New developments in methane fermentation and ammonia emission to obtain better environmental conditions for living in country side area

• Autorzy: Barwicki Jan , Borek Kinga , Mazur Kamila , Kierończyk Marek

Identyfikatory

DOI

10.15199/180.2023.1.3

Warianty tytułu

PL

Nowe rozwiązania w fermentacji metanowej i emisji amoniaku w celu uzyskania lepszych warunków środowiskowych do życia na obszarach wiejskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Research results indicate the growing ammonia concentration in the air and the necessity to undertake the work aimed at the change of the mentioned situation, using different solutions. University of Maryland (USA) undertook the study of global ammonia concentrations in the air over the most productive agricultural regions in the world. Acidification of animal slurry has proved to be an efficient solution to minimize NH3 emissions in-house, during storage, and after soil application, as well as to increase the fertilizer value of slurry, without negative impacts on other gaseous emissions. This solution has been used commonly in Denmark, and its efficiency with regard to the minimization of NH3 emissions has been documented in some studies. Slurry acidification technology gives many advantages from the point of view of soil fertilization and also the limiting of ammonia emission. Acidification reduced NH3 emission from the stored slurry to less than 10% of the emission from untreated slurry, and the NH3 emission from the slurry employed on the field was reduced by 67%. Of course it requires providing the safety procedures to avoid a direct contact of farm workers with harmful activity of the acid. Reducing the loss of nitrogen from agriculture has a key meaning for reduction of eutrophication of the Baltic Sea. Most of the airborne eutrophication to the Baltic Sea comes from the ammonia emissions, and in the BSR almost all ammonia emissions come from livestock manure. Annual deposition of ammonia nitrogen to the Baltic Sea has been increasing during the recent years and was greater in 2012 than in 1995. While emissions are decreasing slightly in some countries, HELCOM Baltic Sea Action Plan calls for a reduction of 118.000 tonnes of nitrogen annually to the Baltic Sea, and the Revised Gothenburg Protocol (2012) calls for ambitious reductions in ammonia emissions from all BSR countries. Slurry acidification also affects solid/liquid slurry separation efficiency positively; DM is higher, N lower and P higher in the solid fraction. A combined treatment should efficiently prevent gaseous emissions, increase fertilizer value of slurry and reduce transport and energy costs. The pH level of 5.5-6.4 is not very acidic, and no more acidic than rain water, which has a normal pH range from 4.5 to 8.5. Biogas experiments show the possibility of utilization of slurry with high dry matter content in biogas production.

PL

Wyniki badań wskazują na rosnące stężenie amoniaku w powietrzu i konieczność podjęcia pracy nad zmianą tej sytuacji przy zastosowaniu różnych rozwiązań. University of Maryland (USA) podjął się badania globalnych stężeń amoniaku w powietrzu nad najbardziej produktywnymi regionami rolniczymi na świecie. Zakwaszanie gnojowicy zwierzęcej okazało się skutecznym rozwiązaniem minimalizującym emisję NH3 w gospodarstwie, podczas przechowywania i po zastosowaniu doglebowym, a także zwiększającym wartość nawozową gnojowicy bez negatywnego wpływu na inne emisje gazowe. Rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w Danii, a jego skuteczność w zakresie minimalizacji emisji NH3 została udokumentowana w niektórych badaniach. Technologia zakwaszania gnojowicy daje wiele korzyści z punktu widzenia nawożenia gleby, a także ograniczenia emisji amoniaku. Zakwaszenie ograniczyło emisję NH3 z magazynowanej gnojowicy do mniej niż 10% emisji z gnojowicy nieoczyszczonej, a emisja NH3 z gnojowicy stosowanej na polu została zmniejszona o 67%. Oczywiście wymaga to zapewnienia procedur bezpieczeństwa, aby uniknąć bezpośredniego kontaktu pracowników rolnych ze szkodliwym działaniem kwasu. Ograniczenie strat azotu z rolnictwa ma kluczowe znaczenie dla ograniczenia eutrofizacji Morza Bałtyckiego. Większość eutrofizacji przenoszonej drogą powietrzną do Morza Bałtyckiego pochodzi z emisji amoniaku, a w BSR prawie wszystkie emisje amoniaku pochodzą z obornika zwierzęcego. Roczna depozycja azotu amonowego w Morzu Bałtyckim wzrastała w ostatnich latach i była większa w 2012 r. niż w 1995 r. Podczas gdy emisje w niektórych krajach nieznacznie spadają, Bałtycki Plan Działania HELCOM zakłada redukcję o 118 000 ton azotu rocznie do Morza Bałtyckiego oraz zrewidowany protokół z Göteborga (2012) wzywa do ambitnych redukcji emisji amoniaku ze wszystkich krajów BSR. Zakwaszenie gnojowicy wpływa również pozytywnie na skuteczność separacji gnojowicy ciało stałe/ciecz; DM jest wyższy, N niższy, a P wyższy we frakcji stałej. Połączona obróbka powinna skutecznie zapobiegać emisjom gazów, zwiększać wartość nawozową gnojowicy oraz obniżać koszty transportu i energii. Poziom pH 5,5-6,4 nie jest bardzo kwaśny i nie bardziej kwaśny niż woda deszczowa, która ma normalny zakres pH od 4,5 do 8,5. Doświadczenia biogazowe wskazują na możliwość wykorzystania gnojowicy o wysokiej zawartości suchej masy do produkcji biogazu.

