EEA Grants Norway Grants

Átírás

1 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 HU A

2 Bevezetés Mélyalmos tartástechnológiájú broiler csirkenevelés nagy mennyiségben ( t/év) keletkezik baromfi almos trágya magas N-tartalom (karbamid tartalom) trágya elő-kezelő és baromfi trágya tároló tér bővítése ellenkező esetben a szükséges tartózkodási idő nem tartható biogáz célú hasznosításra nem optimális szántóföldi kihelyezése erősen korlátozott sérülékeny vízbázisú, nitrát-érzékeny területek HU A

3 Átfogó célok és célkitűzések 1. A baromfi trágya túlzott ammónia-tartalmát és szaghatását csökkentő beruházás megvalósítása 2. 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 Talajjavító anyag HU A

4 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 szerinti megépítése 2B.) Monitoring kút megépítése és átadása terv 1K.) Az ammónia és egyéb gázok fixációjához optimális adalékanyag kombináció, kezelés meghatározása HU A

5 Munkaszakaszok 4. munkaszakasz: 1B.) 1 db munkagép és 4 db 10 m 3 -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, energia- és költséghatékonysági mutatóinak meghatározása HU A

6 Anyag és módszer: Folyamatábra Baromfi istálló Nyílt rendszerű üzemi trágya előkezelés Zárt rendszerű Nyílt rendszerű Trágya előkezelési kísérlet Tenyészedényes Petri-csészés Csírateszt Biogáz kísérlet: előkezelt baromfi trágya anaerob fermentálása

7 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 SiO 2 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) HU A

8 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

9 Laboratóriumi vizsgálatok során használt eszközök Szitasor (Retsch) FPXRF NITON XL 700 spektrométer HANNA HI 2550 mérőműszer ICP-MS tömegspektrométer Rázatóalap (Edmund Böhler: KS15 A) Szárítószekrény Elementar VarioEL Un. Analyser: CNS

10 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 Üzemi kísérlet HEXIUM PYROLATER-12 termokamera HU A

11 A termografikus felvételezés célja A kutatás során az elő-kezelt trágya felszínéről készítettünk termografikus felvételeket hőkamera segítségével. A HEXIUM PYROLATER-12 hőkamera 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.

12 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

13 Tenyészedényes csírateszt Tesztnövény: kukorica, búza, napraforgó, (5, 10, 20 db mag) Csírateszt: 10 nap, humuszos homok talajban, szobahőmérsékleten (20±2 C) Műanyag cserépben 1 dm 3 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 Minősítés 0-5% igen mérgező 6-50% mérgező 51-90% kissé mérgező % nem mérgező >120% serkentő

14 Reflektancia (%) Spektrális tulajdonságok, a levél pigment-tartalmának meghatározása Az összes klorofill és karotinoid tartalom meghatározáshoz friss növényi szövetminta szükséges Hullámhossz (nm) Minták elroncsolása A minták centrifugálása A minták abszorbanciájának meghatározása (470, 644 és 663 nm-es hullámhosszokon)

15 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).

16 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 áramlásmérő rendszer Ciklikus szelepvezérlés Biogáz analizátorok CH 4 CO 2 H 2 S NH 3

17 Sza.% % Eredmények és azok értékelése Baromfi trágya előkezelése zeolittal (nyílt kísérlet) 94,6 89,3 91,1 82,5 Szemcseméret (4. hét, Zeolit, Nyílt kísérlet) 6,5 10,7 3,35,7 2,31,22,14,4 0,70,30,51,1 1,30,50,71,3 7,04 6,89 7,42 ph érték változása 7,68 7,7 7,67 7,54 7,55 7,53 7,35 7,36 7,4 5 MM 2,0 MM 1,0 MM 630 ΜM 500 ΜM> Kontroll 1% zeolit 2% zeolit 5% zeolit KONTROLL 1% ZEOLIT 2% ZEOLIT 5% ZEOLIT 2. hét 3.hét 4. hét Szárazanyag-tartalom (%) változása NAP 1. HÉT 2. HÉT 3. HÉT 4. HÉT Kontroll 1% zeolit 2% zeolit 5% zeolit

18 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.

