Nutrient balance of a two-phase solid manure biogas plant

So called "dry fermentation" prototype plants for anaerobic digestion of organic material containing 15-50 % total solids show added advantages compared to slurry digestion plants (Hoffman 2001): Less reactor volume, less process energy, less transport capacity, less odour emissions. However on-farm dry fermentation plants are not common and rarely commercially available. Recent on-farm research (Kusch & Oechsner 2004) and prototype research (Linke 2004) show promising technical solutions for dry fermentation batch reactors on-farm. The Biodynamic Research Institute in Järna developed a two-phase on-farm biogas plant. The plant digests manure of dairy cattle and organic residues originating from the farm and the surrounding food processing units containing 17.7-19.6 % total solids. A new technology for continuously filling and discharging the hydrolysis reactor was developed and implemented. The output of the hydrolysis reactor is separated into a solid and liquid fraction. The solid fraction is composted. The liquid fraction is further digested in a methane reactor and the effluent used as liquid fertiliser. Initial results show that anaerobic digestion followed by aerobic composting of the solid fraction improves the nutrient balance of the farm compared to mere aerobic composting. Composted solid fraction and effluent together contain about 70 % of total input nitrogen and 94 % of input NH4. The manure that was merely aerobic digested contained about 51 % of total input nitrogen and 3.9 % of input NH4. Additionally anaerobic digestion improves the energy balance of the farm producing up to 269 l biogas kg-1 volatile solids or 1,7 kWh heat kg-1 volatile solids

Two phase continuous digestion of solid manure on-farm: design, mass and nutrient balance

During the last decade some so called ‘dry fermentation’ prototype plants were developed for anaerobic digestion of organic material containing 15-50 % total solids. These plants show added advantages com-pared to slurry digestion plants: Less reactor volume, less process energy, less transport capacity, less odour emissions. However on-farm dry fermentation plants are not common and rarely commercially available. This paper reports about an innovative two phase prototype biogas plant designed for continuous digestion of solid dairy cattle manure

Käyttöveden riittävyys ja laatu maatalouden suurissa tuotantoyksiköissä

Vuosina 2002 ja 2003 satoi Suomessa keskimääräistä vähemmän. Useilla maatiloilla, joillakäyttöveden lähteenä on vain oma kaivo, oli ongelmia veden riittävyydessä. Tilojen kaivot kuivuivatja viljelijät joutuivat miettimään vedenkäyttöään. Veden käytön rajoittaminen on kuitenkin vaikeaa,sillä vettä tarvitaan tilalla moniin välttämättömiin toimintoihin, kuten eläinten juomavedeksi jamaidonkäsittelyyn liittyvien laitteiden ja tilojen pesuun.Kotieläintiloille suunnattu kyselytutkimus tehtiin maalis-huhtikuussa 2004. Siinä selvitettiintilojen veden käyttöä, käyttöveden lähteitä ja laatua, vesimäärän mahdollisista vaihteluista johtuviaongelmatilanteita sekä kuivuuden vaikutusta tilojen pesu- ja juomaveden käyttöön. Kyselynkohderyhmäksi valittiin maidontuotantotilat, joilla oli yli 40 lypsylehmää, naudanlihantuotantotilat,joilla oli yli 100 nautaa, broilerinlihantuotantotilat, joilla oli yli 40 000 lintua sekä yli 1000lihasikapaikan tai yli 100 emakon sikatilat. Kysely lähetettiin 430 tilalle.Kyselytutkimukseen vastasi 92 maatilaa (vastausprosentti 21). Maatiloista 35 % käyttitoimintoihinsa vain oman kaivon vettä. Vain kunnallista vesijohtovettä käytti 38 % tiloista.Kunnallinen vesi oli oman kaivon lisäksi varavesilähteenä 22 % tiloista. Muutama tila kuuluivesiosuuskuntaan.Veden laatututkimus oli tehty 13 rengaskaivosta, joista kahdeksassa veden laatu ei olluttäyttänyt sosiaali- ja terveysministeriön (STM) asettaman laatuvaatimuksia jonkin laatuparametrinosalta. Porakaivoista oli tutkittu 12. Kaikissa kaivoissa oli jokin tekijä, joka ei täyttänyt STM:nlaatuvaatimuksia.Eläinten juomaveden ja tilojen pesuveden kulutus riippui eläinmäärästä ja tuotantosuunnasta.Kyselytutkimukseen vastanneista tiloista suurimmalla osalla ei ollut vedestä pulaa, vaikkakäyttövetenä oli vain oman kaivon vesi. Ongelmatiloilla kuiva ajanjakso oli aiheuttanut kaivoissaveden pinnan huomattavaa laskua sekä jopa kaivoveden loppumista. Veden säästötoimenpiteiksimainittiin esim. lypsylaitteiston pesuveden kierrätys sekä likaisten pintojen liotus ennen pesua taitilojen pesukertojen vähentäminen. Monilla maatiloilla ei veden käyttöä voitu enää vähentää, koska seon jo tehokasta. Osa maatiloista halusi lisätä oman kaivovetensä käyttöä kustannustenpienentämiseksi. Porakaivojen rakentaminen oli ratkaissut useassa tapauksessa vedenriittävyysongelman, mutta tuonut mukaan veden laatuongelmia

