Printer Friendly

Assessing the amount of chemical elements in biodegradable agricultural wastes and ash/Cheminiu elementu kiekio bioskaidziose zemes ukio atliekose ir ju pelenuose vertinimas.

Ivadas

Bioskaidzios zemes ukio atliekos susidaro visuose zemes ukio sektoriuose. Didziausi bioskaidziu atlieku kiekiai yra gyvulininkystes ir paukstininkystes sektoriuose. Pagrindine siu atlieku dali sudaro meslas.

Meslas--grynos gyvunu ismatos arba ju misinys su kraiku. Tai viena svarbiausiu organiniu trasu. Priklausomai nuo jame esanciu sausu medziagu (tarp ju ir kraiko) kiekio, meslas gali buti skystas, pusiau skystas ar tirstas. Pastarasis yra pats geriausias ir tinkamiausias tresti, maziausiai tersiantis aplinka.

Meslo, kaip organines trasos, naudojimas labai pagerina dirvos struktura, praturtina ir mikroorganizmais, ir maisto medziagomis, skatina humuso susidaryma. Mesle esanciu maisto medziagu kiekis ir santykis priklauso nuo jo rusies, kraiko kiekio ir kt.

Gyvulines kilmes atliekos, naudojamos kaip organine trasa, gali kelti rimtas aplinkosaugos problemas. Pavirsiniai vandenys gali buti uztersti is meslo isplaunant jame esancias medziagas i griovius, ezerus, upes. Tokie tersalai, kaip nitratai, druskos, patogenai, gali nesunkiai uztersti ne tik pavirsinius, bet ir pozeminius vandenis.

Intensyvios gyvulininkystes fermose gali kilti nemazai su aplinkosauga susijusiu problemu, tokiu kaip dirvu pertresimas ar vandens tarsa (Abelha et al. 2003; Bolan et al. 2004).

Meslo naudojimas laukams tresti yra ne vienintelis jo tvarkymo budas. Mokslininke B. P. Kelleher ir kt. (2002) darbe detaliai isnagrinejo galimus meslo tvarkymo budus. Sios ir kitu mokslininku darbuose (Abelha et al. 2003; Lundgren, Pettersson 2009) minima, kad meslas gali buti naudojamas kaip atsinaujinantis energijos saltinis.

Brangstant energetiniams istekliams, atlieku naudojimas energijos gavybai vis placiau naudojamas pasaulyje (Lietuvos Respublikos ... 2007). Zemes ukio objektuose susidarancios bioskaidzios atliekos (meslas) gali buti naudojamos kaip alternatyvus kuras zemes ukio ar kitiems objektams apsildyti (Cepanko et al. 2008; Iwanick 2009; Abelha et al. 2003). Is sauso ir skysto meslo galima gaminti skirtingu rusiu energija.

Siuo metu pasaulyje placiai nagrinejamas anaerobinis bioskaidziu atlieku skaidymas (Kvasauskas, Baltrenas 2009; Angelidaki, Ellegaard 2003; Janusauskas 2003). Anaerobinis organiniu medziagu skaidymas mikroorganizmais yra procesas, kurio metu gaminasi biodujos metano (55-65 %) ir anglies dioksido (35-45 %) misinys. Isgautos dujos naudojamos standartizuotose elektros ir silumos gavimo irenginiuose, faktiskai analogiskuose gamtiniu duju kogeneracinems jegainems (elektros ir silumos gamybos blokuose).

Biologinei degradacijai alternatyvus organiniu atlieku tvarkymo budas yra tiesioginis ju deginimas siekiant isgauti silumos ar kombinuota silumos ir elektros energija.

Isgauta siluma ir elektros energija gali buti naudojama ukio pastatu energetinems reikmems tenkinti ar platesniu mastu. Is meslo isgaunant energija sprendziama meslo tvarkymo, taip pat nemaloniu kvapu problema, mazinamas poveikis aplinkai.