19 Ammónia-tartalom csökkenése (%) Ammónia-tartalom csökkenése (%) Adalékanyag: Zeolit Ammónia-kibocsátás csökkenés mértéke (%) NH 3 -emmisszió csökkenése a nyílt zeolitos kísérlet esetében 27, ,2 1% zeolit 6,6 2% zeolit 5% zeolit NH 3 -emmisszió csökkenése a zárt zeolitos kísérlet esetében , ,1 91, ,4 1% zeolit 2% zeolit 3% zeolit 5% zeolit 10% zeolit

20 Ammónia-tartalom csökkenése (%) Ammónia-tartalom csökkenése (%) Adalékanyag: Biochar Ammónia-kibocsátás csökkenés mértéke (%) NH 3 -emmisszió csökkenése a nyílt biochar-os kísérlet esetében 31,1 11,7 10,5 1% biochar 2% biochar 5% biochar NH 3 -emmisszió csökkenése a zárt biochar-os kísérlet esetében 84,2 91,6 70,8 40,6 28,2 1% biochar 2% biochar 3% biochar 5% biochar 10% biochar

21 Üzemi trágya előkezelés kísérleti beállításai Kísérleti beállítások Csirke trágya (kg) Biochar (kg) Összesen (kg) Kontroll (0% Zeolit/biochar) % Zeolit/Biochar % Zeolit/Biochar % Zeolit/Biochar HU A

22 Biochar-ral előkezelt br. trágya minőségének elemzése Nedvesség-tartalom (%) hét 1. hét 2. hét 3. hét 4. hét 5. hét 6. hét 7. hét 8. hét Hőmérséklet (belső) ( C) 1. hét 2. hét 3. hét 4. hét 5. hét 6. hét 7. hét 8. hét Kontroll (0% biochar) 1% Biochar 2% Biochar 5% Biochar Kontroll (0% biochar) 1% Biochar 2% Biochar 5% Biochar ph (H 2 O) Vezetőképesség (ms/cm) 15 10,00 8, ,00 4,00 5 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 Control Biochar 1% R² = 0,7811 Control Biochar 1% R² = 0,1576 R² = 0,1029 R² = 0,677 R² = 0,3465 Biochar 2% Biochar 5% R² = 0,4664 R² = 0,8821 Biochar 2% Biochar 5% R² = 0,846 Polinom. (Control) Polinom. (Biochar 1%) Polinom. (Control) Polinom. (Biochar 1%) Polinom. (Biochar 2% ) Polinom. (Biochar 5%) Polinom. (Biochar 2% ) Polinom. (Biochar 5%) HU A

23 % mg/kg sza. mg/kg sza. mg/kg sza. Biochar-ral kezelt br. trágya tápanyag-tartalmának változása Foszfor-tartalom változása az előkezelt baromfi trágyában 0. hét 1. hét 2. hét 3. hét 4. hét 5. hét 6. hét 7. hét 8. hét Kontroll BIOCHAR 1% BIOCHAR 2% BIOCHAR 5% Magnézium-tartalom változása az előkezelt baromfi trágyában 0. hét 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 0 Kontroll 1% biochar 2% biochar 5% biochar Kísérleti beállítások 1. hét 4. hét 5. hét 6. hét Kontroll BIOCHAR 1% BIOCHAR 2% BIOCHAR 5% Nitrogén-tartalom változása az előkezelt baromfi trágyában Kontroll 1% biochar 2% biochar 5% biochar Kísérleti beállítások 1. hét 4. hét 5. hét 6. hét HU A

24 ppm ppm tf% Biochar-ral előkezelt br. trágya: Keletkezett gáz összetétele Ammónia (ppm) hét 2. hét 3. hét 4. hét 5. hét 6. hét 7. hét 8. hét Kontroll (0% biochar) 1% Biochar 2% Biochar 5% Biochar CO 2 (tf%) 1. hét 2. hét 3. hét 4. hét 5. hét 6. hét 7. hét 8. hét Kontroll (0% biochar) 1% Biochar 2% Biochar 5% Biochar 5 H 2 S (ppm) hét 2. hét 3. hét 4. hét 5. hét 6. hét 7. hét 8. hét Kontroll (0% biochar) 1% Biochar 2% Biochar 5% Biochar HU A