Biogas aus Festmist – eine neue Technologie zu Schließung des Nährstoff- und Energiekreislaufes auf dem landwirtschaftlichen Betrieb

The Biodynamic Research Institute in Järna developed at the farm Yttereneby a two phase biogas plant. The plant digests manure of dairy cattle and organic residues originating from the farm and the surrounding food processing units containing 17,7 - 19,6 % dry matter. A new technology for continuously filling and discharging the biogas reactor was developed and implemented. Digestion residues are separated into a solid fraction for composting and into a liquid fraction. The solid fraction is suitable for aerobic composting. Initial results show that anaerobic digestion and following aerobic composting of the solid fraction improves the nitrogen balance of the farm compared to mere aerobic composting. Composted biogas plant residues and effluent together contain 70,8 % of input Ntot and 93,3 % of input NH4, merely aerobic digested manure 51,3 % Ntot and 3,9 % NH4 only. Additionally anaerobic digestion improves the energy balance of the farm producing up to 269 l biogas kg-1 VS or 1,7 kWh heat kg-1 VS

Nutrient balance of a two-phase solid manure biogas plant

vo

Peruna- ja vihannesjätteen käsittely ja käyttö maatilalla

Peruna- ja vihannestiloilla muodostuu kasvijätettä keskimäärin 50 000 tonnia vuodessa. Tämän lisäksi huomattava määrä jätettä muodostuu perunan ja juuresten kuorimotoiminnasta. Kuorimoillakuorittavasta raaka-aineesta 30-40% joutuu jätteeksi. Peruna- ja vihanneskuorimojäte ajetaan pääosin pelloille tai käytetään eläinten rehuna. Kasvijäte tulisi käsitellä ennen peltolevitystä, esimerkiksikompostoimalla tai mädättämällä. Käsittelemättömän kasvijätteen käyttöä rajoittavat mahdolliset jätteessä olevat kasvitaudit ja rikkakasvinsiemenet. Jätteen varastointiin tilalla tulisi kiinnittäähuomiota, jottei siitä aiheutuisi päästöjä maaperään eikä pinta- ja pohjavesiin. Tehokas tapa hyödyntää peruna- ja vihanneskuorimojätettä on sen käyttö eläinten rehuna.Peruna- ja vihannesmassa on hyvää ravintoa nautaeläimille sellaisenaan, mutta sioille se on kuumennettava. Rehukäytössä ratkaistavia asioita ovat mm. juuresmassan