Lämpökemiallisen käsittelyn vaikutus jätevesilietefosforin lannoitusarvoon

Abstract

Ravinteiden kierrätyksen edistämiseksi viljelykasvien lannoitustarve tulee tyydyttää yhä enenevässä määrin orgaanisilla ravinnerikkailla sivuvirroilla, joista merkittävimmät ovat tuotantoeläinten lannat ja jätevedenpuhdistuksessa muodostuva jätevesiliete. Tuotantoeläinten lanta päätyy jo nykyisellään suurimmaksi osaksi takaisin maatalouden ravinnekiertoon, kun taas jätevesilietteiden ravinteista suurin osa ohjautuu maatalouden sijasta viherrakentamiseen. Jätevesilietteiden käyttöä lannoitteena rajoittavat epätietoisuus orgaanisten haitta-aineiden ja raskasmetallien mahdollisesta siirtymisestä ruokaketjuun sekä vaikutuksisista maaperäeliöihin. Yksi mahdollisuus vähentää jätevesilietteiden orgaanisia haitta-ainepitoisuuksia on jätevesilietteiden lämpökemiallien käsittely. Jätevesilietteiden sisältämän fosforin käyttökelpoisuus kasveille voi kuitenkin muuttua lämpökemiallisten käsittelyjen myötä, mutta asiasta on vähän tutkimustietoa. Maa- ja metsätalousministeriön rahoittamassa ”Jätevesien fosfori kiertoon lannoitteeksi (PRecover)” -hankkeessa selvitettiin lämpökemiallisten käsittelyjen, torrefioinnin ja märkähiillon (HTC), vaikutusta lietefosforin välittömään käyttökelpoisuuteen kasvatuskokeilla. Tutkimuksessa selvitettiin myös kotieläinlantafosforin (sian-, naudan- ja ketunlannan) käyttökelpoisuus ja orgaanisten fosforilähteiden aikaansaamaa satoa verrattiin väkilannoitefosforin vastaavaan. Hankkeessa tutkittiin myös muiden menetelmien soveltuvuutta ennustamaan orgaanisten fosforilähteiden lannoitusvaikutusta. Lisäksi määritettiin kasvinravinteiden ja haitallisten raskasmetallien pitoisuudet ohran jyvissä ja oljissa. Lämpökemiallisilla käsittelyillä pystyttiin muokkaamaan jätevesilietteen fysikaalisia ominaisuuksia ja muodostamaan erottuva biohiilifraktio. Rautasaostetun lietteen torrefiointi- ja HTC-käsittelyt vähensivät raudan sitomaa fosforipitoisuutta 75 %:sta 20 %:iin, lisäten vastaavasti vahvaan happoon liukenevan fosforin osuutta 22 %:sta 78 %:iin (Hedleyn fraktiointi). Märkähiillytyksessä neste- ja kuivajakeen erottamiseksi tarvittava käsittelyaika oli 30 minuuttia 230 °C:ssa ja fosfori sitoutui suurimmaksi osaksi kiintoainekseen, muodostaen rauta- ja kalsiumyhdisteitä. Hiilijakeeseen sitoutunut fosfori voidaan erottaa nestejakeeseen vahvalla hapolla, mutta tässä tutkimuksessa valituilla lämpökemiallisilla menetelmillä ei pystytty luomaan tarpeeksi kestävää biohiilijaetta, joka olisi mahdollistanut em. uuton ilman hiilen liukenemista. Mädätetyn ja kompostoidun jätevesilietefosforin välitön käyttökelpoisuus ohralle oli noin 10 %. Kalkkistabilointi paransi fosforin käyttökelpoisuuden 37 %:iin, kun taas torrefiointi ja märkähiilto alensivat fosforin välittömän käyttökelpoisuuden muutamaan prosenttiin. Kotieläinlannoissa paras fosforin välitön käyttökelpoisuus oli sian lietelannassa, jopa 160 % väkilannoitefosforiin verrattuna. Fosforin käyttökelpoisuuden kasveille ennusti mädätetyssä ja kompostoidussa jätevesilietteessä sekä naudan- ja sianlannassa parhaiten rauta ja – alumiinipitoisuuden moolisuhde suhteessa fosforin vastaavaan. Lannoitevalmistelain mukaisista fosforin käyttökelpoisuuden määrittämiseen käytettävistä uuttoliuoksista käyttökelpoisuuden ennusti parhaiten 2 % muurahaishappo, kun taas 2 % sitruunahappo ja 1 M neutraali ammoniumsitraatti-EDTA yliarvioivat sen. DGT- menetelmä ennusti puolestaan parhaiten fosforin liukoisuuden muutoksen maassa ja sen yhteyden kasvatuskokeissa havaittuun fosforin käyttökelpoisuuteen. Muut viljavuusuuttoliuokset (hapan ammoniumasetaatti, Mehlich-3 ja Olsen-P) sen sijaan yliarvioivat fosforin käyttökelpoisuuden. Jätevesilietteet tai kotieläinlannat eivät kohottaneet ohran jyväsatojen kadmium-, lyijy-, nikkeli-, arseeni- tai kromipitoisuuksia. Myöskään jätevesilietteiden torrefiointi tai HTC-käsittely eivät kasvattaneet jyväsadon raskasmetallipitoisuuksia. Jätevesilietefosforin potentiaalia fosforilannoitteena voidaan havainnollistaa laskemalla lannan ja jätevesilietteen fosforin riittävyys viljelykasvien tarpeisiin alueellisesti. Kun ensin huomioidaan lannan fosforisisältö eri ELY-keskusten alueilla, jäljelle jäävä lannoitustarve on tällä hetkellä suurin Uudellamaalla. Uudellamaalla muodostuva jätevesilietefosfori myös kattaisi kasvien jäljelle jäävän fosforilannoitustarpeen, jos olisi käytössä lietteenkäsittelytekniikoita, jotka nostaisivat fosforin käyttökelpoisuuden lähes väkilannoitefosforin veroiseksi. Tässä tutkimuksessa kehitetyt lämpökemialliset käsittelyt eivät kuitenkaan parantaneet fosforin käyttökelpoisuutta kasveille, minkä tulisi olla tärkeä tavoite fosforikierron tehostamiseksi.