Substraty i zagospodarowanie nawozowe pofermentu

Transkrypt

Substraty i zagospodarowanie
nawozowe pofermentu
Dr inż. Magdalena Szymańska
Wydział Rolnictwa i Biologii, SGGW w Warszawie
Katedra Nauk o Środowisku Glebowym
Zakład Chemii Rolniczej
2
Substraty dla biogazowni
3
Biomasa – substrat do produkcji
biogazu
Sucha masa organiczna
C(H2O)n → nCO2 + nCH4 → energia
Składniki mineralne P, K, Ca, Mg itp
SUBSTRATY
Nawozy
naturalne
Biomasa
roślinna
Odpady
przemysłu
rolnospożywczego
5
Kryteria doboru monosubstratów i kosubstratów
•
Dostępność w danym gospodarstwie
•
Zawartość suchej masy: do 15% sm (8-12%)
Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe
Kryterium - wilgotność
gnojowica świńska
smo
5,6
%sm
7
2:1
%wody
93
gnojowica + kiszonka z kukurydzy
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
smo
12,7
%sm
kiszonka z kukurydzy
14,7
%wody
85,3
0
smo
10
20
30
40
50
60
70
80
90
27
%sm
30
%wody
70
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Kryteria doboru monosubstratów i kosubstratów
Substancje pokarmowe:
•
•
•
C:N
10 : 1 – 25 : 1
N:P:S
7:1:1
C:N:P:S
600 : 15 : 5 : 1
Związki i jony hamujące metonogenezę:
•
tlen, NO3-, SO4-2
•
NH3
•
Na+, K+
•
Metale ciężkie (szereg toksyczności: Ni  Cu  Pb  Cr  Zn)
•
Związki organiczne (benzen, nitrobenzen, aldehyd octowy, mrówkowy, fenol
detergenty)
Substraty inokulujące
3
m /tonę świeżej masy
obornik kurzy
obornik świński
obornik bydlęcy
gnojowica świńska
gnojowica bydlęca
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe, na podstawie danych firmy Zeneris
9
Substraty zagęszczające, zwiększające wydajność
3
kiszonka z
kukurydzy
żyto kiszonka
sianokiszonka
burak cukrowy
0
50
100
150
200
250
Substraty zagęszczające, zwiększające wydajność
3
tłuszcz
gliceryna odpadowa
melasa
wytłoki owocowe
wysłodziny browarniane
wysłodki
wywar zbożowy
wywar ziemniaczany
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Właściwości pofermentu z biogazowni
12
Czym jest poferment?
Produkcja
energii
elektrycznej
Odzysk energii
cieplnej
BIOGAZ
SUBSTRATY
Skład chemiczny pofermentu zależy od rodzaju
użytych do fermentacji metanowej substratów.
Fermentacja
metanowa
Poferment
skład chemiczny pofermentu = skład chemiczny substratów – skład chemiczny biogazu
Źródło: Szymańska M., III FORUM BIOGAZU, Warszawa 2014r.
13
Zagospodarowanie
pofermentu
Wykorzystanie w rolnictwie
w celach nawozowych
Produkcja peletów do
spalania
Wykorzystanie w rolnictwie
- ściółka
14
Wykorzystanie w rolnictwie w celach
nawozowych
Bezpośrednia aplikacja na grunty orne i użytki
zielone
Separacja na frakcję ciekłą i stałą – aplikacja na
pola
Kompostowanie – aplikacja na pola, ogródki
działkowe, przydomowe
Uszlachetnianie składu – produkcja nawozów
organicznych, organiczno-mineralnych, środków
poprawiających właściwości gleby
15
POFERMENT zawiera:


Biomasę bakterii przeprowadzających proces fermentacji metanowej
nieprzefermentowane związki organiczne
składniki mineralne (w ilościach porównywalnych do ich zawartości w użytych w
biogazowni substratach)