Zemes ukio atlieku fizines ir chemines savybes gali skirtis priklausomai nuo atlieku kilmes. Del kai kuriu atlieku savybiu gali kilti problemu jas deginant. Del palyginti zemo silumingumo, kuris yra 5-10 % mazesnis nei medienos, arkliu meslas yra peleningesnis, jame esancios azoto (N), sieros (S) ir chloro (Cl) koncentracijos didesnes nei tradicinio medienos kuro. Didelis peleningumas gali sukelti degimo proceso sutrikimus del nuosedu susidarymo degimo sistemoje, pritaikytoje tik medienos kurui (Lundgren, Pettersson 2009). Kalio, natrio, magnio, kalcio sarmai ir silicis (Si[O.sub.2]) yra labai svarbus pelenu komponentai susidarant slakui.

Vistu mesle, lyginant su kitos rusies meslu, yra didziausi kiekiai cheminiu junginiu. 1 lenteleje pateiktos vistu meslo charakteristikos.

Kaip teigia ispanu mokslininke Guerra-Rodriguez et al. (2001), vistu mesle yra daug organines medziagos (85,38 %). Musu salyje vistu meslo sudetis gali buti kitokia.

Gyvulininkystes ir paukstininkystes atliekas sudaro gyvuliu ir pauksciu ismatos, kraikas (medienos drozles, siaudai ir t. t.), serimo atliekos ir kt. Visos sios priemaisos gali stipriai pakeisti pelenu sudeti. Meslo pelenuose randamas didelis kiekis kalio (K)--4-6 %, jei kraikui naudojami siaudai. Taciau medienos drozliu naudojimas gerokai sumazina K kieki pelenuose ir jis siekia tik apie 1,5 %.

Pauksciu meslas turi zema pelenu lydymosi temperatura. Remiantis penkiais skirtingais tyrimais mokslininkas P. Abelha ir kt. (2003) nustate, kad pauksciu meslo pelenu lydymosi temperatura yra 658,9[degrees]C. Si pelenu savybe gali sudaryti problemu, kai naudojamos groteliu ir verdancio sluoksnio degimo sistemos del slaku susidarymo. Tokie parametrai, kaip degimo temperatura, oro maisymas ir dregmes kiekis, turi buti palaikomi artimi optimalioms salygoms, kad efektyviai veiktu deginimo irenginiai. Proceso metu susidaro pelenai, kuriuose issilaiko toks pats fosfatu ir kalio karbonato kiekis kaip ir svieziame vistu mesle. Organinis azotas degimo metu ismetamas i atmosfera azoto oksidu (NOx) pavidalu (Cepanko et al. 2008).

Pelenai yra stabilus, sterilus, lengvai tvarkomi ir transportuojami, todel labiau vertinami nei organines trasos (Shijun Zhu et al. 2007).

Aukstatemperaturinis terminis meslo ardymas sukoncentruoja elementus ir maisto medziagas pelenuose. Nors degimo metu prarandamas azotas ir organines medziagos, taciau misinyje dar randama silicio, kalio, magnio, kalcio, aliuminio, gelezies, titano, natrio ir sieros.

Koncentruotas elementu kiekis meslo pelenuose sumazina transportavimo ir laikymo kaina, mazesne mase pagerina tvarkyma, taigi sios charakteristikos rodo, kad pelenus naudinga naudoti trasoms vietoje sviezio meslo.

Tyrimu tikslas--nustatyti, kaip pasikeicia cheminiu elementu kiekis, sudeginta mesla naudojant kaip energetini saltini.

Metodika

Tyrimams pasirinktas triju rusiu meslas: vistu, arkliu ir galviju (1 pav.). Pries deginant meslas dziovintas naturaliomis salygomis (lauke) ant tinkliniu dziovyklu.

[FIGURE 1 OMITTED]

Tyrimams paimta po 12 kg kiekvienos rusies dziovinto meslo. Meslas degintas 25 kW kieto kuro deginimo irenginyje (2 pav.). Meslas buvo sudetas i pakura (2) ir uzdegtas. Degimui pagerinti buvo reguliuojamas i pakura tiekiamo pirminio ir antrinio oro kiekis per 1 ir 3 angas (2 pav.). Sudegus visam meslui is pelenu salinimo dalies (1) paimti pelenu meginiai elementu sudeciai nustatyti.

Paemus deginti skirto meslo meginius, nustatytas ju dregnumas, reikalingas peleningumui nustatyti. Taip pat nustatytas meslo peleningumas, siekiant ivertinti, kiek sumazeja sudeginto meslo kiekis.

