„Élelmiszeripari zöld innovációs program megvalósítása”
EEA Grants Norway Grants Szerves trágya kezelés, hasznosítás Dr. Mézes Lili, Debreceni Egyetem, Víz- és Környezetgazdálkodási Intézet
University of Debrecen, Institute of Water and Environmental Management
21 Április 2016 HU09-0015-A1-2013
1
Bevezetés Mélyalmos tartástechnológiájú broiler csirkenevelés nagy mennyiségben (11.600 t/év) keletkezik baromfi almos trágya × trágya elő-kezelő és baromfi trágya tároló tér bővítése × ellenkező esetben a szükséges tartózkodási idő nem tartható 2016.05.18.
magas N-tartalom (karbamid tartalom)
× biogáz célú hasznosításra nem optimális × szántóföldi kihelyezése erősen korlátozott × sérülékeny vízbázisú, nitrát-érzékeny területek
HU09-0015-A1-2013
2
Átfogó célok és célkitűzések 1.
2.
A baromfi trágya túlzott ammónia-tartalmát és szaghatását csökkentő beruházás megvalósítása A baromfi trágya környezetbarát tárolása
Csökkentett ammónia tartalmú baromfi almos trágya
Ezen célokat intenzív előkezeléssel (gore-tex fólia) tervezzük megvalósítani biochar/zeolit alkalmazásával.
Előkezelt
trágya
Biogáz alapanyag
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
Talajjavító anyag
3
Munkaszakaszok 1. munkaszakasz: Az intenzív trágya előkezelési folyamat beállításához és a levegőminőség-védelmi célú beruházás hatékonyságának meghatározásához alapadatok biztosítása. 2. munkaszakasz: A gazdaságilag és technológiailag optimális adalékanyagarány meghatározása. 3. munkaszakasz: 1B.) A baromfi előkomposztáló és átmeneti trágyatároló terv szerinti megépítése 2B.) Monitoring kút megépítése és átadása 1K.) Az ammónia és egyéb gázok fixációjához optimális adalékanyag kombináció, kezelés meghatározása. 2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
4
Munkaszakaszok 4. munkaszakasz: 1B.) 1 db munkagép és 4 db 10 m3-es konténer beszerzése és használatának megkezdése 1K.) Szerves trágya intenzív előkezelésének vizsgálata üzemi körülmények között 2K.) A trágyatároló tér üzemeléséhez kapcsolódó vizsgálatok 3K.) Szervestrágya újrahasznosítás, monitoring 4K.) Szerves trágya újrahasznosíthatóságának vizsgálata biogáz célra és talajjavító anyagként. Optimális kijuttatandó mennyiségek megállapítása a kezelt szerves trágya és fermentlé esetén. 5K.) A beruházás levegőminőség-védelmi, energiaés költséghatékonysági mutatóinak meghatározása.
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
5
Anyag és módszer: Folyamatábra Baromfi istálló
Nyílt rendszerű üzemi trágya előkezelés
Nyílt rendszerű Zárt rendszerű Trágya előkezelési kísérlet Tenyészedényes Petri-csészés Csírateszt
Biogáz kísérlet: előkezelt baromfi trágya anaerob fermentálása
Anyag és módszer
Biochar/zeolit ammónia-megkötő képességének összehasonlító elemzése Zeolit: ZOOLIT UNIVERSAL takarmány-alapanyag, ásványi anyag. - Ásványos összetétel (minimum): Klonoptilolit 43%, Krisztobalit 10%, kvarc 10/%, Káliföldpát 9%, Montmorillonit 7%, Amorf SiO2 5%, Illit 3% - Szemcseméret: 0-2,5 mm - Nedvesség tartalom max. 13% (50°C-on szárítva 2h-t) - Aktív bio- és nyomelem-tartalom (nyomokban): Zn, Sn, Ti, B, Li, Co, Se, Ga. - Gyártó: Gyógyító ásványok Geoproduct Kft. Mád.
