Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Waste-free biofuel production technologies as a way to the European Green Deal

Honcharuk Inna Viktorivna, Yemchyk Tetiana Viktorivna

Polityka Energetyczna

|

2024

|

T. 27, z. 1

81--94

EN

This article analyzes the perspective of implementing target indicators in the green transition of the agro-industrial complex of Ukraine. It is established that soil degradation has acquired a global dimension, and it has become a serious problem of a socio-economic nature due to the military actions in Ukraine. Analysis of the state of agricultural land was performed based on the following indicators: humus content in the soil, volume of application of organic and mineral fer tilizers, pesticides, land area under organic production, etc. The purpose of the study is to assess the impact of implementing waste-free biofuel production technologies at the enterprises of the agro-industrial complex to achieve eco-goals of the European Green Deal. The article outlines target guidelines for achieving eco-goals of the European Green Deal. Further steps necessary to overcome current problems in compliance with the norms of the EU legislation on environmental protection at agricultural enterprises for the sale of agricultural products to European markets are proposed. It has been scientifically proven that the agro-industrial complex of Ukraine has an untapped potential for reducing greenhouse gas emissions through ecological modernization and implementing waste-free production technologies. It is suggested to use biogas plants as a promising means of solving the problems of waste disposal, improving the ecological situation, reducing energy dependence, and increasing soil fertility. The effectiveness of applying organic fertilizer, namely digestate, a by-product of methane fermentation, as biofertilizers at agricultural enterprises has been proven. Recommendations are provided regarding soil regeneration measu res in Ukraine in the future.

PL

W artykule przeanalizowano perspektywę wdrożenia wskaźników docelowych w zielonej transfor macji kompleksu rolno-przemysłowego Ukrainy. Ustalono, że degradacja gleby nabrała wymiaru global nego i stała się poważnym problemem o charakterze społeczno-gospodarczym ze względu na działania wojskowe na Ukrainie. Analiza stanu gruntów rolnych została przeprowadzona w oparciu o następujące wskaźniki: zawartość próchnicy w glebie, ilość stosowanych nawozów organicznych i mineralnych, pesty cydów, powierzchnia gruntów pod produkcją ekologiczną itp. Celem badania jest ocena wpływu wdrożenia bezodpadowych technologii produkcji biopaliw w przedsiębiorstwach kompleksu rolno-przemysłowego na osiągnięcie celów ekologicznych Europejskiego Zielonego Ładu. W artykule przedstawiono docelowe wytyczne dotyczące osiągnięcia celów ekologicznych Europejskiego Zielonego Ładu. Zaproponowano dalsze kroki niezbędne do przezwyciężenia obecnych problemów w zakresie zgodności z normami prawodawstwa UE w zakresie ochrony środowiska w przedsiębiorstwach rolnych w celu sprzedaży produktów rolnych na rynki europejskie. Naukowo udowodniono, że kompleks rolno-przemysłowy Ukrainy ma niewykorzystany potencjał redukcji emisji gazów cieplarnianych poprzez ekologiczną modernizację i wdrażanie bezodpado wych technologii produkcji. Sugeruje się wykorzystanie biogazowni jako obiecującego sposobu rozwiązy wania problemów utylizacji odpadów, poprawy sytuacji ekologicznej, zmniejszenia zależności energetycz nej i zwiększenia żyzności gleby. Została udowodniona skuteczność stosowania nawozów organicznych, a mianowicie pofermentu, produktu ubocznego fermentacji metanowej, jako bionawozów w gospodar stwach rolnych. Przedstawiono zalecenia dotyczące środków regeneracji gleby na Ukrainie w przyszłości.

2

Production of biogas and digestate at sugar factories as a way of ensuring the energy and food security of Ukraine

Hontaruk Yaroslav, Furman Iryna, Bondarenko Valerii, Riabchyk Alla, Nepochatenko Oleksandr

Polityka Energetyczna

|

2024

|

T. 27, z. 2

195--210

EN

The necessity of developing the production of biogas and digestate at Ukrainian sugar factories focused on the further sale of biomethane in the energy market and for its own needs is substantiated, which will partially ensure the energy security of the state under martial law. The volumes of sugar beet cultivation are determined, and the potential volumes of biogas production from the waste of Ukrainian agro-industrial complexes are investigated. A model of the functioning of a production bioenergy cluster based on a sugar factory has been developed and proposed. As a result of the study, it was found that a tangible way to increase the level of energy autonomy of the processing industry of the agro-industrial complex of Ukraine is the production of biogas by anaerobic digestion and its subsequent purification to the state of biomethane. To produce this type of biofuel, the use by-products of agriculture, agro-industrial processing enterprises, and organic waste from territorial communities where sugar factories are located is advisable. At the same time, as the analysis of resource potential shows, modern methane generation technologies allow using a wide range of biomass as a raw material base, which can be obtained both from production activities (non-core (non-target) products) and from household waste in general, which is one of the methods of solving the problems of their utilization. It has been determined that the use of advanced technologies for the transportation of liquid digestate and its injection will reduce the cost of application, increase the absorption in the soil, and the use of biodiesel will reduce transportation costs.