ja muun rehun seossuhde,jätteen säilyvyys, kuljetus ja käytetty ruokintamenetelmä. Peruna- ja vihanneskuorijätteen rehukäyttöä olisi järkevää lisätä. Rikkakasvien siemenet leviävät mullan ja multaa sisältävien jätteiden mukana.Kompostoimattoman mullan levittäminen eri vihanneslohkolle voi edistää ongelmalajien leviämistä. On tärkeää, että joko multaa sisältävät jätteet käsitellään niin, että siemenet menettävät elinkykynsä,tai multa sijoitetaan sellaisiin kohteisiin, joissa siemenet eivät aiheuta ongelmia. Siementen elinkyvyn vähentämiseksi vihannesten mukana tullut multa olisi kompostoitava tai vanhennettava.Kompostoinnin jälkeenkin multa on turvallisempaa levittää viljakierrossa olevalle kuin vihanneskierrossa olevalle lohkolle. Riskien minimoimiseksi ulkomaista alkuperää oleva multakannattaa sijoittaa siten, että vähäinenkään määrä rikkakasvien siemeniä ei päädy peltoon. Vihanneksissa ja perunassa esiintyvien kasvitautien aiheuttajia ovat patogeeniset sienet,bakteerit, virukset ja ankeroiset. Parhaiten kasvitaudin aiheuttajat tuhoutuvat komposteissa tai muulla käsittelyllä, jossa lämpötila nousee riittävän korkeaksi. Riittävä hygienisoituminen kasvipatogeeniensuhteen saavutetaan, kun kompostin lämpötila on useita viikkoja yli 40 oC tai viikon ajan yli 70 oC. Lämpötilan lisäksi kasvitautien tuhoutumiseen vaikuttavia tekijöitä kompostissa ovat kompostinkosteus, kompostissa lisääntyvien hajottajamikrobien tuottamat toksiset yhdisteet kuten orgaaniset hapot ja ammoniakki, soluja liuottavat entsyymit ja antibiootit.Hyvin toimivalla kompostoinnilla voidaan saada peruna- ja vihannesjätteestä käyttökelpoista maanparannusainetta. Huomiota on kiinnitettävä tuotteen raaka-aineisiin, alkuperään,käsittelymenetelmiin, tuotteen asianmukaiseen käyttöön sekä jäljitettävyyteen. Peruna- ja vihanneskuorimon jätteet ja jätevedet -hankkeessa on tutkittu kasvijätteen osaltakuorimojätteen kompostoitumista astia-, rumpu- sekä aumakomposteissa sekä lopputuotteen laatua. Lisäksi on selvitetty kuorimojätteen rehukäyttöä, varastointia ja säilyvyyttä

Kuivalannan kaksivaiheinen jatkuvatoiminen mädätys maatilalla: Reaktorin rakenne sekä aine-, ravinne- ja energiataseet