Ogólne różnice we właściwościach fizykochemicznych: SUBSTRAT - POFERMENT:
–
wyższe pH (powyżej 7,0)
–
mniejsza zawartość suchej masy i materii organicznej
–
węższy stosunek C:N (szybszy rozkład w glebie)
większy udział składników pokarmowych w formach mineralnych (bezpośrednio
dostępnych dla roślin – szybszy efekt nawozowy)
–
–
większy udział azotu amonowego (N-NH4)
–
mniejsza emisja odorów, w stosunku do używanej w biogazowniach gnojowicy świńskiej
Źródło: Szymańska M., Przyrodnicze wykorzystanie odpadów – podstawy teoretyczne i praktyczne, PWRiL,
Warszawa 2011
16
Wyszczególnienie
Gnojowica świńska
Masa pofermentacyjna
Sucha masa [%]
8,8
3,9
Sucha masa organiczna [%sm]
81,0
66,4
Azot ogólny [g.kg-1sm]
63,0
138,5
N-NH4 [g.kg-1sm]
41,0
98,5
65%
71%
Źródło: Palm O., 2008: The quality of liquid and solid digestate from biogas plants and its application In agriculture.
17
Porównanie właściwości pofermentu do nawozów naturalnych
Zawartość [% świeżej masy]
Produkt
Obornik
Gnojówka
Gnojowica
„Świeży” poferment
sucha
masa
N
P2O5
K2O
21-24
0,46 – 0,54
Średnio 0,48
0,27 – 0,44
Średnio 0,40
0,65 – 0,67
Średnio 0,66
3-5
0,12 – 0,35
Średnio 0,20
0,01 – 0,02
Średnio 0,02
0,28 – 0,80
Średnio 0,48
5-9,5
0,06 – 0,82
Średnio 0,31
0,02 – 0,96
Średnio 0,14
0,01 – 0,51
Średnio 0,24
0,3-0,5
0,09-0,18
0,2-0,6
Ok.
4-7
[Źródło: Szymańska M., badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN;
Krzywy E. i in., Przyrodnicze wykorzystanie odpadów – podstawy teoretyczne i praktyczne, PWRiL, Warszawa 2011]
18
Technologie przetwarzania pofermentu
POFERMENT
SEPARACJA
Frakcja stała
Składa się ze strukturalnych części
materii organicznej, zawiera kwasy
huminowe -budujące próchnicę, a także
znaczne ilości związków mineralnych
Frakcja ciekła
Zawiera znaczne ilości
rozpuszczalnych form azotu, fosforu
i potasu bezpośrednio dostępnych
dla roślin.
Źródło: Szymańska M., Przyrodnicze wykorzystanie odpadów – podstawy teoretyczne i praktyczne, PWRiL,
Warszawa 2011
19
Badana cecha
Frakcja stała
Frakcja ciekła
Zawartość suchej masy sm (%)
Zawartość suchej masy organicznej smo (%)
N ogólny (%)
N-NH4 (%)
P (%)
K (%)
Ca (%)
Mg (%)
Cd (mg.kg-1)
Cr (mg.kg-1)
Ni (mg.kg-1)
Pb (mg.kg-1)
Zn (mg.kg-1)
Cu (mg.kg-1)
22 - 27
89 - 94,5
0,4 - 0,8
0,08 - 0,52
0,1 – 0,28
0,12 – 0,69
0,22 – 0,43
0,06 – 0,17
0,25 - 0,5
1,15 - 4,55
1,07 - 9,45
0,5 - 2,16
27,8 - 105,0
7,9 - 27,9
2,7 - 4,3
58-62
0,29 - 0,75
0,28 - 0,38
0,03 – 0,05
0,5 – 0,62
0,05 – 0,07
0,01 – 0,02
0,55 - 0,71
4,52 - 6,73
11,6 - 18,5
4, 12 – 6,01
9,4 – 11,5
1,5 - 1,74
Źródło: A. Kowalczyk-Juśko na podstawie badań IUNG PIB; M. Szymańska na podstawie badań w ramach projektu finansowanego przez NCN
20
Suszenie frakcji stałej pofermentu - zalety
Zmniejszona zostaje masa
towarowa, przez co
zmniejsza się
zapotrzebowanie na
powierzchnie magazynową
Mniejsza masa do
rozwiezienia na
pola – łatwiejsza
aplikacja
Następuje
koncentracja
składników
pokarmowych w 1 t
Uzyskujemy jednolity
produkt o lepszych
parametrach
fizycznych, co poprawia
równomierność
rozsiewu składników
nawozowych zawartych
w suchej frakcji stałej
[Źródło: Materiały konferencyjne M. Szymańska, 2014r.]
21
Problemy
•
Mała zawartość suchej masy –
warunki beztlenowe
Wąski stosunek C:N
Większe nakłady inwestycyjne
•
•
Zyski
•
•
•
Jednolity produkt
Brak uciążliwości zapachowych
Wzbogacanie składu
22
Zasady stosowania pofermentu
Maksymalna roczna dawka = 170 kgN.ha-1