Słowa kluczowe

EN

new technology; slurry acidification technology; ammonia emission; environment protection; biogas production

PL

nowe technologie; technologia zakwaszania gnojowicy; emisja amoniaku; ochrona środowiska; produkcja biogazu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Polish Technical Review
• Rocznik: 2023
• Tom: No. 1
• Strony: 12--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Barwicki Jan

• Institute of Technology and Life Sciences, National Research Institute, Warsaw Branch, Technological Department, Rakowiecka 32, 02-532 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-5437-5284

autor

Borek Kinga

• Institute of Technology and Life Sciences, National Research Institute, Warsaw Branch, Technological Department, Rakowiecka 32, 02-532 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-0171-7498

autor

Mazur Kamila

• Institute of Technology and Life Sciences, National Research Institute, Warsaw Branch, Technological Department, Rakowiecka 32, 02-532 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-9576-4019

autor

Kierończyk Marek

• Institute of Technology and Life Sciences, National Research Institute, Warsaw Branch, Technological Department, Rakowiecka 32, 02-532 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-8681-4651

Bibliografia

• [1] BalticManure.http://www.balticmanure.eu/en/news/acidification_of_slurry_and_biogas_can_go_hand_in_hand.htm.
• [2] Biocover A/S, 2012. Vera Statement. http://www.veracert.eu/-/media/DS/Files/Downloads/Artikler/VERA_erklaering_2012_okt_enkeltside.pdf (accessed 07.05.14).
• [3] Fangueiro, D., Ribeiro, H., Vasconcelos, E., Coutinho, J., Cabral, F.,Treatment by acidification followed by solid-liquid separation affects slurry and slurry fractions composition and their potential of N mineralization. Bioresour. Technol. 100 (20), 4914-4917 2009.
• [4] Fangueiro D., Surgy, S., Coutinho, J., Vasconcelos, E., 2013. Impact of cattle slurry acidification on carbon and nitrogen dynamics during storage and after soil incorporation. J. Plant Nutr. Soil Sci. 176, 540-550.
• [5] Fangueiro D., Surgy, S., Napier, V., Menaia, J., Vasconcelos, E., Coutinho, J., Impact of slurry management strategies on potential leaching of nutrients and pathogens in a sandy soil amended with cattle slurry. J. Environ.Manag. 146, 198-205, 2014.
• [6] Chadwick D., Sommer S., Rhorman R., Fangueiro D., Cardenas L., Amon B., Manure management: Implications for greenhouse gas emissions. Animal Feed Science and Technology 166, 514-531, 2011.
• [7] Fangueiro D., Hjorth M., F Gioelli. Acidification of animal slurry-a review. Journal of environmental management 149, 46-56, 2015.
• [8] Fangueiro D., Bermond A., Santos E., Carapuça H., Duarte A. Heavy metal mobility assessment in sediments based on a kinetic approach of the EDTA extraction: search for optimal experimental condition. Analytica Chimica Acta 459 (2), 245-256, 2002.
• [9] Fangueiro.D, Bermond A., Santos E, Carapuça H., Duarte A., Talanta A.. Kinetic approach to heavy metal mobilization assessment in sediments: choose of kinetic equations and models to achieve maximum information. 66 (4), 844-857, 2005.
• [10] Fangueiro D., Pereira J., Coutinho J., Moreira N., Trindade H. NPK farm-gate nutrient balances in dairy farms from Northwest Portugal. European Journal of Agronomy 28 (4), 625-634, 2008.
• [11] HELCOM. 2013. Revised nutrient targets. http://www.helcom. fi/baltic-sea-action-plan/nutrient-reductionscheme/targets.
• [12] Maryland University, 2017. "Geophysical Research Letters".
• [13] Myczko et al., 2017. Biogas experiments using slurry with high dry matter content.
• [14] Interreg EU - Baltic Sea Region - Baltic Slurry Acidification Project 2016-2019.
• [15] Project number BIOSTRATEG1/269056/5/NCBR/2015 from 11.08.2015.
• [16] Romaniuk et al., 2017. Patent concerning biogas production using slurry with high dry matter content.
• [17] Mielcarek-Bocheńska P., W. Rzeźnik. Ammonia emission from livestock production in Poland and its regional diversity, in the years 2005-2017, PAN, 2018.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).