PL

W artykule uzasadniono konieczność rozwoju produkcji biogazu i pofermentu w ukraińskich cukrowniach, ukierunkowanej na dalszą sprzedaż biometanu na rynku energetycznym i na własne potrzeby, co częściowo zapewni bezpieczeństwo energetyczne państwa w stanie wojennym. Określono wielkość uprawy buraków cukrowych i zbadano potencjalne wielkości produkcji biogazu z odpadów ukraińskich kompleksów rolno-przemysłowych. Opracowano i zaproponowano model funkcjonowania produkcyjnego klastra bioenergetycznego opartego na cukrowni. W wyniku badań stwierdzono, że konkretnym sposobem na zwiększenie poziomu autonomii energetycznej przemysłu przetwórczego kompleksu rolno-przemysłowego Ukrainy jest produkcja biogazu w procesie fermentacji beztlenowej i jego późniejsze oczyszczanie do stanu biometanu. Do produkcji tego rodzaju biopaliwa wskazane jest wykorzystanie produktów ubocznych rolnictwa, przedsiębiorstw przetwórstwa rolno-przemysłowego oraz odpadów organicznych ze społeczności terytorialnych, w których zlokalizowane są cukrownie. Jednocześnie, jak pokazuje analiza potencjału zasobów, nowoczesne technologie wytwarzania metanu pozwalają na wykorzystanie szerokiej gamy biomasy jako bazy surowcowej, którą można pozyskać zarówno z działalności produkcyjnej (produkty niezwiązane z podstawową działalnością), jak i ogólnie z odpadów z gospodarstw domowych, co jest jedną z metod rozwiązywania problemów związanych z ich utylizacją. Ustalono, że zastosowanie zaawansowanych technologii transportu płynnego pofermentu i jego wtrysku obniży koszty aplikacji, zwiększy absorpcję w glebie, a zastosowanie biodiesla obniży koszty transportu.

3

An advanced European overview of the bioenergy efficiency of using digestate from biogas plants when growing agricultural crops

Lohosha Roman, Palamarchuk Vitalii, Krychkovskyi Vadim, Belkin Ihor

Polityka Energetyczna

|

2024

|

T. 27, z. 1

5--26

EN

The paper highlights calculations of bioenergy indicators when growing corn for grain and vegetable crops in Ukraine. The research results indicate the economic benefit of growing these crops for all the variants studied. Our research established that an increase in the bioenergy efficiency of the production of these crops is achieved due to the use of different rates of fertilizer application. The increase in productivity that was obtained as a result of the implementation of farming practices exceeds additional costs associated with the use of fertilizers. This confirms the economic benefit of producing these types of crops due to the enhanced bioenergy efficiency achieved through the optimal application of fertilizer. The conducted research confirms the high energy efficiency of the bio-organic fertilizer (digestate) and the energy-saving technology of growing crops which were studied. High values of the coefficients of energy efficiency were also observed in the variants with the simultaneous application of mineral fertilizers (N90P90K90) and digestate-based bio-organic fertilizer “Efluent” (55.0 t/ha) on experimental sites of corn grown for grain (3.05–3.07), carrot (1.41–1.45) and red beet (1.97–2.00), but the cost of these variants also appeared to be the highest. Scientific research has used new methods and technologies for the effective processing of livestock waste in order to obtain organic fertilizer, which can be used to improve soil fertility and increase crop yields on the one hand, and biogas production as an energy-efficient process that has significant potential for producing ecologically clean and renewable energy on the other. The proposed approach to achieving energy efficiency helps to increase crop yield without increasing fertilization costs.

PL

W artykule zwrócono uwagę na obliczenia wskaźników bioenergii podczas uprawy kukurydzy na rośliny zbożowe i warzywne na Ukrainie. Wyniki badań wskazują na korzyść ekonomiczną uprawy tych roślin dla wszystkich badanych wariantów. Z naszych analiz wynika, że wzrost efektywności bioenergetycznej produkcji tych roślin osiągany jest dzięki stosowaniu różnych dawek nawozów. Wzrost produktywności uzyskany w wyniku wdrożenia praktyk rolniczych przekracza dodatkowe koszty związane ze stosowaniem nawozów. Potwierdza to korzyść ekonomiczną wynikającą z uprawy tego typu upraw ze względu na zwiększoną efektywność bioenergetyczną osiągniętą poprzez optymalne zastosowanie nawozów. Przeprowadzone badania potwierdzają wysoką efektywność energetyczną badanego nawozu bioorganicznego (pofermentu) oraz energooszczędną technologię uprawy roślin. Wysokie wartości współczynników efektywności energetycznej zaobserwowano także w wariantach z jednoczesnym zastosowaniem nawozów mineralnych (N90P90K90) i nawozu bioorganicznego na bazie pofermentu „Ścieki” (55,0 t/ha) na obiektach doświadczalnych uprawy kukurydzy na ziarno (3,05–3,07), marchewki (1,41–1,45) i buraka ćwikłowego (1,97–2,00), ale koszt tych wariantów również okazał się najwyższy. W badaniach naukowych wykorzystano nowe metody i technologie efektywnego przetwarzania odchodów zwierzęcych w celu uzyskania nawozu organicznego, który z jednej strony można wykorzystać do poprawy żyzności gleby i zwiększenia plonów, a z drugiej do produkcji biogazu jako procesu energooszczędnego, który ma z drugiej strony znaczny potencjał wytwarzania ekologicznie czystej i odnawialnej energii. Zaproponowane podejście do osiągnięcia efektywności energetycznej pozwala na zwiększenie plonów bez zwiększania kosztów nawozów.

