Substraty i zagospodarowanie nawozowe pofermentu

Transkrypt

1

2 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

3 Substraty dla biogazowni 3

4 Biomasa substrat do produkcji biogazu Sucha masa organiczna Składniki mineralne P, K, Ca, Mg itp C(H 2 O) n nco 2 + nch 4 energia

5 SUBSTRATY Nawozy naturalne Biomasa roślinna Odpady przemysłu rolnospożywczego 5

6 Kryteria doboru monosubstratów i kosubstratów Dostępność w danym gospodarstwie Zawartość suchej masy: do 15% sm (8-12%) Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe

7 Kryterium - wilgotność gnojowica świńska smo 5,6 %sm 7 2 : 1 %wody 93 gnojowica + kiszonka z kukurydzy smo 12,7 %sm 14,7 kiszonka z kukurydzy %wody 85,3 smo %sm 30 %wody Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe

8 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, NO 3-, SO 4-2 NH 3 Na +, K + Metale ciężkie (szereg toksyczności: Ni Cu Pb Cr Zn) Związki organiczne (benzen, nitrobenzen, aldehyd octowy, mrówkowy, fenol detergenty) Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe

9 Substraty inokulujące m 3 /tonę świeżej masy obornik kurzy obornik świński obornik bydlęcy gnojowica świńska gnojowica bydlęca Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe, na podstawie danych firmy Zeneris 9

10 Substraty zagęszczające, zwiększające wydajność m 3 /tonę świeżej masy kiszonka z kukurydzy żyto kiszonka sianokiszonka burak cukrowy Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe, na podstawie danych firmy Zeneris

11 Substraty zagęszczające, zwiększające wydajność m 3 /tonę świeżej masy tłuszcz gliceryna odpadowa melasa wytłoki owocowe wysłodziny browarniane wysłodki wywar zbożowy wywar ziemniaczany Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe, na podstawie danych firmy Zeneris

12 Właściwości pofermentu z biogazowni 12

13 Czym jest poferment? Produkcja energii elektrycznej Odzysk energii cieplnej SUBSTRATY Skład chemiczny pofermentu zależy od rodzaju użytych do fermentacji metanowej substratów. BIOGAZ Fermentacja metanowa Poferment skład chemiczny pofermentu = skład chemiczny substratów skład chemiczny biogazu Źródło: Szymańska M., III FORUM BIOGAZU, Warszawa 2014r. 13

14 Zagospodarowanie pofermentu Wykorzystanie w rolnictwie w celach nawozowych Produkcja peletów do spalania Wykorzystanie w rolnictwie - ściółka Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe 14

15 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 Źródło: Szymańska M., Materiały wykładowe 15

16 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-NH 4 ) mniejsza emisja odorów, w stosunku do używanej w biogazowniach gnojowicy świńskiej Źródło: Szymańska M., Przyrodnicze wykorzystanie odpadów podstawy teoretyczne i praktyczne, PWRiL, Warszawa

17 Wyszczególnienie Gnojowica świńska Masa pofermentacyjna Sucha masa [%] 8,8 3,9 Sucha masa organiczna [%sm] 81,0 66,4 Azot ogólny [g. kg -1 sm] 63,0 138,5 N-NH 4 [g. kg -1 sm] 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

18 Porównanie właściwości pofermentu do nawozów naturalnych Produkt Obornik Gnojówka Gnojowica Świeży poferment sucha masa ,46 0,54 Średnio 0, ,12 0,35 Średnio 0,20 5-9,5 0,06 0,82 Średnio 0,31 Ok. 4-7 Zawartość [% świeżej masy] N P 2 O 5 K 2 O 0,27 0,44 Średnio 0,40 0,01 0,02 Średnio 0,02 0,02 0,96 Średnio 0,14 0,65 0,67 Średnio 0,66 0,28 0,80 Średnio 0,48 0,01 0,51 Średnio 0,24 0,3-0,5 0,09-0,18 0,2-0,6 [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

19 Technologie przetwarzania pofermentu POFERMENT SEPARACJA Frakcja stała Frakcja ciekła Składa się ze strukturalnych części materii organicznej, zawiera kwasy huminowe -budujące próchnicę, a także znaczne ilości związków mineralnych 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

20 Badana cecha Frakcja stała Frakcja ciekła Zawartość suchej masy sm (%) ,7-4,3 Zawartość suchej masy organicznej smo (%) 89-94, N ogólny (%) 0,4-0,8 0,29-0,75 N-NH 4 (%) 0,08-0,52 0,28-0,38 P (%) 0,1 0,28 0,03 0,05 K (%) 0,12 0,69 0,5 0,62 Ca (%) 0,22 0,43 0,05 0,07 Mg (%) 0,06 0,17 0,01 0,02 Cd (mg. kg -1 ) 0,25-0,5 0,55-0,71 Cr (mg. kg -1 ) 1,15-4,55 4,52-6,73 Ni (mg. kg -1 ) 1,07-9,45 11,6-18,5 Pb (mg. kg -1 ) 0,5-2,16 4, 12 6,01 Zn (mg. kg -1 ) 27,8-105,0 9,4 11,5 Cu (mg. kg -1 ) 7,9-27,9 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