Biochar: VERORA: magas széntartalmú anyag, amely megfelel az Európai Biochar tanúsítványnak, prémium minőségű,
innovatív pirolitikus eljárás során keletkezett (Gyártási hely: Svájc, Edlibach). 2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
7
Anyag és módszer Vizsgált paraméterek a baromfi trágya előkezelése során: • nedvességtartalom (szárítószekrény, laboratóriumi mérleg) • szervesanyag-tartalom (izzító kemence) • szemcseméret (rázatóalap, szitasor) • hőmérséklet (PT 100 hőmérő) • pH érték, sótartalom, összes oldott anyag-tartalom (HANNA HI 2550 kombinált mérőműszer) • gázösszetétel (Oldham MX21 Plus hordozható gáz-analizátor) • elem-tartalom meghatározás (FPXRF NITON XL 700 röntgen fluoreszcenciás spektrometria elvén működő spektrofotométer és IPC-MS) • Nitrogén-tartalom (Khejdahl módszer) Baromfi trágya
Biochar
Zeolit
Szalma
Laboratóriumi vizsgálatok során használt eszközök Szitasor (Retsch) FPXRF NITON XL
700 spektrométer
HANNA HI 2550 mérőműszer
Rázatóalap (Edmund Böhler: KS15 A) Szárítószekrény
ICP-MS tömegspektrométer
Elementar VarioEL Un. Analyser: CNS
Terepi mérések: gáz-emisszió, hőmérséklet mérése a nyílt és zárt kísérletekben Nyílt rendszer
Zárt rendszer
Oldham MX21 Plus hordozható gázanalizátor
PT100 hőmérő
Hőmérséklet mérés
Gázemisszió mérés
HEXIUM PYROLATER-12 termokamera
Üzemi kísérlet
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
10
A termografikus felvételezés célja A kutatás során az elő-kezelt trágya felszínéről készítettünk termografikus felvételeket hőkamera segítségével. A felszíni hőmérséklet mérésének segítségével olyan folyamatokat értékelhetünk ki a komposztálás során, mint például: - a lebomlási folyamat hatékonysága, - a prizma homogenitása, - valamint a keletkező gázok - és vízpára keletkezési helye.
A HEXIUM PYROLATER-12 hőkamera
A képfeldolgozás lépései Megjelenítés IR Playerben
• Exportálás .csv fájlként • Makromodell alkalmazása • MS Excel formátum
Surfer Grid
• Exportálás binary text formátumként
IDRISI raszter
• Raszteres állományok meghatározott hőmérsékleti skála szerinti újraosztályozása • Area művelettel az egyes hőmérsékleti kategóriák eloszlásának meghatározása
Tenyészedényes csírateszt • Tesztnövény: kukorica, búza, napraforgó, (5, 10, 20 db mag) • Csírateszt: 10 nap, humuszos homok talajban, szobahőmérsékleten (20±2°C) • Műanyag cserépben 1 dm3 homok talaj • Bekeverési arány: 0, 1, 2, 5tf%
Alkalmazott vizsgálati módszerek: • Gyökér-, szárhosszúság mérése a 10. napon • Csírázási % számítása (10. napon): a kontroll kezelés %ában lett kifejezve • Értékelés a Németh-féle toxikológiai minősítés alapján • Vigour index kiszámítása
1 táblázat. Németh-féle toxikológiai kategorizálás (Németh, 1998) Gyökerek átlagos hossza a kontroll %-ában 0-5% 6-50% 51-90% 91-120% >120%
Minősítés igen mérgező mérgező kissé mérgező nem mérgező serkentő
Spektrális tulajdonságok, a levél pigment-tartalmának meghatározása 100
1
90
2
Reflektancia (%)
80 70
3
60
4
50
5
40
6
30
7
20
14
10
15
Az összes klorofill – és karotinoid tartalom meghatározáshoz friss növényi szövetminta szükséges Minták elroncsolása A minták centrifugálása A minták abszorbanciájának meghatározása (470, 644 és 663 nm-es hullámhosszokon)
400 426 452 479 505 531 557 583 609 634 660 686 711 737 762 787 812 837 862 887 912 937 961 986
0
16
Hullámhossz (nm)
17
Petri-csészés csírateszt • Tesztnövény: kukorica, búza, napraforgó • Bekeverési arány: 0, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100tf% • Csírateszt körülményei: 7 nap, 16 db Petricsésze, 10 db mag, állandó 20°C-os hőmérséklet inkubátorban
Alkalmazott vizsgálati módszerek: • Gyökér-, szárhosszúság mérése a 7. napon: összehasonlítottam a kezelt növények gyökér és szárhosszát a kontroll növényekével százalékos formában. • Csírázási % számítása • Értékelés a Németh-féle toxikológiai minősítés alapján • Vigour index kiszámítása A Vigour indexet a csírázási százalék (%) és a palánta hosszának (cm) szorzatából kapjuk meg (ABDUL-BAKI - ANDERSON, 1973).