4

Economic efficiency of using digestate from biogas plants in Ukraine when growing agricultural crops as a way of achieving the goals of the European Green Deal

Lohosha Roman, Palamarchuk Vitalii, Krychkovskyi Vadim

Polityka Energetyczna

|

2023

|

T. 26, z. 2

161--182

EN

This paper presents calculations of the economic indicators of the researched elements of the cultivation technology of corn for grain and vegetable crops in Ukraine, which indicate that the cultivation of these crops is cost-effective in all variants of the experiment. The research has established that the increase in the economic efficiency of the production of these crops when applying different rates of fertilizers is achieved due to a more significant positive effect of the increase in productivity compared to additional costs associated with the use of these farming practices, while additional costs caused by the use of fertilizers are paid off many times over. It has been proven that the use of mineral fertilizers and their combination with high rates of bio-organic fertilizer (digestate) when growing agricultural crops helps to increase productivity. There have been further developed theoretical and practical provisions regarding the ecological problem of livestock waste disposal, in particular those of pig farms, and agricultural farms, i.e. the provision of organic fertilizers to ensure the yield increase as well as improvement in the quality of agricultural and vegetable crops, so as to make it possible to obtain high-quality products of plant and vegetable production during livestock waste disposal. The proposed approach to the economic assessment of technologies for growing corn for grain and red beet depending on the fertilization system makes it possible to increase the level of productivity of agricultural and vegetable crops with the effective use of bio-organic fertilizers in the modern conditions of sharp increases in the costs of mineral fertilizers.

PL

W artykule przedstawiono obliczenia wskaźników ekonomicznych badanych elementów technologii uprawy kukurydzy na zboża i warzywa na Ukrainie, które wskazują, że uprawa tych roślin jest opłacalna we wszystkich wariantach doświadczenia. W badaniach ustalono, że wzrost efektywności ekonomicznej produkcji tych roślin przy zastosowaniu różnych dawek nawozów osiągany jest dzięki bardziej znaczącemu pozytywnemu efektowi wzrostu produktywności w porównaniu z dodatkowymi kosztami związanymi ze stosowaniem tych praktyk rolniczych, a dodatkowe koszty spowodowane stosowaniem nawozów zwracają się wielokrotnie. Udowodniono, że stosowanie nawozów mineralnych i ich łączenie z wysokimi dawkami nawozu bioorganicznego (pofermentu) przy uprawie roślin rolniczych sprzyja zwiększeniu produktywności. Dopracowano teoretyczne i praktyczne zapisy dotyczące ekologicznego problemu unieszkodliwiania odchodów zwierzęcych, w szczególności ferm trzody chlewnej i gospodarstw rolnych, tj. dostarczania nawozów organicznych zapewniających wzrost plonów oraz poprawę jakości zbiorów rolniczych, tak aby podczas utylizacji odpadów zwierzęcych możliwe było uzyskanie wysokiej jakości roślin i warzyw. Zaproponowane podejście do ekonomicznej oceny technologii uprawy kukurydzy na ziarno i buraka ćwikłowego w zależności od systemu nawożenia umożliwia zwiększenie poziomu produktywności upraw rolniczych i warzywniczych przy efektywnym wykorzystaniu nawozów bioorganicznych we współczesnych warunkach gwałtownego wzrostu kosztów nawozów mineralnych.

5

Reduction of Greenhouse Gas Emissions by Replacing Fertilizers with Digestate

Kowalczyk-Juśko Alina, Pochwatka Patrycja, Mazurkiewicz Jakub, Pulka Jakub, Kępowicz Barbara, Janczak Damian, Dach Jacek

Journal of Ecological Engineering

|

2023

|

Vol. 24, nr 4

312--319

EN

Digestate from a biogas plant can be a valuable organic and mineral fertilizer. Quantitative proportions of cosubstrates used in three agricultural biogas plants in Poland were analyzed. The composition of digestates was examined and large differences in the content of macronutrients were found, especially N and K. On the basis of the factors used to calculate emissions from the production and use of artificial fertilizers, the greenhouse gas (GHG) reduction resulting from replacing mineral fertilizers with digestate was calculated. In terms of 1 Mg of fresh digestate, this reduction may not seem large, as it amounts to 27.9–61.6 kg of CO2 eq, but it should be taken into account that digestate contains little dry matter. The annual amount of digestate used on an area of 1 ha allows avoiding GHG emissions of 25.8–44.5 Mg CO2 eq.

6

Application of the Thermophilic Fermentation Method to Obtain Environmentally Friendly Organic Fertilizer

Bayazitova Zulfiya E., Kurmanbayeva Aigul S., Tleuova Zhulduz O., Temirbekova Nurgul G.

Journal of Ecological Engineering

|

2023

|

Vol. 24, nr 4

202--216

EN

In this study, the authors obtained samples of biological fertilizer by thermophilic fermentation of substrates of different compositions. Two types of effluent were studied in the experiment: food plant waste with the addition of cattle manure and liquid pig manure with litter cattle manure. To activate the process of obtaining fertilizer, the Agrarka biological preparation was added containing a complex of microorganisms and bacteria that accelerate the decomposition process. A detailed chemical analysis of the liquid and solid fractions of the raw materials and the obtained products was carried out for the content of total phosphorus (P), carbon (C), potassium (K), nitrogen (N), ammonium nitrogen (NH4+), organic matter, dry matter, cadmium (Cd), cobalt (Co), manganese (Mn), copper (Cu), nickel (Ni), mercury (Hg), lead (Pb), chromium (Cr), zinc (Zn), and arsenic (Ar). The indicators of acidity and ash content were determined and microbiological analysis was carried out. The obtained results showed that the thermophilic temperature regime of fermentation accelerated the decomposition process, positively affected the total content of the main nutrients in the studied substrates, and negatively affected the vital activity of microorganisms. In two types of effluents, there was a significant increase in the level of ammonium nitrogen by up to 60%, a decrease in the total carbon content by 15–30%, and dry and organic matter by 10–12% in both liquid and solid phases. However, in the effluent from food plant waste with the addition of cattle manure, the indicators increased by 13% in total carbon and by 8.2% in dry matter, and the ash content was 3 times lower than in the second effluent. Thus, thermophilic fermentation obtained two types of effluents with high-quality indicators corresponding to environmental and sanitary standards, since the content of microorganisms and heavy metals did not exceed the permissible limits.

