Fosforns tillgänglighet i slam - tur att inte växterna vet något om fosforkemi! Bengt Hansen

Transkript

1 Fosforns tillgänglighet i slam - tur att inte växterna vet något om fosforkemi! Bengt Hansen

2 Fosforns tillgänglighet i slam - tur att inte växterna vet något om fosforkemi! Innehåll Bakgrund Lite kemi Referenser fallstudier Römer WERF Arizonastudie MTT Hushållningssällskapet Slutsatser

3 Bakgrund Behovet av fosfor Allt levande behöver fosfor Synnerligen viktigt för effektiv odling Varför återvinna? (Ändlig resurs) EU importerar 95% av sitt behov av mineralfosfor Hur fångas bäst fosfor i reningsverk? Med kemisk fällning går det att nå de lägsta fosforhalterna i utgående vatten i existerande reningsverk Kemisk fällning bidrar också till Minskad energiförbrukning (vid förfällning) Kompaktare reningsverk (främst vid förfällning) Förbättrade slamegenskaper (högre TS och mindre lukt) Mer biogas Bengt Hansen 3

4 EU consultation paper Fortsättning bakgrund Although removal of phosphorus from waste water is a requirement under Article 5 of the Urban Waste Water Treatment Directive56, this does not require extraction of the phosphorus in a useable form. One particular feature of the Directive is that it allows the flocculation of the phosphorus using iron, which produces a strongly bound compound from which the phosphorus is not easily commercially recoverable and which may not be fully available to plants. Bengt Hansen 4

5 EU consultation paper Fortsättning bakgrund INTE SANT!!! Bengt Hansen 5

6 Simone Nanzer Zurich University Plant availability of recycled phosphorus K = 9,91*10-16 K = 2,79*10-39 K = 4,87*10-17 SOIL Plant residues, organic fertilizers P export to animals and humans Mineral fertilizers Uptake Death Microorg. Fauna Assimilation Immobilisation Mineralisation Soil solution P HPO 4 2-, H 2 PO 4 - Desorption/ solubilisation Adsorption /Precipitation Inorg. P Organ. P Erosion Weathering 6 simone.nanzer@usys.ethz.ch September 19, 20146

7 Lite kemi Löslighet av salter Fosfatsalter har olika löslighet Det är alltid en jämvikt ph, salthalt och närvaro av andra joner påverkar kraftigt (markkemi) Biologin påverkar också tillgängligheten av fosfor, främst med hjälp av mykorrhiza K = 9,91*10-16 K = 2,79*10-39 K = 4,87*10-17 Ju lägre K desto lägre löslighet Det är ett stort antal jämviktskonstanter som avgör hur mycket och var fosforn är bunden samt hur tillgänglig den är. Kalcium, karbonater, magnesium, etc. spelar också en stor roll Bengt Hansen 7

8 Etablerade sätt att mäta fosforns tillgänglighet Vattenlöslighet Organisk fosfor P-Al Olsen P (1:60 NaHCO 3 ) Löslighet i oxalsyra Hedley fraction Etc. Bengt Hansen 8

9 Wilhem Römer Wilhem Römer, Georg-August-Universität Göttingen, Institut für Agrikulturchemie Journal of Plant Nutrition and Soil Science Volume 169, Issue 6, pages , December, 2006 Plant availability of P from recycling products and phosphate fertilizers in a growthchamber trial with rye seedlings The world reserves of high-quality rock phosphates, which can be mined with moderate costs, will last for approximately the next 90 years. It is therefore necessary to recycle P from P-containing waste-products. In Germany, tons (dry weight) of sewage sludge and more than tons of meat and bone meal arise yearly. Recycled phosphate from these products could be used to replace the majority of the currently used P-mineral fertilizers. However, reliable data on the plant availability of P from such recycling products are rare. A 21-day growth-chamber trial was conducted (application of 20 mg P (300 g quartz sand) 1 ; 100 rye seeds; soil moisture at 65% max. water-holding capacity) with 26 P compounds (e.g., several calcium, magnesium, iron, aluminum, ammonium, and magnesium-ammonium phosphates) and a control treatment without P application. Net P uptake (P in shoots and roots minus P in the control plant) was calculated to assess P availability for the plants. As expected, P uptake for calcium phosphates decreased by 90% from the primary calcium phosphate (which was used as reference) to Ca apatite. Phosphorus uptake from primary, secondary, and tertiary magnesium phosphates was similar to that of primary calcium phosphate. The same was found for the P uptake from ammonium phosphate and magnesium-ammonium phosphates (struvite). The P availability of basic slag (Thomasphosphate) and thermophosphate (Rhenania phosphate) ranged from 42% to 65% compared to primary calcium phosphate. Very low or even no P availability was obtained for products containing P after precipitation with iron. Both magnesium phosphate and magnesium-ammonium phosphate proved to be agronomically interesting P-recycling products. However, to get further confirmation for these preliminary results, products have to be tested in pot and field experiments using different soils. 9

