30%-os veszteségével Dániában őszi búzán végzett vizsgálat alapján:
Elméleti példa trágyázási terv nitrogén (N) utánpótlásra, füves területre: 1 hektár füves területre N-igény (kg) Szerves trágyával kijuttatható N (kg) N-hasznosítása (%) N-hasznosítása (kg) Műtrágya kiegészítés (kg)
Szarvasmarha hígtrágya 250 170
Biogáztrágya 250 170
43 73 177
80 136 114
Szeparációs technológia alkalmazásávál két különálló fázisú anyagot nyerünk. Egy szilárd fázis és egy híg fázist, melyek eltérő fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek.
Szilárd fázis: Magasabb szárazanyag tartalom és ezáltal magasabb szerves szárazanyag tartalom Magasabb arányú nitrogén szerves formában (növények számára lassabban felvehető) Magasabb C/N arány (≥10:1)
Híg fázis: Alacsony szárazanyag tartalom Magas oldott ásványi anyag tartalom (N, P, K) Gyorsan felvehető nitrogén tartalom
Tömegarány híg szilárd fázis fázis 10 90
N% szilárd fázis 10
P% híg fázis 90
szilárd fázis
híg fázis
16
84
K% szilárd híg fázis fázis 20 80
Az anaerob mezofil fermentáció során alkalmazott 38-40 Co hőmérséklet és a 60-90 nap tartózkodási idő a folyamatba bekerülő gyommagvak csírázóképességét megszűnteti. Biogáz reaktorból izolált mikroorganizmusok osztályozása: Domén Archaea
Törzs
Osztály
Rend
Nemzetség
Euryarchaeota
Methanomicrobia
Methanomicrobiales
Methanoculleus
Actinobacteria
Actinobacteria
Actinomycetales
Tetrasphaera
Bacteroidetes
Bacteroidales
Bacilli
Lactobacillales
Bacteroidetes
Proteiniphilum Petrimonas Acetivibrio Clostridium Anaerovorax
Clostridiales Bacteria
Firmicutes
Clostridia
Pelotomaculum Sedimentibacter Anaerobaculum Syntrophomonas
Thermoanaerobacteriales Mollicutes
Tepidanaerobacter Thermacetogenium
Acholeplasmatales
Acholeplasma
Entomoplasmatales
Spiroplasma
Spirochaetes
Spirochaetes
Spirochaetales
Treponema
Thermotogae
Thermotogae
Thermotogales
Petrotoga
Egyes kutatások kimutatták, hogy előnyös kombináció a különböző baktériumokat tartalmazó, (pl.: Azoter, Phylazonit) baktérium készítmények együttes aplikációja a biogáztrágyával. Kísérletek alapján kimutatható volt a fokozott vegetatív baktériumformák elszaporodása a talajban, összevetve más trágyákkal (szarvasmarha almostrágya, sertés hígtrágya, műtrágya), miközben a mikroszkópikus gomba populációk csökkentek az Azotobacter chroococcum-nak köszönhetően, melynek antagonista hatása van a káros mikroszkopikus gombák szaporodására. A biogáztrágya stimulálja a talajlakó baktériumok szaporodását. Ez a hatás fokozható mesterségesen hozzáadott baktériumtrágyával.
A biogáztrágya stabil szervesanyag tartalmú szilárd fázisa kombinálva baktériumtrágyával mindenekelőtt, lassan lebomló anyag környezetével nagyon jól alkalmazható a nehéz talajok javítására és agrokémiai tulajdonságainak pozitív irányba alakítására. Az anyagok kölcsönös hasznosítása nem csak a nehéz talajok mikrobiológai tulajdonságait javítja, de beállít egy jobb levegő háztarást is és ezáltal egyértelműen pozitív hatást gyakorol a talaj termőképességére. A biogáztrágya tulajdonképpen egy szerves trágya, de tulajdonságait tekintve jobban hasonlít a kombinált mikroelem tartalmú műtrágyák tulajdonságaihoz. A biogáztrágya előnye, hogy nagy mennyiségben tartalmaz a növények számára gyorsan felvehető formában lévő nitrogént, viszont egyik hátránya az alacsony könnyen lebontható elsődleges szervesanyag tartalom, mivel ezek az anyagok az anaerob lebomlás során nagyrészt hasznosultak. A biogáztrágya kitűnő starterként hasznosítható a különböző baktériumtrágyákhoz. Együttes használatuk felgyorsítja mindkét anyag jótékony, talajjavító tulajdonságát és a talajjavító baktériumok szaporodását.