7

Heavy metal content in substrates in agricultural biogas plants

Derehajło Stanislaw, Tymińska Magdalena, Skibko Zbigniew, Borusiewicz Andrzej, Romaniuk Waclaw, Kuboń Maciej, Olech Elżbieta, Koszel Milan

Agricultural Engineering

|

2023

|

Vol. 27, No. 1

315--329

EN

The content of heavy metals in soil should be continuously monitored, especially in organic crops. Exceeding the permissible concentrations of these elements may lead not only to inhibition of plant growth but also to ingestion into the organisms of animals that feed on these plants. Heavy metals usually enter the soil via precipitation or manure. There is a noticeable increase in interest in digestate for fields fertilization. Therefore, the authors decided to test the heavy metal content in substrates (slurry and solid input) and digestate. The 15x3 samples tested showed that only trace amounts of heavy metals were present. The study shows that the content of these elements in the digestate is not the sum of the elements supplied to the digester with the substrates. In most of the samples tested, lead concentrations did not exceed 5 mg‧kg-1. The lowest amounts of cadmium (an average of 0.28 mg‧kg-1) were observed in the slurry, and the highest (an average of 0.34 mg‧kg-1) in the solid substrate fed to the digester. Slurry had the lowest mercury and cadmium contents (average 0.012 mg‧kg-1 and 5.8 mg‧kg-1). The highest concentration of chromium was registered in the digestate (average 3 mg‧kg-1) and this was on average 0.3 mg‧kg-1 higher than the feedstock and 0.5 mg‧kg-1 than the slurry.

PL

Zawartość metali ciężkich w glebie powinna być stale monitorowana, szczególnie w przypadku upraw ekologicznych. Przekroczenie dozwolonych stężeń tych pierwiastków może doprowadzić nie tylko do zahamowania wzrostu roślin, ale także do wchłonięcia przez organizmy zwierzęce, które się nimi żywią. Metale ciężkie trafiają do gleby zazwyczaj drogą opadów lub nawozu. Widoczny jest wyraźny wzrost zainteresowania pofermentem do nawożenia pól. Zatem, autorzy zdecydowali o zbadaniu zawartość metali ciężkich w substratach (w gnojowicy i odpadach stałych) oraz w pofermencie. Zbadane próbki wykazały wyłącznie śladowe ilości metali ciężkich. Badanie pokazuje, że zawartość tych elementów w pofermencie nie jest sumą pierwiastków dostarczonych do fermentora z substratami. W większości zbadanych próbek, zawartość ołowiu nie przekraczała 5 mg‧kg-1. Najmniejszą ilość kadmu (średnio 0,28 mg‧kg-1) zaobserwowano w gnojowicy a najwyższe (średnio 0,34 mg‧kg-1) w stałym substracie zasilającym fermentor. Gnojowica miała najniższe stężenie rtęci i kadmu (średnio 0,012 mg‧kg-1 oraz 5,8 mg‧kg-1). Najwyższe stężenie chromu zostało zanotowanie w fermentorze (średnio 3 mg‧kg-1) czyli średnio 0,3 mg‧kg-1 wyższe niż surowiec oraz 0,5 mg‧kg-1 niż gnojowica.

8

Technologies for Environmental Safety Application of Digestate as Biofertilizer

Ablieieva Iryna, Berezhna Iryna, Berezhnyi Dmytrii, Prast Alex Enrich, Geletuha Georgii, Lutsenko Serhii, Yanchenko Ilona, Carraro Giacomo

Ecological Engineering & Environmental Technology

|

2022

|

Vol. 23, iss. 3

106--119

EN

The purpose of the paper is to determine the environmentally safe and economically feasible technology of biofertilizer production from the digestate including dewatering process. Methodological basis is based on the systematic approach to the determination of factors effected on the distribution of nutrients and pollutants between liquid and solid fractions after digestate separation. We studied modern technologies aimed at dewatering the digestate and reduction of its volume, showed their effectiveness. These technologies allow expanding the opportunities for commercialization of the digestate, increasing the cost of its transportation and application to the soil instead of complex fertilizers, using some valuable products. The results of the study showed that the ecological quality of the digestate is the highest as well as co-digested thermally pre-treated feedstock is used for solid-liquid separation in centrifuge with polymer addition as post-treatment approach to the flocculation. In order to increase efficiency of biofertilizer application the technological scheme of production process of granular fertilizers from digestate was proposed. Special feature of this scheme is in the use of phosphogypsum binder for the production of organo-mineral fertilizer that contributes phosphogypsum recycling in the waste management system.