[FIGURE 2 OMITTED]

Kad butu galima nustatyti, kokiu cheminiu elementu yra tirtame vistu, arkliu ir galviju mesle ir kaip ju kiekis pasikeicia mesla sudeginus, buvo atlikta meslo ir jo pelenu (paimtu sudeginus mesla) meginiu analize.

Dregnio kiekio nustatymas

Meginiai buvo imami i biuksus ([empty set] 50 mm, h = 30 mm), kurie kartu su dangteliu buvo dziovinami 1 valanda 105[+ or -]2[degrees]C temperaturoje, paskui atvesinti eksikatoriuje.

Isdziovinti biuksai su dangteliais pasverti analitinemis svarstyklemis (matavimo ribos 0-320 g, matavimo tikslumas [+ or -]0,00005 g ) 0,0001 g tikslumu.

Bandiniai pincetu buvo imami po 1 g, dedami i biuksus ir uzkemsami. Bandinys tolygiai paskleidziamas ant biukso dugno (0,2 g/cm2). Biuksas su bandiniu pasveriamas.

Paskui atkimstas biuksas dedamas i dziovinimo spinta kartu su dangteliu ir dziovinamas 105[+ or -]2[degrees]C temperaturoje iki pastovios mases. Po dziovinimo uzkimstas biuksas eksikatoriuje atvesinamas ir pasveriamas.

Dregmes kiekis, kaip bandinio mases procentine israiska, nustatomas pagal formule:

D = [m.sub.2] - [m.sub.3]/[m.sub.2] - [m.sub.1] x 100, (1)

cia D--meginio dregnis, %; [m.sub.1]--biukso su dangteliu mase, g; [m.sub.2]--biukso su dangteliu ir bandiniu pries dziovinant mase, g; [m.sub.3]--biukso su dangteliu ir bandiniu po dziovinimo mase, g.

Gauti matavimu rezultatai apskaiciuojami nustacius dvieju bandiniu dregmes kiekio aritmetini vidurki.

Peleningumo nustatymas

Meginio pelningumui nustatyti i 2 pasvertus tiglius dedama apie 2 g (0,0001 g tikslumu) smulkiai sutrintos tiriamosios medziagos. Tigliai su meginiu statomi i mufelines krosnies priekine dali ir laukiama, kol meginys apangles. Po to tigliai perkeliami i galine krosnies dali ir kaitinami 2 valandas 800[+ or -]50 oC temperaturoje. Po dvieju valandu tigliai isimami ir dedami i eksikatoriu, palaukiama, kol atves, ir vel pasveriami. Sveriama stengiantis, kad tigliai su pelenais kuo trumpiau butu atvirame ore. Peleningumas (%) apskaiciuojamas pagal formule

PE = ([P.sub.1] - P) x 100/[P.sub.2] x (100 - D) x 100, (2)

cia P--tiglio mase, g; [P.sub.1]--tiglio su pelenais mase, g; [P.sub.2]--meginio pradine mase, g; D--meginio dregnis, %.

Rezultatas apskaiciuojamas vidurkinant dvieju bandiniu rezultatus.

Elementu sudeties nustatymas

Bandiniu elementu analize atlikta Vilniaus universiteto Chemijos institute. Analizei naudotas prietaisas "EVO 50 XVP" ("Carl Zeiss SMT AG") su energijos dispersijos ir bendru dispersijos rentgeno spinduliu spektrometrais (Oksfordas, Jungtine Karalyste).

Rezultatai ir ju analize

Eksperimentiniais tyrimais buvo nustatyta, kaip pasikeicia cheminiu elementu kiekis vistu (3 pav.), arkliu (4 pav.) ir galviju (5 pav.) mesle ji deginant.

3 paveiksle pateikti vistu meslo ir jo pelenu elementu analizes duomenys, is kuriu matyti, kad degimo procese visu elementu kiekiai sumazeja.