10 Vad säger Römer? Kortsiktigt (21 dagar) ger järnfosfat inte av sig mycket fosfor Vad händer på lite längre sikt? Hur påverkar jordkvalitén? Är där något läckage av fosfor eller tas allt upp? Järnfosfaten som användes kom inte från slam Syntetiskt producerad och vattenfri Termiskt behandlad Används bland annat som tillsats i barnmat Römer har också en annan rapport som har liknande resultat, dvs att järnfällt slam är otillgängligt. I det fallet: Slam avvattnat med järnklorid och kalk (höga doser av båda och Fe:P molkvot >3 ggr högre än normalt och mycket högt ph) Normalt slam (Fe:P mol:mol) på 1:1,2 gav samma resultat fosforupptag som kalciumfosfat på all jordtyper Med det järnavvattnade slammet erhölls samma eller högre fosforupptag jämfört med kalciumfosfat på sandiga jordar men 18-36% lägre upptag på övriga. Normalt är tillväxten klart mindre påverkad än vad fosforupptaget visar. (Lyxupptag???) Phosphorus separation and recovery Bengt Hansen 10

11 Har Römer rätt? Korta odlingsförsök Slam med höga halter järn och kalcium Syntetisk, vattenfri järnfosfat Phosphorus separation and recovery Bengt Hansen 11

12 Det var bättre förr 12

13 WERF studie från USA Grundsyftet var att mäta förluster av fosfor för olika fosforkällor vid nederbörd och länka detta till olika lösligheter och hur detta påverkade bioupptaget av fosfor Phosphorus separation and recovery Bengt Hansen 13

14 Studie gjord av WERF

15 Resultat - WERF Den enda tillstymmelse till korrelation mellan växtproduktion och fosforlöslighet kunde hittas för vattenlöslig fosfor (fortfarande svag) En högre metall/fosforkvot (mol Me/mol P >2) påverkar tillväxten med max någon procent jämfört med NPK Bio-P-slam och icke kemfällt slam hade mest tillgänglig fosfor Torkat eller pelleterat slam hade klart försämrad fosfortillgänglighet Hög halt av kalcium reducerade fosfortillgängligheten nästan till noll Hög halt av järn eller aluminium i slammet gav en signifikant reducering av eroderad fosfor

16 Studier från MTT -Finland Syfte: Att undersöka fosforns tillgänglighet samt produktivitet med olika organiska gödningsmedel. Slam av olika kvalitet, gödsel av 2 typer, struvit och NPK Även undersöka slambehandlingsmetoders inverkan på resultaten, rötning, kompostering etc. Försök: 60 dagars krukförsök med 3 givor på gödningsmedel, 2 skördar Långvariga krukförsök för att studera hur fosforlösligheten påverkas med tiden Fältförsök på 2 jordar under 2 år, med och utan extra tillsats av N och K. 16

17 Fosforn är mer tillgänglig i organiska gödningsmedel än i NPK 6 Sewage sludge (blue) and NPK reference (red) 5 Yield (g/pot) Plants are able to utilize phosphorus efficiently even if the ferric coagulant dosage is at the level typically used in the Northern Baltic area, which is higher than in Central Europe. Kahiluoto et al. ADSS NPK 17