Biodegradációs laboratórium: Biogáz kísérleti rendszer Biogáz tisztítása: gázmosó palackok,víztelenítő rendszer
Rozsdamentes acél fermentorok (6 liter) (keverés, fűtés, pH szabályozás) inkubátor szekrényekben Vezérlő panel Biogáz analizátorok
Biogáz áramlásmérő rendszer
Ciklikus szelepvezérlés
CH4 CO2 H2S NH3
Eredmények és azok értékelése Baromfi trágya előkezelése zeolittal (nyílt kísérlet) Szemcseméret (4. hét, Zeolit, Nyílt kísérlet) 94,6
pH érték változása
89,3 91,1 82,5
7,42
%
7,04
7,54
7,68 7,35
7,55
7,7 7,36
7,53
7,67
7,4
6,89
6,5 3,3 5,710,7 2,3 2,1 4,4 1,2 0,7 0,3 0,5 1,1 1,3 0,5 0,7 1,3 5 MM
2,0 MM
Kontroll
1,0 MM
1% zeolit
630 ΜM
2% zeolit
500 ΜM>
5% zeolit
Sza.%
Szárazanyag-tartalom (%) változása
45 48
53
60 39 42 36 39
0. NAP
Kontroll
46 44 42 47 43 42 47 44 41 41 41 45
1. HÉT
1% zeolit
2. HÉT
3. HÉT
2% zeolit
4. HÉT
5% zeolit
KONTROLL
1% ZEOLIT
2. hét
2% ZEOLIT
3.hét
4. hét
5% ZEOLIT
Baromfi trágya előkezelése zeolittal (nyílt kísérlet) • • • •
A baromfitrágya talajjavító anyagként kerül felhasználásra => lényeges a nitrogén-, foszfor,- illetve a kálium-tartalom (NPK). A kísérlet időtartama alatt (4 hét) a N-tartalom 20-25%-kal csökkent. A nitrogén-tartalom csökkenése és a szerves anyag feltáródása is intenzívebb volt nagyobb zeolit mennyiség esetén.
Ammónia-tartalom csökkenése (%)
Adalékanyag: Zeolit Ammónia-kibocsátás csökkenés mértéke (%) 30
NH3-emmisszió csökkenése a nyílt zeolitos kísérlet esetében
25
27,6
20 15 10
7,2
6,6
5 0
1% zeolit
2% zeolit
5% zeolit
Ammónia-tartalom csökkenése (%)
NH3-emmisszió csökkenése a zárt zeolitos kísérlet esetében 100 84
80
91,5
82,95
72,1
60 40 21,4 20 0 1% zeolit
2% zeolit
3% zeolit
5% zeolit
10% zeolit
Adalékanyag: Biochar Ammónia-kibocsátás csökkenés mértéke (%) Ammónia-tartalom csökkenése (%)
NH3-emmisszió csökkenése a nyílt biochar-os kísérlet esetében 35
31,1
30 25 20 15
11,7
10,5
10
5 0
1% biochar
5% biochar
2% biochar
Ammónia-tartalom csökkenése (%)
NH3-emmisszió csökkenése a zárt biochar-os kísérlet esetében 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
84,2
91,6
70,8 40,6 28,2
1% biochar
2% biochar
3% biochar
5% biochar
10% biochar
Üzemi trágya előkezelés kísérleti beállításai
Kísérleti beállítások Kontroll (0% Zeolit/biochar) 1% Zeolit/Biochar 2% Zeolit/Biochar 5% Zeolit/Biochar 2016.05.18.