21 Suszenie frakcji stałej pofermentu - zalety Zmniejszona zostaje masa towarowa, przez co zmniejsza się zapotrzebowanie na powierzchnie magazynową Następuje koncentracja składników pokarmowych w 1 t Mniejsza masa do rozwiezienia na pola łatwiejsza aplikacja 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

22 Problemy Mała zawartość suchej masy warunki beztlenowe Wąski stosunek C:N Większe nakłady inwestycyjne Zyski Jednolity produkt Brak uciążliwości zapachowych Wzbogacanie składu [Źródło: Materiały konferencyjne M. Szymańska, 2014r.] 22

23 Zasady stosowania pofermentu Maksymalna roczna dawka = 170 kgn. ha -1 Termin stosowania od 1 marca do 30 listopada 23

24 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 D p = Gdzie: D p 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

25 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 P 2 O 5 /kg Zawartość potasu w pofermencie 4,1 g K 2 O/kg Z dawką 34,0 t/ha wprowadzamy: Ok. 170 kg N, 48 kg P 2 O 5, 139 kg K 2 O [Źródło: Opracowanie własne na potrzeby wykładów prowadzonych na SGGW w Warszawie, 2014r.] 25

26 Poferment źródłem materii organicznej Ilość materii organicznej wprowadzanej z: 20 t pofermentu bez separacji (5% sm; 79%smo) 0,8 t mo. ha t frakcji ciekłej pofermentu (3% sm; 76% smo) 0,5 t mo. ha t frakcji stałej pofermentu (20% sm; 87% smo) 3,5 t mo. ha t kompostu z pofermentu (33% sm; 78% smo) 5,2 t mo. ha -1 [Źródło: Opracowanie własne na potrzeby wykładów prowadzonych na SGGW w Warszawie, 2014r.] 26

27 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) [Źródło: Materiały konferencyjne M. Szymańska, 2014r.] 27

28 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

29 Wpływ masy pofermentacyjnej na plony kukurydzy (Fot. M. Szymańska) [Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN] 29

30 (Fot. M. Szymańska) [Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN] Poferment Gnojowica Kontrola Poferment 30

31 [Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN] 31

32 Doświadczenie wazonowe jesień rzepak ozimy Fot. M. Szymańska kontrola Poferment 85kgN/ha Poferment 170 kgn/ha [Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN] 32

33 Doświadczenie wazonowe wiosna rzepak ozimy Fot. M. Szymańska Poferment Poferment 170 kgn/ha 85kgN/ha [Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN] kontrola 33

34 Doświadczenie wazonowe lato rzepak ozimy Fot. M. Szymańska kontrola Poferment 85kgN/ha Poferment 170 kgn/ha [Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN] 34

35 Doświadczenie wazonowe jesień rzepak ozimy Fot. M. Szymańska kontrola Kompost z masy pofermentacyjnej [Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN] 35

36 0 MP 1 MP 2 Fot. M. Szymańska [Źródło: Szymańska M., Badania własne w ramach projektu finansowanego przez NCN] 36

37 Przyrost plonów zielonki kukurydzy w wyniku nawożenia różnymi formami pofermentu (w % w stosunku do kontroli obiektu bez nawożenia) CaNPK NPK GKF2 2 GKF2 1 GKF1 2 GKF1 1 MPF2 2 MPF2 1 MPF1 2 MPF1 1 GKF2 2 GKF2 1 GKF1 2 GKF1 1 MPF2 2 MPF2 1 MPF1 2 MPF O GKF2 2 GKF2 1 GKF1 2 GKF1 1 MPF2 2 MPF2 1 MPF1 2 MPF [Źródło: Szymańska M. i in. Przemysł Chemiczny, 95/3, 2016] 37

38 Aplikacja pofermentu na pola Świeży poferment, frakcja ciekła Frakcja stała, kompost 1. Systemy nawadniające/deszczowanie 2. Wozy asenizacyjne (przyłączane do ciągnika lub samojezdne) z płytką rozbryzgową z rampą z wężami wleczonymi (szerokość robocza ok m) z rampą z wężami wleczonymi wyposażonymi w redlice z aplikatorem doglebowym Źródło: Szymańska M., BIOGAZ - praktyczne aspekty inwestycji w zieloną energię, 2014r. Rozrzutniki do obornika 38

39 Rampa rozlewająca wielodyszowa Źródło: 39

40 Źródło: Rampa z wężami wleczonymi. Szerokość rozlewania 9-30 m. Odstępy między wężami: 25 lub 30 cm 40

41 Aplikator do łąk. Szerokość aplikacji 3-7,7 m. Zalecana głębokość robocza: 0-3 cm Źródło: 41

42 Źródło: Aplikator doglebowy. Szerokość aplikacji 2,8-5,2 m. Zalecana głębokość robocza: cm 42

43 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

44 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

45 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. [Źródło: Opracowanie własne na potrzeby wykładów prowadzonych na SGGW w Warszawie, 2014r.] 45

46 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. [Źródło: Opracowanie własne na potrzeby wykładów prowadzonych na SGGW w Warszawie, 2014r.] 46

47 Dziękuję za uwagę!