Naturlig sedimentation og separation med skruepresser i afgasset gylle – betydning for fosforkoncentration og plantetilgængeligt fosfor

Naturlig sedimentation og separation med skruepresser i afgasset gylle – betydning for fosforkoncentration og

plantetilgængeligt fosfor

Søren Ugilt Larsen, Teknologisk Institut Seminar: Udvinding og nyttiggørelse af næringsstoffer og kulstof fra afgasset gylle Teknologisk Institut, Aarhus, 24. oktober 2019

1. Baggrund

2. Fosforanalyser og plantetilgængelighed af fosfor

3. Forsøg med separation afgasset gylle med skruepresser 4. Forsøg med naturlig sedimentation i afgasset gylle

Emner

Fosfor-udfordringer for landmænd/biogasanlæg…

Ønskeligt at kunne:

 Opkoncentrere fosfor i en lille, koncentreret delfraktion

 Opnå en god plantetilgængelighed af fosforen Hvordan gøres det let, effektivt og billigt?...

Baggrund

Kun en del af fosfor i organiske gødninger er umiddelbart tilgængelig for planter – men hvor stor en del?

Plantetilgængelighed af fosfor

Figur fra Brod, 2018. NIBIO-rapport 4:91, 1-26

Kemisk ekstraktion af fosfor med forskellige

ekstraktionsmidler – med forskellig ‘ekstraktionsstyrke’:

H₂O < CaCl₂ < LiCl < Fe-oxide P_i < Olsen < CAL < CAEM <

Mehlich 3 < Bray II < dithionite < organic P < HCl < oxalate

< total P

Men hvad korrelerer bedst med den reelle gødningsvirkning?

Plantetilgængelighed af fosfor

Wuenscher et al 2015, Plant Soil Environ., 61:2, 86-96

Korrelation af analyser af gødningen eller gødsket jord med fosfor-genfindelse i potteforsøg, 3 jordtyper, 14 gødningstyper

Plantetilgængelighed af fosfor

Christiansen et al., 2018. DCA-rapport 141, kap.6. Forsøg med vårbyg.

Analyse på gødsket jordAnalyse direkte på gødningen

Generelt om fosforanalyser direkte på organisk gødning:

 Ekstraktion med bikarbonat ser relativt god ud.

 MEN: Ingen ekstraktionsmetoder synes at være god under alle forhold^*.

I forsøgene er der anvendt følgende fosforanalyser:

 Total-P – ekstraktion af alt P

 Citratopløseligt P – middelhård ekstraktion

 Vandopløseligt P – mild ekstraktion

Plantetilgængelighed af fosfor

*F.eks. Brod et al. (2015). Nutr. Cycl. Agroecosyst., 103:187–199

Test af to forskellige skruepressere

Udtagning af prøver før og efter separation Vejning af de to output-fraktioner

Forsøg med separation af afgasset gylle med skruepressere

Biogas

reaktor Afgasset gylle

Separator

Væske-fraktion

3

Fiber-fraktion

Analyser:

• Tørstofindhold

• Total-N

• NH₄-N

• Total-K

• Total-P

• Vandopløseligt P

• Citratopløseligt P

• Total-S

• Aske

Forsøg med separation med skruepressere

Börger skruepresse

Testopstilling med Börger skruepresse

Opsamling af fiber i skovl Opsamling af væske i tankbil

Input Væskefraktion Fiberfraktion

Prøveudtagning ved test af Börger skruepresse

EYS skruepresse

Testopstilling med EYS skruepresse

Opsamling af fiber i skovl Opsamling af væske i

palletank

Fiberfraktion

Fra Börger Fra EYS

Koncentrationen af total-P blev øget 2-3 gange i fiberen.

Ingen sikker forskel i tilgængelighed af P mellem fraktioner.

Kapacitet: 10 tons/time for Börger og 7 tons/time for EYS.

Forsøg med separation med skruepressere

Massebalance: Fiberfraktionen udgør 5-7% af massen og indeholder ca. 14% af total-P.

Dvs. en moderat opkoncentrering af total-P.

Forsøg med separation med skruepressere

Forsøgssiloer og prøvedybder:

Forsøg med naturlig sedimentation af

afgasset gylle

Tre forsøgssiloer:

 Afgasset, usepareret gylle

 Væskefraktion fra Börger skruepresse

 Væskefraktion fra EYS skruepresse

Prøvetagningstider (2 prøver pr. tid pr. prøvedybde):

 0 dage = start

 1 dag

 4 dage

 11 dage

 50 dage (dog ikke for væskefraktion fra EYS)

Forsøg med naturlig sedimentation

Analyser – alle prøver:

• Tørstofindhold

• Total-N

• NH₄-N

• Total-K

• Total-P

Prøver efter 0 og 4 dages sedimentation desuden:

• Vandopløseligt P

• Citratopløseligt P

Forsøg med naturlig sedimentation

Forsøgssiloer til sedimentationsforsøg

Opfyldning af forsøgssiloer

Væske fra Börger EYS Börger Afg. gylle

Opfyldning af forsøgssilo med væske fra EYS

EYS Börger Afg. gylle

1 dag

4 dage

50 dage

50 dage

Ingen flydelag.

Prøvetagning efter 1 dag – med Gyllesnøvsen

Prøvetagning efter 4, 11 og 50 dage – med

Gyllepipetten

Profil for tørstof – afgasset, usepareret gylle.

