Bioavailability of nutrients and harmful elements in ash fertilizers:effect of granulation

Abstract Environmental policies of the European Union (EU) aim to increase the amount of renewable energy and to improve the use of waste streams. This will increase the amount of fly ash (FA) from biomass combustion, thereby increasing the need for its utilization. Biomass FA is a good fertilizer since it contains most of the nutrients that plants need. Sequential leaching would provide a more accurate assessment of the potential bioavailability of the harmful elements and nutrients than the pseudo-total and/or water-soluble concentration analysis that EU environmental legislation typically requires. This study investigated the effect of granulation and ammonium sulfate addition on the solubility and bioavailability of nutrients and harmful elements from peat and wood co-combustion FA by using sequential leaching and pseudo-total acid digestion. The recoveries of the easily bioavailable nutrients Ca, K, Mg, P, and S as well as the total bioavailability of Ca, K, Mg, and S reduced significantly after granulation. Therefore, granulation reduced the fertilizing effect of FA. The pseudo-total recovery of Ca, Mg, and S reduced after granulation, indicating that these types of FA form some very stable silicate compounds besides the common self-hardening products. Ammonium sulfate addition increased the recoveries of the easily bioavailable nutrients and total bioavailability recoveries of the Ca, K, and Mg back to the same levels as those in FA. The total bioavailability of the harmful elements As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn was very low, and this does not limit the usability of FA as a fertilizer

Maan rakenne osana perunamaan tuottavuutta ja ympäristönhoitoa:loppuraportti 31.08.2016

Tiivistelmä Perunantuotannossa maan käsittely on intensiivistä, joka yhdessä monokulttuurin kanssa aiheuttaa maan tiivistymistä ja sitä kautta ravinteiden huuhtoutumista ja sadon määrä- ja laatutappioita. Noin 40 prosenttia Suomen perunantuotannosta sijaitsee alueilla, joissa on happamia sulfaattimaita. Sulfaattimailla on usein suuret luontaiset typpivarat, jonka johdosta peruna saa liian paljon typpeä maaperästä kasvukauden loppuvaiheessa, jolloin perunan tuleentuminen viivästyy, joka heikentää perunan laatua. Tässä Maa- ja metsätalousministeriön (Makera) tutkimushankkeessa tutkittiin perunan kasvinvuorotuksen, maanmuokkausmenetelmien sekä metsä- ja puuteollisuuden sivutuotteina saatavan biohiilen, biotuhkan, kuitulietteen ja kuitusaven lisäämisen vaikutusta maan ravinnetilaan, vesitalouteen, tiivistymien estämiseen ja tiivistymien korjaamiseen sekä ravinteiden käyttökelpoisuuden parantamiseen. Toisena osiona tutkimushankkeessa tutkittiin menetelmiä eloperäisestä sulfaattimaasta mobilisoituvan typen sitomiseksi niin, ettei se viivästyttäisi perunan tuleentumista ja sitä kautta aiheuttaisi sadon laatutappioita. Pellon tiivistymistä osoittavat maan vedenjohtavuusmittaukset tehtiin Ksat-menetelmällä (painegradientti vakio) ja vedenpidätysmittaukset ali- ja ylipainemenetelmillä jankosta 30 cm syvyydeltä otetuilla rakenteellisilla maanäytteillä. Lisäksi juuristonäytteet ja pohjamaan rakennenäytteet otettiin 22 cm:n halkaisijaltaan olevalla teräslieriöllä 70 cm:n syvyyteen saakka. Maan tiivistymiä mitattiin myös penetrometrillä kolme kertaa kasvukauden aikana. Penetrometrin mittaustulos vakioitiin maan kosteuden perusteella mittaamalla maan kosteus percometrillä kolmesta eri syvyydestä. Maanparannusaineiden vaikutuksia maan ravinnepitoisuuteen tutkittiin sylinterikokeilla pellossa. Maalajiltaan ja olosuhteiltaan perunantuotantoon soveltuvilla pelloilla upotettiin maahan 50 cm:n halkaisijaltaan, pohjasta auki olevia lieriöitä, jonka pintamaahan sekoitettiin tutkittavana olevia maanparannusaineita. Kuhunkin lieriöön istutettiin kolme siemenmukulaa. Lieriössä kasvatettiin perunoita. Satomittauksen lisäksi ravinnemittauksia otettiin sekä mukulasadosta että maa-aineksesta. Maanmuokkausmenetelmät ja pohjamaahan lisätyt metsä- ja puuteollisuuden sivutuotteet vähensivät tiivistymiä, mutta niiden vaikutus kesti vain kaksi vuotta. Sen sijaan vilja- ja nurmiviljelykierrolla saatiin tiivistymiä vähennettyä pitkäaikaisesti. Erittäin tiivistyneessä pohjamaassa perunantuotannon monokulttuuripelloilla ei tiivistymiä voitu millään muokkausmenetelmällä parantaa. Kaikki suoritetut maanmuokkaustoimenpiteet vähensivät typen kulkeutumista pellolta valumaveden mukana. Jo pelkkä jankkurointi on vähentänyt typen huuhtoutumista, mutta maanparannusaineiden lisäykselläkin näyttäisi olleen lisäksi pieni typen huuhtoutumista vähentävä vaikutus. Jankkurointi ja metsäteollisuuden sivutuotteiden lisääminen pohjamaahan ei vaikuttanut koeruutujen perunasatoon, mutta kahden vuoden viljanviljelykierto paransi perunasatoa keskimäärin 5 t/ha ja nurmiviljelykierto keskimäärin 12 t/ha. Tulokset olivat tilastollisesti merkitseviä. Sylinterikokeen perusteella maanparannusaineiden vaikutukset maaperän ravinnetilaan eivät tässä tutkimuksessa olleet huomattavia, mutta selviä eroja käsittelyiden välillä kuitenkin oli. Kuituliete- ja kuitusavikäsittelyt nostivat maan pH-, P-, K-, Ca- ja Mg-pitoisuuksia eli ne vaikuttivat tehostavan ravinteiden liikkuvuutta, mutta oletettavasti korkean pH:n ja johtoluvun takia ravinteet eivät kulkeutuneet kasviin tai satoon. Kun pohjamaa on typpirikasta hapanta sulfaattimaata ja muokkauskerros on multamaata, ei typen mobilisaation haittavaikutuksia kyetty tutkimuksessa estämään muokkauskerrokseen sekoitetulla oljella, sahajauholla, tai perunapenkkien välikasviksi kylvetyllä ”typpisieppari”-kasvilla. Peruna kykenee käyttämään tehokkaasti hyväkseen kaiken saatavilla olevan typen ja siksi myöhään kasvukaudella saatavilla oleva typpi aiheuttaa ongelmia kasvuston tuleentumisen viivästymisen kautta. Hankkeen taloustutkimusosion mukaan ruokaperunantuotannossa yksivuotinen viljanviljelykierto kerran kolmessa vuodessa on juuri ja juuri kannattavaa, mutta erityisesti nurmiviljelykierto siten, että kolmannes perunantuotantoalasta nurmiviljelykierrossa, on hyvin kannattavaa. Tärkkelysperunantuotannossa, jossa kannattavuus perustuu enemmän suoraan hehtaarikohtaiseen tulotukeen kuin tuotteen myyntituloon, tarvitsisi viljelykiertoon kannustavan tuen

Comparison of standard methods for evaluating the metal concentrations in bio ash

Abstract The current growth strategy and environmental legislation of the European Union both aim to increase the amount of renewable energy and to improve the use of waste streams. These policies mean there will be an increasing need to utilise bio ash. Currently, Finland and Denmark are the only European countries with specific national legislation concerning bio ash use. Sweden has recommendations concerning the use of bio ash fertilisers. Besides having different limit values for harmful elements and nutrients in ash fertilisers, all these countries have different digestion methods that are allowed for element content determinations. This study compared the results of the five digestion methods (aqua regia, nitric acid, nitric/hydrochloric acids, nitric/hydrochloric/hydrogen fluoride acids, and lithium tetraborate fusion) established by Nordic authorities. Two Finnish peat-wood fly ash samples were studied. Our results indicate that the choice of digestion methods produces a significant difference in the obtained heavy metal or nutrient concentration of bio ash, especially regarding the potassium concentration

Reliability of biodegradation measurements for inhibitive industrial wastewaters

Abstract Industrial wastewaters may contain toxic or highly inhibitive compounds, which makes the measurement of biological oxygen demand (BOD) challenging. Due to the high concentration of organic compounds within them, industrial wastewater samples must be diluted to perform BOD measurements. This study focused on determining the reliability of wastewater BOD measurement using two different types of industrial wastewater, namely pharmaceutical wastewater containing a total organic carbon (TOC) value of 34,000 mg(C)/L and industrial paper manufacturing wastewater containing a corresponding TOC value of 30 mg(C)/L. Both manometric respirometry and the closed-bottle method were used in the study, and the results were compared. It was found that the dilution wastewaters containing inhibitive compounds affected BOD values, which increased due to the decreased inhibiting effect of wastewater pollutants. Therefore, the correct BOD for effluents should be measured from undiluted samples, while the diluted value is appropriate for determining the maximum value for biodegradable organic material in the effluent. The accuracy of the results from the blank samples was also examined, and it was found that the readings of these were different to those from the samples. Therefore, the blank value that must be subtracted may differ depending on the sample

Between political rhetoric and realpolitik calculations: Western diplomacy and the Baltic independence struggle in the Cold War endgame

Fifteen years after the Baltic SSRs' independence declarations, this article sheds new light on the Estonian, Latvian and Lithuanian struggle to regain statehood in the context of international relations between 1988 and 1991. Based on declassified archival sources from Western and Eastern archives, memoirs and official histories, it reveals the nature of 'Western' Baltic policies and analyses how (far) they impacted on the Soviet Union's demise. Second, the role universal normative values played in Western, Soviet and Baltic politics will be discussed in historical perspective; with the article concluding by offering some reflections on the general relationship between political rhetoric and foreign policy