9

Testing the impact of the waste product from biogas plants on plant germination and initial root growth

Kodymová Jana, Heviánková Silvie, Kyncl Miroslav, Rusín Jiří

Inżynieria Mineralna

|

2021

|

no. 1

25--31

EN

During biogas production, anaerobic digestion of plant material rich in nutrients results in the so-called whole digestate. e application of nutrient-rich material present in digestate could have fertilising effects, especially in intensively used agricultural soils, and in crop yields that can affect the nutrient cycle. e aim of this article is to inform about possibilities of using mixture of digestate and haylage (use the fertilizing effect of both matters), and at the same time contribute to the improvement of agrochemical properties of soil. is study evaluates the effect of applying the mixture of digestate and haylage on germination and early stages of plant development. is article deals with primary test mixtures of digestate and haylage at ratios 10:1, 5:1 and 3:1 and compares the results with whole digestate applications. Simplified statistically calculated quantities showed that all examined mixtures better fertilizing effect in comparison with the control growing media. Based on the chemical analysis of the growing medias, a growing media with mixtures of digestate and haylage characterizing as growing medias with a high content of nutrients and a low amount of hazardous metal was investigated. e examined growing media thus met the limits for organic and commercial fertilizers. Fertilizing effects of growing media with mixture of digestate an haylage can also be noted on increasing the proportion of macronutrients in the soil, reducing fertilization only throughout whole digestate.

PL

Podczas produkcji biogazu fermentacja beztlenowa bogatego w składniki pokarmowe materiału roślinnego skutkuje powstaniem tzw. pofermentu. Zastosowanie materiału bogatego w składniki odżywcze obecnego w pofermencie może mieć działanie nawozowe, zwłaszcza dla intensywnie użytkowanych gleb rolniczych oraz dla plonów, może wpływać na cykl składników odżywczych. Celem artykułu jest przedstawienie możliwości wykorzystania mieszanki pofermentu i sianokiszonki (wykorzystanie efektu nawozowego obu substancji), a jednocześnie przyczynienie się do poprawy właściwości agrochemicznych gleby. W pracy oceniono wpływ zastosowania mieszanki pofermentu i sianokiszonki na kiełkowanie i wczesne etapy rozwoju roślin. Artykuł dotyczy podstawowych mieszanek testowych pofermentu i sianokiszonki w proporcjach 10:1, 5:1 i 3:1 i porównuje wyniki z zastosowaniem całego pofermentu. Uproszczone statystycznie obliczone ilości wykazały, że wszystkie badane mieszanki mają lepsze działanie nawozowe w porównaniu z kontrolnymi podłożami uprawowymi. Na podstawie analizy chemicznej podłoży uprawowych zbadano podłoża uprawowe z mieszaniną pofermentu i sianokiszonki, charakteryzujące się jako podłoża uprawowe o wysokiej zawartości składników odżywczych i niskiej zawartości metali niebezpiecznych. Badane podłoża uprawowe spełniały tym samym limity dla nawozów organicznych i komercyjnych. Nawozowe efekty podłoży uprawowych mieszanką pofermentu i sianokiszonki można również zauważyć na zwiększenie udziału makroskładników w glebie, ograniczając nawożenie tylko w samym pofermencie.

10

Struvite precipitation from the liquid fraction of the digestate of a municipal waste biogas plant

Urbanowska Agnieszka, Polowczyk Izabela, Kabsch-Korbutowicz Małgorzata

Environment Protection Engineering

|

2021

|

Vol. 47, nr 4

85--99

EN

Currently, municipal waste biogas plant digestate is treated both as an alternative fertilizer and as a potential source of water. In practice, before advanced purification technologies, the liquid fraction of the digestate is subjected to pretreatment, aiming also at recovering the dissolved nutrients and making them into a concentrated fertilizer, e.g., by struvite precipitation. In this study, the possibility of struvite (MgNH4PO4 center dot 6H2O) precipitation from the liquid fraction of municipal digestate was determined. In the experiments, MgCl2 and NaH2PO4 were added to the treated solution as a complementary source of magnesium and phosphorus. Their doses were chosen to achieve the most favorable conditions for controlling struvite precipitation. The results obtained confirmed the possibility of struvite precipitation from the liquid fraction of municipal digestate. The process realized for pH 9.0, temperature 20-23 degrees C, molar ratio N:Mg:P = 5.13:1:1 and 1:1.1:1.1, reaction time 5 min with a stirring rate of 160 rpm, provides a high efficiency of struvite precipitation from the liquid fraction of digestate. From the viewpoint of process economics (less amount of reactants added with similar process efficiency), a molar ratio of N:Mg:P = 1:1.1:1.1 was found to be optimal for the reaction of precipitation.

11

Energetyczne wykorzystanie pofermentu z biogazowania gnojowicy świńskiej

Herkowiak Marcin, Wrzesińska-Jędrusiak Edyta, Łaska-Zieja Barbara, Waliszewska Bogusława, Myczko Andrzej

Przemysł Chemiczny

|

2020

|

T. 99, nr 6

848--851

PL

Przedstawiono wyniki badań wartości energetycznej pofermentu pochodzącego z monosubstratowej biogazowni rolniczej wykorzystującej jako jedyny substrat gnojowicę świńską. Wykonano symulację nakładów energetycznych na produkcję biopaliwa w postaci brykietu z wykorzystaniem pofermentu oraz słomy pszenżytniej. Uzyskane wyniki pozwoliły na sporządzenie bilansu energetycznego dla wykorzystania pofermentu na cele spalania. Wyliczono, że możliwy jest uzysk energii netto w ilości 5,85 MJ (1,63 kWh) z 1 kg biopaliwa w postaci brykietu.

EN

The energy expenditure on prodn. of briquetted biofuel made of a digestate from monosubstrate pig-manure biogasification plant and triticale straw was simulated and tested by detn. of combustion heat and calorific value (14.40 and 13.07 MJ/kg, resp.). The energy balance for the use of post-fermentation waste for combustion purposes was performed. The net energy efficiency was calculated as 5.85 MJ/kg (1.63 kWh/kg) of the briquetted biofuel.