Csirke trágya (kg) Biochar (kg) Összesen (kg) 3200 0 3200 32 3200 64 3200 160 HU09-0015-A1-2013
3200 3232 3264 3360 21
Biochar-ral előkezelt br. trágya minőségének elemzése Nedvesség-tartalom (%)
Hőmérséklet (belső) (°C)
60
65
55
60
50
55 50
45
45
40
40
35
35
30 0. hét
1. hét
2. hét
Kontroll (0% biochar)
3. hét
4. hét
1% Biochar
5. hét
6. hét
7. hét
2% Biochar
30 8. hét
5% Biochar
1. hét
2. hét
3. hét
Kontroll (0% biochar)
4. hét
5. hét
1% Biochar
6. hét
2% Biochar
7. hét
8. hét
5% Biochar
Vezetőképesség (mS/cm)
pH (H2O)
15
10,00 8,00
10
6,00 5
4,00
2,00
0
0,00
0.week 1. week 2. week 3. week 4. week 5. week 6. week 7. week 8. week 0.week 1. week 2. week 3. week 4. week 5. week 6. week 7. week 8. week
R² = 0,7811
Control
Biochar 1%
R² = 0,677
R² = 0,8821
Biochar 2%
Biochar 5%
R² = 0,846
Polinom. (Control)
Polinom. (Biochar 1%)
Polinom. (Biochar 2% )
Polinom. (Biochar 5%)
2016.05.18.
R² = 0,1576 R² = 0,3465
HU09-0015-A1-2013
Control
Biochar 1%
Biochar 2%
Biochar 5%
Polinom. (Control)
Polinom. (Biochar 1%)
Polinom. (Biochar 2% )
Polinom. (Biochar 5%)
22
R² = 0,1029 R² = 0,4664
Biochar-ral kezelt br. trágya tápanyag-tartalmának változása Magnézium-tartalom változása az előkezelt baromfi trágyában 1350
60000
mg/kg sza.
mg/kg sza.
Foszfor-tartalom változása az előkezelt baromfi trágyában
50000 40000 0. hét
1. hét
Kontroll
2. hét
3. hét
BIOCHAR 1%
4. hét
5. hét
BIOCHAR 2%
6. hét
7. hét
8. hét
1150 950 750 550
350 0. hét
BIOCHAR 5%
1. hét
2. hét
3. hét
4. hét
5. hét
6. hét
7. hét
8. hét
Kísérleti beállítások
Szervesanyag-tartalom változása az előkezelt baromfi trágyában
Kontroll
BIOCHAR 2%
BIOCHAR 5%
Nitrogén-tartalom változása az előkezelt baromfi trágyában
100 80
8
60
mg/kg sza.
%
BIOCHAR 1%
40 20 0 Kontroll
1% biochar
2% biochar
5% biochar
6 4 2 0 Kontroll
1% biochar
2% biochar
Kísérleti beállítások 1. hét
2016.05.18.
4. hét
5. hét
6. hét
HU09-0015-A1-2013
Kísérleti beállítások 1. hét
4. hét
5. hét
23
6. hét
5% biochar
Biochar-ral előkezelt br. trágya: Keletkezett gáz összetétele CO2 (tf%)
Ammónia (ppm)
7
1400
6
1200
5
tf%
ppm
1000 800 600
4 3 2
400
1
200
0
0
1. hét
2. hét
3. hét
4. hét
5. hét
6. hét
7. hét
8. hét
1. hét 2. hét 3. hét 4. hét 5. hét 6. hét 7. hét 8. hét Kontroll (0% biochar) Kontroll (0% biochar)
1% Biochar
2% Biochar
1% Biochar
5% Biochar
H2S (ppm) 5
ppm
4 3 2 1 0 1. hét
2. hét
3. hét
Kontroll (0% biochar)
2016.05.18.