Forsøg med naturlig sedimentation

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Tørstofindhold (%)

Højde over bund (m)

Afgasset gylle

Tørstof, %, 0 dage Tørstof, %, 1 dage Tørstof, %, 4 dage Tørstof, %, 11 dage Tørstof, %, 50 dage

Dag 1: y = 6,85 (P_x= 0,111)

Dag 4: y = -0,28x²+ 0,63x + 6,67 (P_x= 0,032, P_x²= 0,005) Dag 11: y = -0,32x²+ 0,61x + 6,64 (P_x= 0,168, P_x²= 0,029) Dag 50: y = 0,50x²- 2.06x + 9.42 (P_x< 0,001, P_x²= 0,001)

Profil for tørstof – væskefraktion fra Börger skruepresse.

Forsøg med naturlig sedimentation

4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Tørstofindhold (%)

Højde over bund (m)

Væskefraktion fra Börger skruepresse

Tørstof, %, 0 dage Tørstof, %, 1 dage Tørstof, %, 4 dage Tørstof, %, 11 dage Tørstof, %, 50 dage

Dag 1: y = 5,51 (Px= 0,321)

Dag 4: y = -0,069x²+ 0,09x + 5,50 (Px= 0,253, Px2= 0,015) Dag 11: y = -0,050x²+ 0,01x + 5,61 (Px= 0,837, Px2= 0,015) Dag 50: y = -0,076x²- 0,03x + 5,82 (Px= 0,717, Px2= 0,030)

Profil for total-P – afgasset, usepareret gylle.

Tendens til højere koncentration af total-P nederst i siloen.

Hvorfor så stor forskel i P-niveau mellem dagene?...

Forsøg med naturlig sedimentation

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Næringsstofindhold (kg/ton)

Højde over bund (m)

Afgasset gylle

Total-P, kg/ton, 0 dage Total-P, kg/ton, 1 dage Total-P, kg/ton, 4 dage Total-P, kg/ton, 11 dage Total-P, kg/ton, 50 dage

Dag 1: y = -0,051 + 0.92 (P_x= 0,077)

Dag 4: y = 0,66 (P_x= 0,383)

Dag 11: y = 0,82 (Px= 0,185)

Dag 1: y = -0,048 + 0.55 (P_x= 0,065)

Profil for total-P – væskefraktion fra Börger skruepresse.

Sikker forskel i koncentration efter 4, (11) og 50 dage.

Forsøg med naturlig sedimentation

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Næringsstofindhold (kg/ton)

Højde over bund (m)

Væskefraktion fra Börger skruepresse

Total-P, kg/ton, 0 dage Total-P, kg/ton, 1 dage Total-P, kg/ton, 4 dage Total-P, kg/ton, 11 dage Total-P, kg/ton, 50 dage

Dag 1: y = 0,89 (Px= 0,309)

Dag 4: y = -0,046x + 0,65 (P_x= 0,012) Dag 11: y = -0,062x + 0,86 (P_x= 0,090) Dag 50: y = -0,061x + 0,49 (Px< 0,001)

Sammenhæng mellem beholder-volumen fra bunden og akkumuleret andel af total-P – afgasset, usepareret gylle.

Generelt batter det kun lidt…

Forsøg med naturlig sedimentation

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Akkum. andel af mængde af total-P (%)

Andel af beholder-volumen fra bunden (%)

Afgasset gylle

1:1-linje

Total-P, %-andel, 1 dag Total-P, %-andel, 4 dage Total-P, %-andel, 11 dage Total-P, %-andel, 50 dage

28%

25% 50%

54%

Sammenhæng mellem beholder-volumen fra bunden og akkumuleret andel af total-P – væskefraktion fra Börger.

Generelt batter det kun lidt…

Forsøg med naturlig sedimentation

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Akkum. andel af mængde af total-P (%)

Andel af beholder-volumen fra bunden (%)

Væskefraktion fra Börger skruepresse

1:1-linje

Total-P, %-andel, 1 dag Total-P, %-andel, 4 dage Total-P, %-andel, 11 dage Total-P, %-andel, 50 dage

31%

25% 50%

58%

Citratopløseligt P og vandopløseligt P som andel af total-P udgør hhv. 84 % og 34 % af total-P for afgasset, usepareret gylle. Ingen klar effekt af silodybde.

Forsøg med naturlig sedimentation

0 20 40 60 80 100 120

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

P-fraktioner som andel af total-P (%)

Højde over bund (m)

Afgasset gylle

Citrat-opl. P, % af total-P, 0 dage Citrat-opl. P, % af total-P, 4 dage Vand-opl. P, % af total-P, 0 dage Vandopl. P, % af total-P, 4 dage

Citrat-P: y = 83,9 (P_x= 0,658) Vand-P: y = 33,6 (P_x= 0,882)

 Skruepresning gav moderat opkoncentrering af total-P i fiberfraktionen fra afgasset gylle – 5-7% af

råvaremængden indeholdt ca. 14% af total-P.

 Naturlig sedimentation af afgasset gylle og væskefraktion fra skruepresning gav lidt højere koncentration af total-P i den nederste del – men det går langsomt og batter

relativt lidt.

 Vandopløseligt P og citratopløseligt P udgjorde ca. 35 og 80% af total-P – og andelen var generelt ikke påvirket af skruepresning og sedimentation.

Konklusioner

Projektet ‘Afgasset gylle som startgødning for majs’ er gennemført med støtte fra Region Midtjyllands

Bioøkonomiprogram.

Projektet er gennemført i samarbejde mellem Grøngas A/S, JH Agro og Teknologisk Institut.

Desuden har Kemira Water Danmark og Affaldsselskabet Vendsyssel Vest I/S (AVV) medvirket.

Tak!