Előnyei a szerves trágyával (almostrágya) szemben: A szerves trágyában lévő szármaradványok lebontása erősen nitrogénigényes folyamat. A trágyában lévő nitrogén elvonásával gyengül a szerves trágya hatékonysága. Ezzel ellentétben az anaerob fermentáció során a szármaradványok lebomlása megkezdődik, de a cellulóz teljes lebomlásához hosszú retenciós, tartózkodási időre lenne szükség, ami gazdasági szempontból nem előnyös a biogázüzemek számára, így a kierjedt biogáztrágyában visszamaradt cellulóztartalmú nyersanyag előkezelt, felnyitott állapotban kerül a termőföldbe. Magasabb makro- és mikro-elemösszetétel. Nitrogén gyorsan felvehető formájának növekedése az alapanyagban a fermentáció során.
Előnyei a szervetlen műtrágyával szemben: A fermentációs folyamaton átesett anyag még tartalmaz szerves anyagokat, főként magas cellulóztartalmú szármaradványokat, melyeknek az anaerob fermentáció egyfajta előkezelése és így a talaj szerves anyag utánpótlását is elősegíti és stimulálja a talajlakó baktériumok szaporodását.
Összefoglalás:
A fermentációba bekerülő alapanyagok szárazanyag tartalmának, kb. 50%-a CH4 és CO2 alakul, az NH4 összetétele kb. 20%-kal magasabb mint a marha istállótrágyáé. Az anaerob erjesztés során nő a fermentum anyag pH értéke. A magasabb pH érték a tárolás és a kijuttatás során növeli az NH4 elillanását, tehát az NH4 veszteség magasabb, mint a nyers trágyában. Kisebb a szerves nitrogén tartalma, ezért kisebb a nitrogén kimosódás veszélye is. A nitrogén jobban hozzáférhető a növények részére. Magas a kijuttatás utáni első éves hasznosítás aránya. Leginkább a rövid, de intenzív nitrogén felvétellel rendelkező növények termesztéséhez ajánlott (pl. tavaszi árpa, őszi búza, árpa, rozs és repce) Csökken az ÜHG kibocsátás (CH4, N2O, CO2),(kb.20-30%) Javul a növények egészségi állapota, kisebb a növények „perzselő” hatása, illetve nincs fititoxikus hatása. Csökken a műtrágya használat, jelentős költségcsökkentő rendelkezik, viszont magasabb a traktorüzemelési óraszám.
hatással
Környezetvédelem, kevesebb N műtrágyára van szükség, csökken a N kimosódás (eutrofizáció), + kellemetlen szaghatás, Javul az alapanyagok higiéniai állapota, a femetációnak, vagyis az erjesztésnek mikrobiológiai tisztító hatása van. (feltételek: az erjesztés hossza, hőfoka (mezofil vagy termofil), A fizikai és kémiai feltételektől, javul a talaj fizikai-kémiai tulajdonsága, a talajlégzés és a nitrogén mineralizációja, Fajlagos tápanyagtartalma kb. kétszerese a jó minőségű istállótrágyának, Nitrogénvesztesége kb.1,5%, szemben a komposzt 20-30%-os veszteségével, Csökken a gyommagvak száma (Clostridium sp) (pl. 100 kg trágyában kb.11.000 gyommag található, Stimulálja a talajlakó baktériumok szaporodását