Beveik puse (463,5 g is 1 kg sausos mases) vistu meslo mases sudaro anglis (C)--tai yra organine meslo dalis, lemianti degimo kokybe. Kuo daugiau organines medziagos yra mesle, tuo daugiau energijos is jo galima gauti, naudojant mesla kurui. Sudeginto 1 kg vistu meslo pelenuose nustatytas C kiekis buvo 9,06 g. Atsizvelgiant i apie 50 kartu sumazejusi C kieki, galima spresti, kad degimas buvo kokybiskas, nes likes C kiekis buvo labai mazas, lyginant su mokslininko P. Abelha ir kt. (2003) duomenimis, kurie nustate, kad deginant vistu mesla is bendro jame buvusio anglies kiekio liko tik 1,7 %. Siais tyrimais nustatyta, kad po deginimo liko 1,95 % anglies, lyginant su pradiniu pries deginima buvusiu jo kiekiu.

Azoto kiekis, esantis deginamoje medziagoje, lemia azoto oksidu susidaryma degimo metu. Kadangi po deginimo vistu meslo pelenuose azoto nebuvo nustatyta, vadinasi, visas mesle buves azoto kiekis degimo proceso metu oksidavosi ir sudare dujinius atmosferos tersalus azoto oksidus (Smith 1993).

Kuo deginamoje medziagoje daugiau deguonies ([O.sub.2]), tuo maziau papildomo deguonies reikia degimui palaikyti, kad medziaga visiskai oksiduotusi. Tirtame vistu mesle deguonies kiekis sudare apie 1/3 kg sausos mases.

Vistu mesle nustatyti kai kuriu mikroelementu natrio (Na), magnio (Mg), aliuminio (Al), silicio (Si) bei kalio (K) nedideli kiekiai. Augalams labiausiai reikalingu elementu--kalio ir fosforo (P)--kiekiai degimo metu sumazejo atitinkamai apie 3 ir 2,5 karto. Taip pat vistu mesle ir jo pelenuose rasta ir sunkiuju metalu--mangano (Mn), gelezies (Fe), titano (Ti). Sunkieji metalai pateke i aplinka, neigiamai veikia augalus ir gyvuosius organizmus (Idzelis et al. 2006). Deginant vistu mesla, jame buve sunkiuju metalu Ti ir Fe kiekiai sumazejo atitinkamai 4 ir 3 kartus, o Mn kiekis nepakito. Ti ir Fe kiekiu mazejima galejo lemti siu metalu isnesimas i aplinka su kietosiomis dalelemis.

Mokslininko P. Abelha ir kt. (2003) atlikta vistu meslo pelenu analize parode, kad pelenuose buvo Ca, K, Fe, Mn ir Si. Taip pat labai mazais kiekiais buvo rasta Zn, Cu, Cr, P, S, Ti ir Ni. Siu mokslininku nustatyti cheminiai elementai vistu mesle sutampa su siuo tyrimu nustatytais, taciau ju kiekis gali skirtis.

Kadangi dalis sunkiuju metalu ar kitu elementu gali buti is pakuros isnesami kartu su kietosiomis dalelemis, mokslininkas P. Abelha ir kt. (2004) nustate, kad vistu mesla deginant kartu su durpemis, kietuju daleliu isnesimas dumu srautu sumazejo 22 %. Toks sumazejimas buvo todel, kad durpiu daleles yra sunkesnes nei vistu meslo ir jos daug sunkiau isnesamos su dumu srautu i aplinka.

Atlikus galviju meslo elementu analize nustatyta, kad siame mesle yra maziausias kiekis anglies, lyginant su vistu ir arkliu meslu. Taip pat ir galviju meslo pelenuose anglies liko daugiausia--2,23 %.

Azoto kiekis galviju mesle buvo 28 % mazesnis nei arkliu mesle. Taigi, didziausias kiekis azoto buvo vistu mesle, o maziausias--arkliu mesle.

Tirtame galviju mesle, kaip ir vistu bei arkliu, deguonies kiekis sudare apie 1/3 kg sausos mases.

Galviju mesle nustatyti kai kuriu mikroelementu Mg, Al, Si ir K--nedideli kiekiai. Taciau siame mesle natrio nerasta. Si kiekis galviju mesle buvo apie 10 g mazesnis nei arkliu mesle. K ir P kiekiai degimo metu sumazejo atitinkamai apie 1,1 ir 2 kartus. Galviju mesle ir jo pelenuose rasta Fe. Ti ir Mn galviju mesle nustatyta nebuvo, taciau nedideli ju kiekiai rasti galviju meslo pelenuose leme, kad po degimo pelenuose elementai buvo koncentruoti.