18 MTT study Phosphorus recyclable in agrifood residues Published at Phosphorus in Soils and Plants 5th International Symposium August 2014 Phosphorus separation and recovery Bengt Hansen 9 October 2014

19 MTT - slutsatser Löslighetsanalys av fosforn är inte ett tillförlitligt mått på produktivitet Vid samma P-giva tillgänglig P (Olsen) gav rötat slam, KemiCondbehandlat slam, bio-p slam samt struvit bäst resultat, betydligt bättre än NPK. Jordkvalitet, ph, behandlingsmetod av slam spelar också en stor roll Hög kalkhalt kan ha kortsiktigt negativ inverkan på resultatet I fältförsöken var produktiviteten ganska jämbördig för de olika organiska gödningsmedlen Kompostering och rötning verkar ha en svagt negativ inverkan på resultatet (främst för gödsel) Första året är NPK effektivare än organisk gödsel, andra året likvärdiga Inkubationsförsök visar att även ifall lösligheter kan skilja sig åt inledningsvis, blir skillnaderna mindre med tiden Phosphorus separation and recovery Bengt Hansen 19

20 Hushållningssällskapet 30 år av försök Ett mycket omfattande, väldokumenterat och långsiktigt odlingsförsök med slam från reningsverk Probably the best sludge trial in the world Fältförsök med och utan NPK (0, 0,5 och 1 som giva) Fältförsök med slam (0, 1 och 3 ton TS/år som giva) Spridning vart 4:e år Varierade växtsorter på 2 olika fält. Följt odlingsresultat och kvalitet under 30 år. Bengt Hansen 20

21 Resultat Hushållningssällskapet Om enbart slam används sker en skördeökning på 16% Om konstgödning används ger slam en ökad giva. (7%) Ökat värde på SEK/ha*år Mullhalten har inte ökat över åren Även ifall den ökar vid varje givatillfälle Vissa tungmetallhalter har ökat i jorden (tex Cu och Hg) Trots minskade halter i slam Ingen signifikant skillnad med eller utan slam Bengt Hansen 21

22 Fler resultat Hushållningssällskapet Kadmium halten i jord visar på en svag ökning på en av de 2 odlingsfälten Ingen ökning av kadmium i gröda orsakad av slam Fosforhalten (P-Al) har ökat i jorden med tiden Ingen korrelation mellan P-Al, P-HCl och produktion (föredragshållarens slutsats) P-Al/P-HCl (mg/100 g) Relativt resultat (% mot referens) P-Al P-HCl Bengt Hansen 22

23 Slutsatser Ur kemiskt perspektiv Aluminium och järnfällt slam är tillgängligt för växterna Att använda sig av löslighetskonstanter för att dra långtgående slutsatser om tillgänglighet är tveksamt Jordkemin är mycket viktigare än fosforkällan De flesta etablerade löslighetsanalyser av fosfor ger ingen korrelation med odlingsresultatet då slam används som fosforgiva I vissa experiment visar vattenlösligheten ett svagt samband, andra visar inget samband Kortvariga odlingsförsök kan ge helt andra resultat än långsiktiga Ju längre tid från gödningstillfället, desto mindre skillnad på löslighet i jorden oberoende av fosforkälla Skördeproduktionen har inget exakt samband med fosforupptaget Bengt Hansen 23

24 Slutsatser Ur slamspridningsperspektiv 30 års slamspridningsförsök visar att: Slam ger en ökad produktivitet oberoende om NPK används eller ej (7-16%) Växterna tar inte upp mer tungmetaller Även ifall vissa tungmetallhalter har ökat med åren Slamspridning har ingen långsiktig effekt på mullhalten i jord Renings och slambehandlingsprocesser kan ha inverkan på slammets egenskaper Pelletering och torkning ger en sämre tillgänglighet de första åren Kalkbehandlat slam har inledningsvis en sämre fosfortillgänglighet än okalkat slam Kemfällt slam minskar risken för läckage och erosion från åkrarna Bengt Hansen 24

25 Tack för uppmärksamheten