Termin stosowania – od 1 marca do 30 listopada
23
Zasady ustalania dawek różnych form pofermentu
Na podstawie danych dotyczących zawartości azotu w świeżej masie
(śm) można ustalić dawkę jaką należy zastosować na 1 ha, tak by
ilość azotu odpowiadała 170 kgN.ha-1
Dp =
Gdzie:
Dp – dawka przefermentowanego produktu [t.ha-1]
170 – dopuszczalna dawka azotu 170kgN.ha-1
Np – zawartość azotu w przefermentowanym produkcie w gN.kg-1 śm
(gN.kg-1 śm = kgN.t-1 śm)
[Źródło: Opracowanie własne na potrzeby wykładów prowadzonych na SGGW w Warszawie, 2014r.]
24
Przykładowe ilości składników pokarmowych
wnoszonych z pofermentem na 1 ha
Zwartość azotu w pofermencie 5,0 gN/kg
• Dopuszczalna dawka:
170/5,0 = 34,0 t/ha
Zwartość fosforu w pofermencie 1,4 g P2O5/kg
Zawartość potasu w pofermencie 4,1 g K2O/kg
Z dawką 34,0 t/ha wprowadzamy:
Ok. 170 kg N, 48 kg P2O5, 139 kg K2O
25
Poferment źródłem materii organicznej
Ilość materii organicznej wprowadzanej z:
•
•
•
•
20 t pofermentu bez separacji (5% sm; 79%smo) – 0,8 t mo.ha-1
20 t frakcji ciekłej pofermentu (3% sm; 76% smo) – 0,5 t mo.ha-1
20 t frakcji stałej pofermentu (20% sm; 87% smo) –3,5 t mo.ha-1
20 t kompostu z pofermentu (33% sm; 78% smo) – 5,2 t mo.ha-1
26
Na podstawie wieloletnich badań prowadzonych przez Zakład Chemii Rolniczej Szkoły
Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie można stwierdzić, że jest to produkt o
WYSOKIEJ WARTOŚCI NAWOZOWEJ.
Doświadczenia wazonowe
(realizowane w ramach
projektu finansowanego przez
NCN) określające wartość
nawozową różnych form
pofermentu
Pracownia biogazu Zakładu Chemii Rolniczej
SGGW (fermentory zakupione w ramach projektu
finansowanego przez NCN)
27
Wyniki doświadczenia wazonowego – Polny tymotki w g śm.wazon-1 (g śm.7kg gleby-1)
Rodzaj nawozu
Plony
Masa pofermentacyjna (Gnojowica + słoma
kukurydzy)
31,6
Masa pofermentacyjna (Gnojowica + liść z główką)
27,9
Masa pofermentacyjna (Gnojowica + gliceryna)
4,4
Masa pofermentacyjna (100% gnojowica)
20,1
Świeża gnojowica świńska
21,0
Saletra amonowa
19,9
Nawóz NPK (12, 11, 18)
18,9
Kontrola (0)
15,8
[Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN]
28
Wpływ masy pofermentacyjnej na plony kukurydzy
(Fot. M. Szymańska)
29
(Fot. M. Szymańska)
[Źródło: Szymańska M., Badania własne
w ramach projektu finansowanego przez NCN]
Poferment
Gnojowica
Kontrola
Poferment
30
31
Doświadczenie wazonowe jesień – rzepak ozimy
Fot. M. Szymańska
kontrola
Poferment
85kgN/ha
Poferment
170 kgN/ha
32
Doświadczenie wazonowe wiosna – rzepak ozimy
Fot. M. Szymańska
Poferment
170 kgN/ha
Poferment
85kgN/ha
kontrola
33
Doświadczenie wazonowe lato – rzepak ozimy
Fot. M. Szymańska
kontrola
Poferment 85kgN/ha Poferment 170 kgN/ha
34
Doświadczenie wazonowe jesień – rzepak ozimy
kontrola
Fot. M. Szymańska
Kompost z masy
pofermentacyjnej
35
0
MP 1
MP 2
Fot. M. Szymańska
36
Przyrost plonów zielonki kukurydzy w wyniku nawożenia różnymi formami
pofermentu (w % w stosunku do kontroli – obiektu bez nawożenia)
CaNPK
NPK
GKF2 2
GKF2 2
GKF2 1
GKF2 1
GKF1 2
GKF1 2
GKF1 1
GKF1 1
MPF2 2
MPF2 2
MPF2 1
MPF2 1
MPF1 2
MPF1 2
MPF1 1
MPF1 1
0
10
20
30
40
50
0
20
40
60
80
100
O
GKF2 2
GKF2 1
GKF1 2
GKF1 1
MPF2 2
MPF2 1
MPF1 2
MPF1 1
0
10
20
30
40
50
60
[Źródło: Szymańska M. i in. Przemysł Chemiczny, 95/3, 2016]
37
Aplikacja pofermentu na pola
Świeży poferment, frakcja ciekła
1. Systemy
nawadniające/deszczowanie