Isvados

1. Deginant bioskaidzias zemes ukio atliekas (mesla), anglies kiekis jose sumazeja daugiau nei 90 %.

2. Atliekose esanciu sunkiuju metalu kiekiai po degimo nereiksmingai sumazeja (apie 10-20 %), jie pasisalina i atmosfera kartu su degimo dumuose esanciomis kietosiomis dalelemis.

3. Vistu, arkliu ir galviju mesle esantis azotas degimo metu oksiduojasi i NOx, taigi azotas degimo procese prarandamas.

4. Augalams reikalingiausiu kalio ir fosforo elementu kiekiai degimo metu sumazeja apie 2-3 kartus, taciau pelenuose jie lieka koncentruociau nei svieziame mesle.

doi: 10.3846/mla.2010.090

Literatura

Abelha, P.; Gulyurtlu, I.; Boavida, D.; Seabra Barros, J.; Cabrita, I.; Leahy, J.; Kelleher, B.; Leahy, M. 2003. Combustion of poultry litter in a fluidised bed combustor, Fuel 82: 687-692.

Angelidaki, I.; Ellegaard, L. 2003. Codigestion of Manure and Organic Wastes in Centralized Biogas Plants, Biochemistry and Biotechnology 109: 95-105. doi:10.1385/ABAB:109:1-3:95

Bolan, N. S.; Wong, L.; Adriano, D. C. 2004. Nutrient removal from farm effluents, Bioresource Technology 94: 251-260. doi:10.1016/j.biortech.2004.01.012

Cepanko, V.; Buinevicius, K.; Pszczola, J. 2008. Investigation and estimation of exhaust gas emission from fermentable waste combustion, in The 7th International Conference Environmental Engineering, May 22-23, 2008 in Vilnius, 100-107.

Guerra-Rodriguez, E.; Diaz-Ravina, M.; Vazquez, M. 2001. Cocomposting of chestnut burr and leaf litter with solid poultry manure, Bioresource Technology 78: 107-109. doi:10.1016/S0960-8524(00)00159-0

Idzelis, R. L.; Greiciute, K.; Paliulis, D. 2006. Investigation and evaluation of surface water pollution with heavy metals and oil products in Kairiai military ground territory, Journal of Environmental Engineering and Landscape Management 14(4): 183-190.

Iwanick, A. 2009. Biomass Equipment Options for Steam and Power, in International Biomass Conference and Expo, May 4-6, 2009, Mineapolis, Minnesota, 5.

Janusauskas, R. J. 2003. Bioduju gamyba is zemes ukio ir maisto pramones atlieku, Energetika 4: 102-106.

Keleher, B. P.; Leahy, J. J.; Henihan, A. M.; O'Dwyer, T. F.; Sutton, D.; Leahy, M. J. 2002. Advances in poultry litter disposal technology, Bioresource Technology 83: 27-36. doi:10.1016/S0960-8524(01)00133-X

Kvasauskas, M; Baltrenas, P. 2009. Research on anaerobically treated organic waste suitability for soil fertilisation, Journal of Environmental Engineering and Landscape Management 17(4): 205-211. doi:10.3846/1648-6897.2009.17.205-211

Lietuvos Respublikos ukio ministerija. 2007. Taikomasis mokslinio tyrimo darbas "Biologiskai skaidziu atlieku tvarkymo Siauliu regione priesprojektiniai pasiulymai, iskaitant techniniekonomini pagrindima". 53 p.

Lundgren, J.; Pettersson, E. 2009. Combustion of horse manure for heat production, Biorecource Technology 100: 3121-3126. doi:10.1016/j.biortech.2009.01.050

Shijun Zhu, S.; Lee, S. K.; Hargrove, G. 2007. Prediction of combustion efficiency of chicken litter using an artificial neural network approach, Fuel 86: 877-886.