12

Prosumenckie instalacje biogazowe do sanitacji gnojowicy oraz pozostałości poprodukcyjnych z przetwórstwa rolniczego

Myczko Andrzej, Sawiński Robert, Wrzesińska-Jędrusiak Edyta, Aleszczyk Łukasz, Łaska-Zieja Barbara

Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie

|

2019

|

T. 19, z. 1

19--36

PL

Małe prosumenckie instalacje biogazowe w rolnictwie powinny być wykorzystywane do metanowej fermentacji biomasy rolniczej, takiej jak odchody zwierzęce oraz pozostałości poprodukcyjne z gospodarstw rolnych i przetwórstwa, w celu pozyskania energii elektrycznej i cieplnej, ale przede wszystkim sanitacji odchodów zwierzęcych w celu zmniejszenia ich presji na środowisko. W artykule omówiono rolę instalacji prosumenckich w ograniczaniu zagrożeń środowiskowych ze strony gospodarstw rolnych, wyszczególniono najważniejsze czynniki wpływające na wybór technologii biogazowania w gospodarstwie rolnym, zaprezentowano rozwiązania instalacji z fermentatorami przystosowanymi do biogazowania substratów płynnych lub monosubstratów, a także przedstawiono możliwości zagospodarowania masy pofermentacyjnej. Wykazano, że prosumenckie instalacje biogazowe mają znaczenie w minimalizowaniu presji towarowej produkcji zwierzęcej na środowisko naturalne.

EN

The study discus the role of prosumer installations in limiting environmental threats from farm, specifies the most important factors affecting the selection of biogas technology in an agricultural holding, presents solutions for installations with fermenters adapted for biogasification of liquid substrates or monosubstrates, and presents the possibilities of digestate management. Small prosumer biogas installations in agriculture should be used for methane fermentation of agricultural biomass, such as animal discharges and post-production residues from farms and processing in order to obtain electricity and heat, but most importantly sanitation of animal manure in order to reduce their pressure on environment. It has been shown that prosumer biogas installations are important tools in minimizing the pressure of animal production on natural environment.

13

Ocena wybranych właściwości fizykochemicznych gleby nawożonej masą pofermentacyjną

Piątek Milena, Bartkowiak Anna

Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie

|

2019

|

T. 19, z. 1

55--66

PL

Masa pofermentacyjna z biogazowni rolniczej jest doskonałym nawozem organicznym w uprawie roślin. Wzbogaca glebę w łatwiej przyswajalne składniki pokarmowe, a także korzystnie wpływa na środowisko przyrodnicze poprzez zmniejszenie emisji szkodliwych gazów i odorów. Przeprowadzone badania miały na celu analizę właściwości fizykochemicznych gleby pod kątem zawartości azotu, fosforu, potasu oraz pH gleby nawożonej płynną masą pofermentacyjną i uzyskanymi z niej granulatami. W doświadczeniu wegetacyjnym wykorzystany został do nawożenia poferment z dwóch fermentatorów w formie świeżej masy (MPF1 oraz MPF2) oraz pozyskanych z niej granulatów (odpowiednio GCF1 i GCF2). Do badań użyto gleby z wieloletnich doświadczeń nawozowych: 0 (gleba nienawożona), NPK oraz CaNPK. W glebach nawożonych różnymi formami pofermentu stwierdzono istotne statystycznie zwiększenie zawartości azotu, fosforu i potasu oraz zmniejszenie kwasowości gleb. Analiza wykazała, że zarówno świeży poferment, jak i granulat wpływają korzystnie na właściwości fizykochemiczne gleby i mogą być stosowane jako nawóz w uprawie roślin.

EN

The digestate from agricultural biogas plant is an excellent organic fertilizer for plants. It enriches the soil with better digestible nutrients and also beneficial effects on the natural environment, including the reduction of harmful gases and odors. The research aimed at the analysis of the physicochemical properties of the soil, in terms of the content of nitrogen, phosphorus, potassium and soil pH fertilized with fresh digestate from agricultural biogas plant and granules obtained from it. In the vegetation experiment, a digestate from two fermenters in fresh form (MPF1 and MPF2) and granules obtained from it (GCF1 and GCF2, respectively) was used. Three soils from persistent fertilization experiments were selected for the study: 0 (non-fertilized soil), NPK and CaNPK. In soils fertilized with various forms of digestate, a statistically significant increase in the content of nitrogen, phosphorus and potassium and a decrease in soil acidity was found. The analysis showed that both the fresh digestate and the granulate obtained from it have a beneficial effect on the physicochemical properties of the soil and can be used as a fertilizer in the cultivation of plants.

14

Charakterystyka i metody zagospodarowania masy pofermentacyjnej powstającej w biogazowniach

Urbanowska Agnieszka, Kotas Paulina, Kabsch-Korbutowicz Małgorzata

Ochrona Środowiska

|

2019

|

Vol. 41, nr 1

39--45

PL

Poszukiwanie nowych źródeł czystej energii będzie powodować wzrost liczby biogazowni, a przez to ilości powstających w nich odpadów w postaci masy pofermentacyjnej. Dodatkowo proces fermentacji metanowej jest coraz częściej stosowaną metodą przeróbki frakcji organicznej odpadów komunalnych oraz osadów powstających w oczyszczalniach ścieków. Przetwarzanie, magazynowanie oraz transport ciekłego odpadu, jakim jest pozostałość pofermentacyjna, powstającego w biogazowniach przysparza wielu problemów, których zlekceważenie prowadzić będzie nie tylko do strat ekonomicznych, a także do degradacji środowiska. W pracy scharakteryzowano racjonalne metody zagospodarowania masy pofermentacyjnej powstającej w biogazowniach, poprzez odzyskiwanie z niej wody oraz substancji odżywczych, które mogą być wykorzystane rolniczo, bez potrzeby ich magazynowania. Ze względu na postępujący deficyt wody w rolnictwie, coraz częściej masę pofermentacyjną zaczyna się traktować nie tylko jako alternatywny nawóz, ale także jako potencjalne źródło wody. Zastosowanie odzyskanej wody do nawadniania upraw wymaga takiego jej oczyszczenia, aby zanieczyszczenia pochodzące z fermentowanej biomasy nie powracały do środowiska. Obiecujące rezultaty w tym zakresie mogą zapewnić procesy membranowe.

