Uvolňování dusíku a fosforu z termicky upraveného odpadu z masokostního separátu

Bc. Markéta Pohanková

Master's thesis

The Release of Nitrogen and Phospohorus from Thermaly Treated Slaughterhouse Waste

Abstract:

Biochar, materiál bohatý na uhlík, je vyráběný z biomasy pomocí termochemického procesu pyrolýzy. Pyrolýza zahrnuje ohřev biomasy bez přítomnosti kyslíku, při kterém dochází k uvolňování plynu, kapaliny a vzniku pevného produktu – biocharu. Biochar je v současnosti velkým tématem, jelikož ho lze připravit z celé řady organických materiálů a prezentuje se řadou velmi důležitých vlastností. Mezi tyto materiály patří i odpady z jatek a kafilerií. S narůstající produkcí masa se zvyšuje i objem odpadních kostí a dalšího odpadu živočišného původu. Bonechar neboli kostní uhlí (kostní biochar) se jeví jako vhodné východisko z této situace. Pro řešení diplomové práce byly navrženy následující hypotézy: Předpokládáme, že dusík a fosfor se z bonecharu, připraveného z jatečních odpadů uvolňují odlišně než po aplikaci minerálních hnojiv, ovlivňují tak tvorbu biomasy a obsah jmenovaných živin v nadzemní biomase ječmene jarního. Předpokládáme, že vlastnosti bonecharu ovlivní i přístupnost živin v půdě, zejména pak fosforu. Hlavním cílem této diplomové práce bylo definovat vliv aplikace biocharu z termicky zpracovaného masokostního separátu na uvolňování živin, konktrétně dusíku a fosforu a porovnat jej s variantami hnojenými minerálními hnojivy na zeminách ze dvou lokalit. Dalším z cílů bylo posoudit vliv bonecharu na výnos nadzemní biomasy ječmene jarního, na akumulaci živin v nadzemní biomase ječmene a na obsah přístupného fosforu v půdě při porovnání s variantami ošetřenými minerálními hnojivy. V teoretické části byly zpracovány informace z publikací zabývající se odpadním materiálem z jatečního průmyslu. Jsou zde shrnuty základní poznatky o biocharu, jeho vlastnostech, způsobu výroby a využití, zejména aplikací do půdy pro potenciální zlepšení vlastností půdy a pozitivnímu ovlivnění růstu rostlin. V experimentální části byl založen nádobový experiment. Jako pokusná rostlina byl vybrán ječmen jarní. Pro pokus byla použita zemina ze dvou lokalit (Kambizem – Žamberk, Fluvizem – Cítov), na každém typu půdy byly založeny varianty kontrolní, nehnojené, hnojené minerálním hnojivem a ošetřené biocharem. Po sklizni rostlin byly vzorky zváženy, usušeny a namlety. Následně v nich byl stanoven celkový obsah živin. Z nádob byly odebrány vzorky půd a v nich stanoven obsah přístupného P a hodnota pH. Výsledky chování pyrolyzovaných odpadních materiálů byly porovnány s chováním fosforečných hnojiv a s odbornou literaturou. V rámci experimentu se potvrdil pozitivní vliv bonecharu na růst a výnos nadzemní biomasy ječmene. Ve srovnání s kontrolní nehnojenou variantou se výnos biomasy po aplikaci bonecharu zvýšil 2,3x pro půdu Žamberk, pro půdu Cítov byl výnos nadzemní biomasy vyšší 1,2x. Nejvyšší celkový odběr dusíku biomasou ječmene byl u varianty s TSP pro oba typy půd, oproti kontrolní nehnojené variantě se zvýšil 1,7x pro půdu Žamberk, 1,2x pro půdu Cítov. Mezi variantami hnojenými TSP a bonecharem neexistuje žádný statisticky významný rozdíl. Vliv aplikace bonecharu na pH půdy nebyl potvrzen. V souladu s výsledky našeho pokusu byl zaznamenán vliv bonecharu na dostupnost fosforu u kyselé půdy Žamberk, kdy se zvýšil 2,7x oproti kontrolní nehnojené variantě. Aplikace bonecharu do alkalické půdy Cítov nezvýšila obsah přístupného fosforu v půdě ve srovnání s kontrolní variantou. Mezi kontrolní variantou a variantou s bonecharem neexistuje statisticky významný rozdíl. Termická úprava živočišného odpadu a jeho aplikace do půdy je smysluplná, ale vyžaduje další výzkum.

Abstract:

Biochar, a carbon-rich material, is produced from biomass by a thermochemical process called pyrolysis. Pyrolysis involves heating the biomass in the absence of oxygen and results in the release of gas, liquid and the formation of a solid by-product-biochar. Biochar is currently a big topic as it can be prepared from a wide range of organic materials. These materials include wastes from slaughterhouses and rendering plants. As meat production increases, so does the volume of waste bones. Bonechar or bone char appears to be a great solution to this situation. The following hypotheses were proposed to solve the thesis task. We expect that the properties of bonechar will also affect the availability of phosphorus in the soil. The main objective of this thesis was to define the effect of the application of biochar from thermally processed meat-bone meal on the release of nutrients (nitrogen and phosphorus), and to compare it with mineral fertilized variants. Another objective was to assess the effect of bonechar on the yield of barley biomass, on nutrient accumulation in barley biomass and on the available phosphorus content of the soil when compared with mineral fertilizer treated variants. In the theoretical part, a summary on waste material from the slaughter industry was prepared. Furthermore, biochar, its properties, production and use were described. In the experimental part, a vessel experiment was established. Barley was selected as the experimental plant. Soil from two locations (Kambizem - Žamberk, Fluvizem - Cítov) was used for the experiment, on each soil type were established variants of control, unfertilized, fertilized with mineral fertilizer and treated with biochar. After harvesting the plants, the samples were weighed, dried and ground. The total nutrient content was determined. Soil samples were taken from the containers and the available P content and pH were determined. The behavioural results of the pyrolysed waste materials were compared with the behaviour of phosphate fertiliser and with the literature. The experiment confirmed the positive effect of bonechar on the growth and yield of barley biomass. Compared to the control unfertilized variant, the biomass yield after bonechar application increased 2.3 times for the Žamberk soil, and the biomass yield was 1.2 times higher for the Cítov soil. The highest total nitrogen uptake by barley biomass was in the TSP variant for both soil types, compared to the control unfertilized variant it increased 1.7 times for the Žamberk soil, 1.2 times for the Cítov soil. There is no statistically significant difference between the variants fertilized with TSP and bonechar. The effect of bonechar application on soil pH was not confirmed. In accordance with the results of our experiment, the effect of bonechar on phosphorus availability was observed for the acidic soil Žamberk, when it increased 2.7 times compared to the control unfertilized variant. Application of bonechar to the alkaline soil of Cítov did not increase the content of available phosphorus in the soil compared to the control variant. There was no statistically significant difference between the control and the variant with bonechar. Thermal treatment of animal waste and its application to soil is meaningful but requires further research.

Keywords

bonechar, dusík, fosfor, ječmen jarní

Keywords

bonechar, nitrogen, phosphorus, barley

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 20. 5. 2024
• Supervisor: prof. Ing. Pavel Tlustoš, CSc. dr. h. c.
• Reader: Zuzana Fuksová, Bc., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Waste Technology