Smith, K. R. 1993. Fuel Combustion, Air Pollution Exposure, and Health: The Situation in Developing Countries, Annual Review of Energy and the Environment 18: 529-566. doi:10.1146/annurev.eg.18.110193.002525

Rasa Kvasauskiene (1), Pranas Baltrenas (2)

Vilniaus Gedimino technikos universitetas

El. pastas: (1) rasa.kvasauskiene@vgtu.lt; (2) p.balt@vgtu.lt
Table 1. Characteristics of poultry litter (Guerra-Rodriguez
et al. 2001)

1 lentele. Vistu meslo charakteristikos (Guerra-Rodriguez
et al. 2001)

Parametrai                       Kietas vistu meslas

Organines medziagos kiekis, %           85,38
pH                                       8,8
Dregme, %                               48,69
Bendras azotas, %                       3,56
Neorganinis azotas, %                   1,74
Amoniakas, %                            1,76
[P.sub.2][O.sub.5], %                   0,71
[K.sub.2]O, %                           3,79

Fig. 3. Comparison of chemical composition in 1 kg dry poultry
litter and in ashes of 1 kg burned dry poultry litter

3 pav. 1 kg sausame vistu mesle esanciu cheminiu elementu kiekio
(g) ir sudeginus 1 kg sauso vistu meslo likusiuose pelenuose
esanciu cheminiu elementu kiekio palyginimas (g)

       Vistu meslas     Vistu meslo pelenai

C        463,50               9,06
N         67,10               0,00
O        353,10              36,16
Na         3,10               1,27
Mg         5,80               3,11
Al         1,10               0,53
Si         5,50               3,43
P         16,60               6,88
S          7,00               1,69
Cl         7,10               1,61
K         30,60               9,97
Ca        36,10              20,15
Ti         0,30               0,07
Mn         0,20               0,22
Fe         2,90               0,86

Note: Table made from bar graph.

Fig. 4. Comparison of chemical composition in 1 kg dry horse manure
and in ashes of 1 kg burned dry horse manure

4 pav. 1 kg sausame arkliu mesle esanciu cheminiu elementu kiekio
(g) ir sudeginus 1 kg sauso arkliu meslo likusiuose pelenuose
esanciu cheminiu elementu kiekio palyginimas (g)

      Arkliu meslas     Arkliu meslo pelenai

C        482,30            8,65
N         42,90            0,00
O        358,90           35,15
Na         0,60            0,22
Mg         8,00            2,43
Al         2,00            0,76
Si        43,30           12,86
P         15,00            3,82
S          2,80            0,51
Cl         1,50            0,16
K         24,30            7,43
Ca        13,90            9,96
Ti         0,50            0,07
Mn         0,40            0,17
Fe         3,70            0,81

Note: Table made from bar graph.

Fig. 5. Comparison of chemical composition in 1 kg dry livestock
manure and in ashes of 1 kg burned dry livestock manure

5 pav. 1 kg sausame galviju mesle esanciu cheminiu elementu kiekio
gramais ir sudeginus 1 kg sauso galviju meslo likusiuose pelenuose
esanciu cheminiu elementu kiekio gramais palyginimas

       Galviju meslas     Galviju meslo pelenai

C         455,70             10,17
N          59,70              0,00
O         388,60             51,87
Na          0,00              0,00
Mg          8,90              3,52
Al          1,70              0,94
Si          34,50            17,27
P           9,20              4,67
S           2,70              0,76
Cl          2,30              0,69
K           4,00              3,68
Ca         28,20             16,00
Ti          0,00              0,06
Mn          4,30              2,20
Fe

Note: Table made from bar graph.
COPYRIGHT 2010 Vilnius Gediminas Technical University
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2010 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Author:Kvasauskiene, Rasa; Baltrenas, Pranas
Publication:Science - Future of Lithuania
Article Type:Report
Geographic Code:4EXLT
Date:Sep 1, 2010
Words:2773
Previous Article:Possibilities of using stone wool waste in composting/Akmens vatos atlieku panaudojimo galimybes kompostuoti.
Next Article:Possibilities of combined heat and power production in Siauliai region/Elektros ir silumos gamybos bendrame cikle pletros galimybes Siauliu regione.
Topics:

Terms of use | Copyright © 2018 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters