Typen ja fosforin määrityksiä biokaasulaitoksen mädätteestä spektrofotometrisellä menetelmällä

Kirjoittaja: Raisa Pajarinen

LAB-ammattikorkeakoulu toimii osatoteuttajana Waste4Soil – Improving food systems sustainability and soil health with food processing residues -hankkeessa, jossa pyritään muun muassa hyödyntämään ruoantuotantoprosessien sivuvirtoja maanparannusaineina (LAB University of Applied Sciences 2024).

LAB-ammattikorkeakoulun Mukkulankadun kiertotalouslaboratoriossa valmistettiin peltokoealoja varten ravinneseokset, joiden ainesosina käytettiin kaurankuoresta kiertotalouslaboratoriossa pyrolysoimalla valmistettua biohiiltä (Kuva 1), mäskin mädätyksessä syntynyttä rejektiä paikalliselta biokaasulaitokselta (Kuva 2) sekä läheiseltä kalankasvattamolta peräisin olevaa lietettä (Kuva 3).

Kuva 1. Biohiiltä sekoitusastiassa (Kuva: Raisa Pajarinen)

Kuva 2. Rejektiä mitta-astiassa (Kuva: Raisa Pajarinen)

Kuva 3. Kalalietettä sekoitusastiassa (Kuva: Raisa Pajarinen)

Ravinneseosten typpi- ja fosforipitoisuuksien haluttiin vastaavan koetilalla tavallisesti käytettävän lannoitteen pitoisuuksia, joten oikean sekoitussuhteen laskemista varten kalalietteestä ja biokaasulaitoksen mäskirejektistä täytyi määrittää typpi- ja fosforipitoisuudet, joista typen määrä oli ratkaisevampi lopullisia sekoitussuhteita laskettaessa. Kalalietteen pitoisuudet tilattiin ulkopuolisesta laboratoriosta, mutta rejektin pitoisuudet määritettiin LAB-ammattikorkeakoulun analyysilaboratoriossa spektrofotometrisellä menetelmällä Hachin kyvettitesteillä LCK 338 ja LCK 350. Spektrofotometri mittaa, kuinka paljon valoa vesinäyte absorboi valon kulkiessa sen läpi (Hach 2024b), joten optimaalinen näyte olisi kirkas ja väritön.

Biokaasulaitosten ympissä eli mädätteessä ja rejektissä eli mädätysjäännöksessä olevan sameuden ja värin epäiltiin saattavan aiheuttaa mittausepävarmuutta spektrofotometriä käytettäessä, joten menetelmän luotettavuutta kartoitettiin vertaamalla tuolloin saatavilla olleen mäskiympin kyvettitestien tuloksia akkreditoidun laboratorion tuloksiin. Kyvettitestien mukaan kokonaistypen määrä mäskiympissä oli 2,74 g/l ja akkreditoidulla menetelmällä saatu tulos samasta ympistä oli 3,1 (± 0,61) kg/m³. Fosforipitoisuudeksi saatiin kyvettitesteillä 0,382 g/l ja akkreditoidusta laboratoriosta 0,31 (± 0,05) kg/m³, joten tarkkuuden katsottiin olevan riittävä. Yksiköt g/l ja kg/m³ vastaavat toisiaan. Lisäksi käytettiin Hachin Addista-laadunvarmistusmenetelmää, jolla määrityksessä käytettyjen laimennosten voitiin varmistaa olevan onnistuneita (Hach 2024a). Ympistä oli tehty typen ja fosforin määrityksiä varten 10-, 20- ja 50-kertaiset laimennokset. 10-kertaisella laimennoksella tulos ylitti määritysrajan, joten tuloksissa huomioitavia olivat 20- ja 50- kertaiset laimennokset, joista Addistan tulosten perusteella valittiin laadukkain laimennos tulosten laskemiseen.

Lopullisissa ravinneseoksissa käytetyn rejektin kokonaistyppipitoisuudeksi saatiin kyvettitesteillä 2,52 g/l ja kokonaisfosforipitoisuudeksi 0,56 g/l. Ymppi ja rejekti erosivat toisistaan siltä osin, että aiemmin mitatun ympin väri oli lähes musta ja ravinneseoksissa käytetty rejekti oli harmaata (Kuva 2). Lisäksi rejektissä olevat mäskin jäämät oli pyritty hienontamaan sauvasekoittimella ennen kyvettitestien tekemistä. Rejektin 10-, 20- ja 50-kertaisille laimennoksille tehtiin myös laadunvarmistus Hachin Addistoilla LCA 703 ja LCA 708.

Sivuvirroista kierrätyslannoitteiksi

Ainesosista tehtiin kolmenlaisia ravinneseoksia:

• biohiili
• kalaliete ja rejekti
• biohiili, kalaliete ja rejekti.

Laskelmien mukaan yhdeksän neliömetrin kokoisille peltokoealoille tarvittiin biohiiltä 18 litraa, kalalietettä 2,25 litraa ja rejektiä 22,5 litraa, joten nestemäisten ravinneseosten sekoitus- ja kuljetusastioiksi valikoituivat suuret saavit. Kaurankuoresta tehty biohiili oli koostumukseltaan pöllyävää, ja biokaasulaitoksen mäskirejektin haju oli hyvin voimakas, joten ravinneseokset sekoitettiin ulkona moottoroidulla hengityssuojaimella varustautuneena. Sekoittamiseen käytettiin porakoneeseen kiinnitettyä sekoitusvispilää (Kuva 4). Ainesosat sekoittuivat kohtuullisen vaivattomasti toisiinsa (Kuva 5), mutta biohiilen havaittiin kerrostuvan rejektin pintaan yön yli seistessään. Saavit peitettiin kiristekalvolla ja toimitettiin maatilalle odottamaan levittämistä peltokoealoille (Kuva 6).

Kuva 4. Rejektin kaataminen mitta-astiaan, sekoitusastia ja sekoitukseen käytetty työkalu (Kuva: Raisa Pajarinen)

Kuva 5. Ainesosat sekoituksessa (Kuva: Raisa Pajarinen)

Kuva 6. Ravinneseokset ja biohiili kuljetettuina maatilalle odottamaan levitystä koealoille (Kuva: Raisa Pajarinen)

 

Lähteet

Hach. 2024a. Addista Multi parameter standard solution. Viitattu 6.6.2024. Saatavissa https://uk.hach.com/addista-multi-parameter-standard-solution/product?id=26370268893

Hach. 2024b. Portable, Laboratory and UV-VIS Spectrophotometers. Viitattu 6.6.2024. Saatavissa https://uk.hach.com/portable-lab-spectrophotometers

LAB University of Applied Sciences. 2024. Waste4Soil – Improving food systems sustainability and soil health with food processing residues. Viitattu 6.6.2024. Saatavissa https://lab.fi/fi/projekti/waste4soil-improving-food-systems-sustainability-and-soil-health-food-processing-residues

Kirjoittaja

Raisa Pajarinen työskentelee kehitysinsinöörinä LAB-ammattikorkeakoulun kiertotalouslaboratoriossa.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/fi/photo/1441069 (CC0)

Julkaistu 17.6.2024

Viittausohje

Pajarinen, R. 2024. Typen ja fosforin määrityksiä biokaasulaitoksen mädätteestä spektrofotometrisellä menetelmällä. LAB Pro. Viitattu pvm. Saatavissa https://www.labopen.fi/lab-pro/typen-ja-fosforin-maarityksia-biokaasulaitoksen-madatteesta-spektrofotometrisella-menetelmalla/

This project has received funding from the European Union’s Horizon Europe Research and Innovation programme under Grant Agreement n° 101112708.