25 12, ,5 13, ,5 14, ,5 15, ,5 16, ,5 17, ,5 18, ,5 19, ,5 Százalékos érték Százalékos érték 11-11,5 11, ,5 12, ,5 13, ,5 14, ,5 15, ,5 16, ,5 17, ,5 18, , ,5 13, ,5 14, ,5 15, ,5 16, ,5 17, ,5 18, ,5 19, ,5 20, ,5 Százalékos érték Százalékos érték Termografikus felmérés eredményei az 5. héten 20% 15% 10% 5% 0% Kontroll kezelés 5. hét 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 1 % kezelés 5.hét Hőmérsékleti érték Hőmérsékleti érték 25% 20% 15% 10% 5% 0% 2 % kezelés 5. hét 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 5% kezelés 5. hét Hőmérsékleti érték Hőmérsékleti érték

26 Csíratesztek eredményei

27 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 nyílt Szár átlaga és szórása Gyökér átlaga és szórása Palánt a db Vigour index Csírázási % Minősítés Kontroll 14,39±1,41 15,65±15, ,0 DE 100 Kontroll Kk 1% 14,81±3,37 14,48±3,05 29,3 19,3 2830,8 CDE 96,6 nem mérgező Kk 2% 13,21±3,88 11,03±3,16 24,2 19,7 2383,5 B 98,3 kissé mérgező Kk 5% 4,69±2,01 2,47±2,05 7,2 17,3 620,4 A 86,6 mérgező 1% 1% 15,17±2,83 14,71±3,22 29,9 19,3 2887,8 CDE 96,6 nem mérgező 1% 2% 14,39±3,09 12,8±3,34 27,2 19,0 2582,9 BC 95,0 kissé mérgező 1% 5% 6,06±2,97 5,49±3,74 11,5 20,0 1155,2 A 100 mérgező 2% 1% 16,23±2,1 14,12±3,59 30,3 19,3 2933,6 DE 96,6 nem mérgező 2% 2% 12,89±4,33 7,83±3,63 20,7 19,7 2038,0 BC 98,3 mérgező 2% 5% 5,11±2,57 12,6±5,17 17,7 19,7 1741,5 A 98,3 kissé mérgező 5% 1% 15,75±4,7 14±3,64 29,75 19,7 2925,7 E 98,3 nem mérgező 5% 2% 13,99±4,27 9,2±3,27 23,2 19,7 2280,3 BCD 98,3 5% 5% 7,36±2,49 12,25±3,78 19,6 18,0 1765,2 A 90,0 kissé mérgező kissé mérgező

28 Kontroll 1% talajba keverés 2% talajba keverés 5% talajba keverés

29 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 Vigour index Csírázási % Minősítés Kontroll 1,2±1,0 4,8±3,0 6,0 7,5 597,5 A 100,0 Kontroll 1% 4,0±3,9 9,4±7,1 13,4 6,0 1343,1 ABC 100,4 serkentő 2% 3,6±2,5 11,3±5,7 14,8 8,0 1988,1 CD 133,9 serkentő 5% 5,6±4,1 10,8±4,2 16,3 7,5 2049,5 CD 125,5 serkentő 10% 4,8±3,3 18,3±5,4 23,0 7,0 2697,2 D 117,2 serkentő 20% 3,8±2,5 11,3±5,3 15,0 6,5 1634,6 BC 108,8 serkentő 50% 1,8±1,2 7,8±3,9 9,5 6,5 1037,9 AB 108,8 serkentő 100% 1,7±1,0 5,9±3,1 7,5 7,5 946,7 AB 125,5 serkentő 100% 50% 20% 10% 5% 2% 1% K

30 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.

31 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. Karotinoid μg/g = (1000*A 470nm (12.21*A 663nm -2.81*A 640nm )- 104*(20.130*A 644nm *A 663nm ))/ ,5 1 0,5 0 Klorofill A+B friss tömeg Karotinoid μg/g

32 14 Nedves biomassza tömeg, Karotinoid és Klorofill (a+b) Nedves biomassza tömeg (g) Karotinoid Klorofill a+b

33 Beruházás 1: Monitoring kutak létesítése és üzemeltetése

34 Beruházás 2: Nyírvasvári baromfi almos trágya tároló és csurgalékvíz-gyűjtő építése és üzemeltetése HU A

35 Beruházás 3: Baromfi almos trágya tároló és csurgalékvíz-gyűjtő építése és üzemeltetése (Nyírbátor külterület, 0369/6 hrsz.) HU A

36 Beruházás 4. üteme 4 db 10 m 3 -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 HU A

37 2. 4 db 10 m 3 -es konténer: Anyagminőség: A konténer 5 mm aljlemezzel és 3 mm-es oldallemezzel készül. 100x50x4 mm-es U profil merevítéssel 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 HU A

38 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!