4. hét 1% Biochar
5. hét
6. hét
2% Biochar
7. hét
8. hét
5% Biochar
HU09-0015-A1-2013
24
2% Biochar
5% Biochar
20-20,5
19,5-20
19-19,5
18,5-19
18-18,5
17,5-18
17-17,5
16,5-17
16-16,5
15,5-16
15-15,5
14,5-15
14-14,5
13,5-14
13-13,5
12,5-13
Százalékos érték 20%
15%
10%
5%
0%
Százalékos érték
Hőmérsékleti érték
2 % kezelés 5. hét
25%
Hőmérsékleti érték
5% kezelés 5. hét
18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%
Hőmérsékleti érték Hőmérsékleti érték
21-21,5
20,5-21
20-20,5
19,5-20
19-19,5
18,5-19
18-18,5
17,5-18
17-17,5
16,5-17
16-16,5
15,5-16
15-15,5
Kontroll kezelés 5. hét
14,5-15
0%
14-14,5
5%
13,5-14
20%
13-13,5
10%
Százalékos érték
15%
12,5-13
18,5-19
18-18,5
17,5-18
17-17,5
16,5-17
16-16,5
15,5-16
15-15,5
14,5-15
14-14,5
13,5-14
13-13,5
12,5-13
12-12,5
11,5-12
11-11,5
Százalékos érték
Termografikus felmérés eredményei az 5. héten 1 % kezelés 5.hét
30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%
Csíratesztek eredményei
Zeolittal előkezelt trágya: Nyílt kísérlet • •
Az adatok (N=655) normális eloszlást mutattak. 5 csoport különült el. Németh-féle minősítési rendszerrel összehasonlítva hasonló eredményeket mutattak az adatok.
Zeolit Szár átlaga Gyökér átlaga Palánt nyílt és szórása és szórása a Kontroll 14,39±1,41 15,65±15,65 30
20
Vigour index 3004,0DE
Csírázási % 100
db
Kk 1%
14,81±3,37
14,48±3,05
29,3
19,3
2830,8CDE
96,6
Kk 2%
13,21±3,88
11,03±3,16
24,2
19,7
2383,5B
98,3
Kk 5% 4,69±2,01 1% 1% 15,17±2,83
2,47±2,05 14,71±3,22
7,2 29,9
17,3 19,3
620,4A 2887,8CDE
86,6 96,6
1% 2% 14,39±3,09
12,8±3,34
27,2
19,0
2582,9BC
95,0
1% 5% 2% 1%
6,06±2,97 16,23±2,1
5,49±3,74 14,12±3,59
11,5 30,3
20,0 19,3
1155,2A 2933,6DE
100 96,6
2% 2% 12,89±4,33
7,83±3,63
20,7
19,7
2038,0BC
98,3
2% 5%
5,11±2,57
12,6±5,17
17,7
19,7
1741,5A
98,3
5% 1%
15,75±4,7
14±3,64
29,75
19,7
2925,7E
98,3
5% 2% 13,99±4,27
9,2±3,27
23,2
19,7
2280,3BCD
98,3
12,25±3,78
19,6
18,0
1765,2A
90,0
5% 5%
7,36±2,49
Minősítés Kontroll nem mérgező kissé mérgező mérgező nem mérgező kissé mérgező mérgező nem mérgező mérgező kissé mérgező nem mérgező kissé mérgező kissé mérgező
Kontroll
1% talajba keverés
2% talajba keverés
5% talajba keverés
Biocharral előkezelt baromfitrágya csurgaléklevének hatása (8. hét) • •
Az adatok (N=111) normális eloszlást mutattak. 6 csoport különült el. Németh-féle minősítési rendszer alapján minden kezelés serketőnek bizonyult. 8. hét
Szár átlaga és szórása
Gyökér átlaga és szórása
Palánta
db
Kontroll 1% 2% 5% 10% 20% 50% 100%
1,2±1,0 4,0±3,9 3,6±2,5 5,6±4,1 4,8±3,3 3,8±2,5 1,8±1,2 1,7±1,0
4,8±3,0 9,4±7,1 11,3±5,7 10,8±4,2 18,3±5,4 11,3±5,3 7,8±3,9 5,9±3,1
6,0 13,4 14,8 16,3 23,0 15,0 9,5 7,5
7,5 6,0 8,0 7,5 7,0 6,5 6,5 7,5
100%
50%
20%
10%
5%
Vigour index Csírázási % 597,5A 1343,1ABC 1988,1CD 2049,5CD 2697,2D 1634,6BC 1037,9AB 946,7AB