2. Wozy asenizacyjne (przyłączane
do ciągnika lub samojezdne)
• z płytką rozbryzgową
• z rampą z wężami wleczonymi
(szerokość robocza ok. 12-24m)
• z rampą z wężami wleczonymi
wyposażonymi w redlice
• z aplikatorem doglebowym
Frakcja stała,
kompost
• Rozrzutniki do obornika
Źródło: Szymańska M., BIOGAZ - praktyczne aspekty inwestycji w zieloną energię, 2014r.
38
Rampa rozlewająca wielodyszowa
Źródło: http://www.joskin.com
39
Rampa z wężami wleczonymi. Szerokość rozlewania 9 - 30 m.
Odstępy między wężami: 25 lub 30 cm
40
Aplikator do łąk. Szerokość aplikacji 3 - 7,7 m.
Zalecana głębokość robocza: 0 - 3 cm
41
Aplikator doglebowy. Szerokość aplikacji 2,8 - 5,2
m. Zalecana głębokość robocza: 10 - 12 cm
42
Zasady magazynowania pofermentu
1. Zgodnie z zapisami prawnymi powierzchnia magazynowa
musi być obliczona tak, by było możliwe gromadzenie ok. 6
miesięcznej produkcji pofermentu (w okresach, gdy nie jest
dozwolone jego stosowanie na polach.
2. W gospodarstwie rolnym, które odbiera poferment do jego
magazynowania można wykorzystać zbiorniki służące do
przechowywania gnojowicy
Źródło: Zagospodarowanie substancji pofermentacyjnej z biogazowni rolniczych, Joskin
43
Sposoby magazynowania pofermentu
Laguny otwarte (tanie, ale istnieje możliwość ich zasilania wodą opadową,
gazowe straty składników pokarmowych)
Laguny zamknięte - Laguny wkopuje się w ziemię i dodatkowo otacza wałem
ziemnym. Dno można betonować lub pokrywać specjalną membraną (łączoną na
gorąco).
Naziemne zbiorniki (zamknięte, otwarte)
Najczęściej stosuje się żelbetowe zbiorniki z prefabrykatów, przykryte dachem
membranowym. W zbiornikach mogą być montowane mieszadła
Elastyczne zbiorniki membranowe „eco-bag”, „slurry-bag”
Źródło: Zagospodarowanie substancji pofermentacyjnej z biogazowni rolniczych, Joskin
44
EFEKTY ROLNICZE:
•
•
•
Wpływ na zwiększenie plonów roślin nawożonych pofermentem,
Zmniejszenie zapotrzebowania na nawozy mineralne, co zmniejsza
koszty produkcji roślinnej,
Poprawę jakości gleb, poprzez:
– zwiększenie ich zasobności w dostępne formy składników
pokarmowych,
– zwiększenie pojemności sorpcyjnej gleb,
– poprawę struktury jonowej kompleksu sorpcyjnego polegającej na
zmniejszeniu udziału kationów o charakterze kwaśnym (tj. wodoru i
glinu) i zwiększeniu udziału kationów o charakterze zasadowym (tj.
potasu, magnezu i wapnia),
– zwiększenie zawartości materii organicznej - efekty te są
szczególnie widoczne po regularnym stosowaniu pofermentu.
45
EFEKTY ŚRODOWISKOWE:
• Ograniczenie emisji metanu związanej ze składowaniem i
stosowaniem nawozów naturalnych,
• Możliwość ograniczenia emisji odorów związanej ze składowaniem i
stosowaniem nawozów naturalnych,
• Stosowanie pofermentu można zaliczyć do rodzaju „odzysku”
składników pokarmowych takich jak azot, fosfor, czy potas,
• Zmniejszenie wydobycia fosforytów, soli potasowych, gazu ziemnego
- ochrona zasobów kopalnych,
• Zmniejszenie zużycia nawozów mineralnych zmniejsza emisję gazów
cieplarnianych, która jest związana z ich produkcją, zwłaszcza
nawozów azotowych.
46
Dziękuję za uwagę!

Substraty i zagospodarowanie nawozowe pofermentu

Transkrypt

Podobne dokumenty

Tulipanów gorzki zapach

TOPOS 7(15) 1994 SOPOT Henryk Banasiewicz: *** (Upadłem

Sześciolatek w szkole: zadania rodziny i szkoły

Repertuar

biogramy - Kongres Kobiet

30 listopada 2016 roku w Vancouver zmarła Hanna Szymańska z