EN

The quest for new clean energy sources will result in growing numbers of biogas plants and, as an implication, rising amount of waste produced in the form of a digestate. Additionally, methane fermentation becomes a growingly popular treatment method of the organic fraction of both municipal waste as well as the precipitate from wastewater treatment plants. Treatment, storage, and transport of liquid waste, such as digestate from biogas plants involve numerous challenges. Not only may ignoring them lead to economic losses but also it may cause environmental degradation. The paper discusses efficient methods for digestate management through recovery of water and nutrients that can be then utilized in the agriculture thus eliminating the temporary storage requirement. Due to increasing water deficit in agriculture, the digestate often serves not only as an alternative fertilizer but also as a source of water. Application of the reclaimed water to crop irrigation requires its proper treatment preventing contaminants from coming back to the environment. Membrane processes could deliver promising results here.

15

Experimental studies of the prototype device for soil application of dehydrated digestate

Talarczyk Włodzimirz, Łowiński Łukasz, Mac Jarosław, Wojciechowski Jacek

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2019

|

Vol. 64, nr 1

44--49

EN

The experimental results of the prototype device for soil application of dewatered digestate, consisting of a modernized manure spreader and aggregated disc harrow, are presented. The main purpose of the tests were stress measurements in the harrow's frame structure and the hitch attached to the manure spreader's chassis. The results of measurements were found to be very consistent in real conditions with the results of strength analyzes carried out on the computational model. The work was carried out at the Industrial Institute of Agricultural Engineering in Poznań as part of the BIOSTRATEG 1/269056/NCBR/2015 project co-financed by the National Center for Research and Development under the Biostrateg program.

PL

Przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych prototypu urządzenia do doglebowej aplikacji odwodnionego pofermentu, składającego się ze zmodernizowanego rozrzutnika obornika i zagregowanej z nim brony talerzowej. Głównym celem badań były pomiary naprężeń w konstrukcji nośnej brony i zaczepie zamocowanym do podwozia rozrzutnika. Stwierdzono dużą zgodność wyników pomiarów w warunkach rzeczywistych z wynikami analiz wytrzymałościowych przeprowadzonych na modelu obliczeniowym. Prace przeprowadzono w Przemysłowym Instytucie Maszyn Rolniczych w Poznaniu w ramach projektu BIOSTRATEG 1/269056/NCBR/2015 dofinansowanego przez NCBR w ramach programu Biostrateg.

16

The Content of Heavy Metals in Waste as an Indicator Determining the Possibilities of Their Agricultural Use

Łapiński Dawid, Wiater Józefa, Szatyłowicz Ewa

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 4

225--230

EN

The aim of the study was to evaluate the available waste in view of the heavy metals and fractions thereof. Three waste materials were analyzed in the work, namely dried, granular sludge, digestate from agricultural biogas plant and ash after combustion of biomass from the combined heat and power plant, in terms of the content of heavy metals in them. Their mobility through fractional analysis was determined and the possibilities of their agricultural use were assessed. The analyzed waste was varied due to the pH. Biomass ashes had the highest pH and it was alkaline. The pH of the dried precipitate was neutral and digestate was slightly alkaline. In the analyzed wastes, the content of permissible concentrations of heavy metals determined in the Regulation of the Minister of the Environment was not exceeded. The content of individual elements varied and depends on the type of waste tested. The conducted sequential analysis showed that various metal fractions are present in the tested wastes. The content of heavy metals in individual factions was varied and the content of mobile and potentially mobile fractions, i.e. metals of fractions I and II, was lower compared to the non-mobile fractions III and IV.

17

Influence of Storage Conditions on a Quality of Pelletized Waste-Derived Fertilizer

Pawłowska Małgorzata, Bielińska Jolanta E., Kasprzycka Agnieszka

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 3

226--233

EN

A mixture of digestates from biogas plant and bottom ashes from biomass combustion can be a valuable source of nutrients and organic substances as well as an improver of the adsorption capacity and water-air properties of the soil. Pelletization of such a mixture makes its composition more stable and the handling easier. However, the properties of pelletized fertilizer are affected by the external factors. The paper presents the results of the research on the impact of air accessibility during the storage of fertilizer pellets produced on the basis of digestate from biogas plants, bottom ashes derived from the biomass combustion and mineral additives (quicklime, zeolite and bentonite) on their fertilizing properties, enzymatic activity and technical parameters, such as resistance to mechanical loads. The research showed that the fertilizers stored under the roof, exposed to the atmospheric air for 1 year, contained by 5.5% more water compared to the samples shielded from the air. These more humid fertilizers were also characterized by slightly higher nitrogen content and 1.7-fold lower enzymatic activity of dehydrogenases and 1.6-fold higher activity of phosphatases, but their resistance to mechanical loads, both static and dynamic was lower. On the other hand, the effects of storage conditions on the urease activity and the content of potassium, phosphorus and heavy metals were not observed. Generally, the storage of fertilizers in airtight containers is more advantageous, because under such conditions the changes in the fertilizing properties are insignificant, while their resistance to mechanical loads is much higher.