2%
100,0 100,4 133,9 125,5 117,2 108,8 108,8 125,5
1%
Minősítés Kontroll serkentő serkentő serkentő serkentő serkentő serkentő serkentő
K
Csíratesztek eredményeinek összefoglalása Tenyészedényes csírateszt • Toxikusságot és tápelem zavart a homoktalajba történő bekeverés aránya határozta meg, nem pedig a baromfitrágya adalékanyaggal való előkezelése • Zeolit és biochar hatása között nem volt különbség • 5%-os (egyes esetekben 2%-os) baromfitrágya talajba adagolásánál könnyebben szakadtak a gyökerek, levélelhalás, tápelem zavarra utaló jelek • Tápelem zavar okai: - Réz hiány - Ammónia toxicitás – Éretlen előkezelt baromfitrágya
Petri-csészés csírateszt • Biochar: kedvezőbb eredmények, mint zeolit esetében.
Klorofill (a+b) µg/g és karotinoid µg/g meghatározás Klorofill (a+b) μg/g = (20,2 x A644+ 8,02 x A663) x V/w, •
ahol: V = a szövetkivonat térfogatát (ml), w = a szövet friss tömegét (g), míg A = abszorbanciát (az adott hullámhosszon a vakkal szemben mért fényelnyelést) jelenti.
Klorofill A+B friss tömeg 9500 7500
5500 3500 1500
Karotinoid μg/g 2 1,5
•
Karotinoid μg/g = (1000*A470nm-3.27 (12.21*A663nm-2.81*A640nm)104*(20.130*A644nm5.030*A663nm))/229
1 0,5 0
Nedves biomassza tömeg, Karotinoid és Klorofill (a+b) 14
8000
12
7000 6000
10
5000 8 4000 6 3000 4
2000
2
1000
0
0
Nedves biomassza tömeg (g)
Karotinoid
Klorofill a+b
Beruházás 1: Monitoring kutak létesítése és üzemeltetése
Beruházás 2: Nyírvasvári baromfi almos trágya tároló és csurgalékvíz-gyűjtő építése és üzemeltetése
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
34
Beruházás 3: Baromfi almos trágya tároló és csurgalékvíz-gyűjtő építése és üzemeltetése (Nyírbátor külterület, 0369/6 hrsz.)
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
35
Beruházás 4. üteme 4 db 10 m3-es konténer és 1 db John Deere erőgép került beszerzésre. Komposztforgatóval már rendelkezik a cég. 1. Backhus 1630 komposztforgató berendezés: • A berendezés alkalmas komposztprizmák, nedvesebb szerves hulladék-anyagok átforgatására, levegőztetésére. Nem beépített berendezés, kezelése egyszerű.
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
36
2. 4 db 10 m3-es konténer: Anyagminőség: 1.43.01. A konténer 5 mm aljlemezzel és 3 mm-es oldallemezzel készül. 100x50x4 mm-es U profil merevítéssel. 3. 1 db John Deere 6190R típusú traktor: Műszaki jellemzők: Motor: John Deere PowerTech PVX, 6,8 l.; Hengerűrtartalom (ccm) / hengerek száma: 6788 / 6; Névleges teljesítmény (97/68 EC): 190 LE; IPM maximális teljesítmény (97/68 EC): 220 LE; Önsúly: 7375 kg 2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
37
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
http://eletszepitok.hu/a-komposztalas-alapjai-mit-es-hogyan/#prettyPhoto/0/