18

Exchange of Carbon Dioxide between the Atmosphere and the Maize Field Fertilized with Digestate from Agricultural Biogas Plant

Czubaszek Robert

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 1

145--151

EN

The aim of the research was to determine the exchange rate of carbon dioxide between the atmosphere and the maize field fertilized with the digestate from an agricultural biogas plant. The studies considered both the amount of net carbon dioxide emission which is the difference between the amount of this gas absorbed by vegetation and its amount emitted from the whole ecosystem of the field as well as the emission resulting only from the changes occurring in the soil. The CO2 emission from the entire field was measured by the eddy covariance method with a set of LI-7500A analyzer (LI-COR Biosciences, USA) for measuring the CO2/H2O concentration in air and 3-axis WindMaster ultrasonic anemometer (GILL, UK). The data from the analyzers were recorded at 10 Hz, while the CO2 streams were calculated using the EddyPro 5 software. The soil emission was determined with the chamber method using the automated ACE measurement system (ADC BioScientific, UK). Until the maize reached maturity, the study was carried out once a week, at 10.00 – 14.00. During each measurement day, the basic meteorological parameters were measured as well. The obtained results showed a clear relationship between the plants development phase and the size of the net CO2 exchange. The negative values of carbon dioxide streams, indicating the absorption of this gas from the atmosphere, were observed already in the case of plants with a height of approx. 25 cm, while the maximum values were reached after the release of panicles by maize. The carbon dioxide emission from soils, measured at the same time, was maintained throughout the entire research period at a similar low level, undergoing only slight fluctuations associated with variable soil moisture. The study showed that the maize field, almost throughout all growing season, can be treated as a sink of atmospheric carbon dioxide, reducing its emission from agriculture.

19

Dynamics of Nitrogen Transformations in the Soil Fertilized with Digestate from Agricultural Biogas Plant

Wysocka-Czubaszek Agnieszka

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 1

108--117

EN

The biogas production from dedicated crops creates an additional organic fertilizer which may, at least partially, substitute synthetic-N fertilizers. The digestates are characterized by an elevated NH4-N content; therefore, they may supply more readily-available N to the crops, compared to manures. Thus, the aim of the study was the analysis of N dynamics in the soil fertilized with the digestate from agricultural biogas plant fed mainly with maize silage with addition of poultry manure and potato pulp. A laboratory incubation experiment was conducted for 56 days and the soil was sampled from the field fertilized with the same digestate under the conditions of regular farming practices. In both the incubation experiment and the field study, the digestate supplied the soil in NH4-N. The inorganic-N transformation showed a similar overall pattern with some differences. In the incubation experiment, after the application of the digestate in the amount corresponding to the fertilizer dose of 170 kg N ha-1, the NH4-N content decreased rapidly during the first 14 days from 61.54±5.65 mg N kg-1 to 19.02±4.12 mg N kg-1 and then at the day 42 – to values close to zero. In contrast, the NO3-N content increased from 6.35±0.35 mg N kg-1 to 50.65±4.73 mg N kg-1 at day 14 and further to 79.06±13.95 mg N kg-1 at day 42. In the field, the elevation of the NH4-N content after digestate application was less pronounced as a consequence of lower application rate (114 kg N ha-1); however, the rapid drop in the ammonium-N content from 20.41±9.18 mg N kg-1 at day 0 to 14.80±9.75 mg N kg-1 at day 7 followed by a slow decrease until the day 56, was observed. The average soil NO3-N content was rather constant in the first 7 days after fertilization and the rapid nitrification occurred in next 49 days resulting in the nitrate-N increase to 32.97±24.46 mg N kg-1. The overall pattern of N dynamics in the soil fertilized with digestate was the same in the incubation experiment and under the field condition, even though the studied soils showed some dissimilarities. Rapid ammonium-N transformation to nitrate-N may create favourable conditions for nitrate leaching; therefore, the farm management techniques should be focused on nutrient recycling and N loss prevention.

20

Biogas Production from Raw Digestate and its Fraction

Czekała Wojciech

Journal of Ecological Engineering

|

2019

|

Vol. 20, nr 6

97--102

EN

The digestate from an agricultural biogas plant is most commonly used as a fertilizer. However, many studies are being performed to develop other ways of managing this substrate. The aim of this study was to determine the biogas and methane efficiency for digestate as well as the solid and liquid fractions from separation of digestate. The material for the research came from a real scale agricultural biogas plant. The separation of the digestate into two fractions was carried out using a mechanical press. The studies on the methane fermentation process were carried out under mesophilic conditions (37–39°C) in the Institute of Biosystems Engineering at the Poznań University of Life Sciences. It was found that the biogas and methane efficiency for the raw digestate and liquid fraction obtained from its separation is very low. For raw digestate it was 2.9 m3 of biogas from 1 Mg fresh matter (FM), including 1.58 m3 methane. For liquid fraction after separation, the biogas efficiency amounted to 1.52 m3 from 1 Mg, including 0.78 m3 of methane. In turn, for the solid fraction, the biogas efficiency was 102.93 m3∙Mg-1, including 54.99 m3∙Mg-1 of methane. The research results indicate that the possibility of using the digestate solid fraction for energy production (e.g. secondary methane fermentation) or the production of solid biofuels.