Viime vuosikymmeninä on maatiloille kehitetty muutamia kuivamädätyslaitosten prototyyppejä. Kuivamädätyslaitosten etuja, verrattuna lietteiden mädätyslaitoksiin, ovat pienempi reaktorin koko, prosessienergian kulutus ja kuljetustarve sekä pienemmät hajukaasupäästöt. Kuivamädätyslaitokset eivät kuitenkaan ole yleistyneet maatiloilla, koska reaktorin syöttö- ja tyhjennysvaiheet ovat olleet hankalia toteuttaa. Tässä esitetään uudenlainen kaksivaiheinen tilatason biokaasulaitos, joka on jatkuvatoiminen ja jolla mädätetään lypsykarjan kuivalantaa. Lypsykarjatilalta tuleva kuivalanta siirretään hydraulisella raapalla hydrolyysireaktorin syöttökanavaan, josta se puristetaan hydrolyysireaktorin yläosaan. Reaktori on vinossa, 30° kulmassa, ja sen tehollinen tilavuus on 53 m3. Tuore materiaali sekoittuu muuhun materiaaliin painovoiman avuilla. Viipymäaika on 22 - 25 päivää 38 °C:ssa, minkä jälkeen materiaali poistetaan reaktorin alaosasta laatikon avulla. Osa materiaalista putoaa kuljetusruuvin alapuolella olevaan puristimeen, missä erotetaan toisistaan kiinteä ja nestemäinen jae. Toinen osa johdetaan takaisin syöttökanavaan ja syötetään tuoreen lannan sekaan. Kiinteä jae, joka saadaan puristimesta, kompostoidaan lantalassa. Nestemäinen jae kerätään ja pumpataan metaanireaktoriin, jonka tehollinen tilavuus on 17 m3. Nestemäinen jae, altaasta ja metaanireaktorista, palautetaan osittain syöttöputkeen, tukkeutumisen estämiseksi. Mädätetty neste pumpataan 15 - 16 päivän hydraulisen viipymäajan jälkeen varastosäiliöön. Vertailukokeessa kompostoitiin rinnakkain käsittelemätöntä lantaa sekä hydrolyysireaktorista tulevaa kiinteää jaetta.Biokaasulaitos tuotti kaasua keskimäärin 52 m3 vuorokaudessa, suurin mitattu saanto vuorokaudessa oli 91 m3 biokaasua tai metaanin määränä ilmaistuna 0,17 m3 CH4 orgaanista kuiva-ainekiloa kohti. Kiinteä jae sisälsi 73 ± 2 % syötetystä orgaanisesta kuiva-aineesta ja nestemäinen mädätysjäännös 10 ± 2 %. Kompostoitu kiinteä jae ja nestemäinen mädätysjäännös sisälsivät yhteensä 70 – 81 % kuivalannan kokonaistyppimäärästä ja 94 – 111 % kuivalannan ammoniumista. Kokonaistyyppihäviö oli 19 - 29 %. Lannan kompostoinnissa ammoniumhäviö oli 96 % ja kokonaistyyppihäviö 30 – 48 %. Tuotetusta metaanista kului keskimäärin 76,3 % prosessin lämmittämiseen ja enimmillään 56 % tuotetusta energiasta (305 kWh d-1) oli käytettävissä maatilan lämmitykseen. Kaksivaiheinen biokaasureaktorin prototyyppi on toimiva ratkaisu Ytterenebyn maatilan ja läheisen elintarvikeyrityksen orgaanisen jätteen käsittelyyn. Biokaasulaitoksen rakenteessa on otettu huomioon uusimmat tutkimustulokset. Prosessioptimoinnin jälkeen taloudellinen arviointi on tarpeellista arvioitaessa uuden tekniikan kilpailukykyä

Uusi kaivo vai vanhan kunnostus?

vo

Metisilliiniresistentin Staphylococcus aureus (MRSA) -bakteerin seulontamenetelmän validointi

Tämä työ tehtiin Elintarviketurvallisuusvirasto Eviran antibioottiresistenssilaboratoriolle. Opinnäytetyön tavoitteena oli validoida metisilliiniresistentin Staphylococcus aureus (MRSA) -bakteerin seulontamenetelmä sian sierainlimanäytteille. Menetelmä on Euroopan yhteisön referenssilaboratorion ohjeen ’Laboratory protocols, Isolation of MRSA from dust samples’ 2nd Ed 2009 mukainen. Menetelmä on kvalitatiivinen. Validoinnin suureina olivat toteamisraja, uusittavuus ja toistettavuus, sensitiivisyys ja spesifisyys sekä virhenegatiivi-suus ja -positiivisuus. Validoinnissa siirrostettiin, siansierainlimanäytetikkuihin keinotekoisesti kolmea eri pitoisuut-ta MRSA -bakteeria. MRSA -maljalla kasvavat tyypilliset pesäkkeet varmennettiin PBP´2-testillä sekä PCR:llä. Lisäksi tutkittiin kahdeksan vertailututkimusnäytettä sekä kaksikym-mentä rutiininäytettä. Kaikissa siirrostetuissa näytteissä todettiin MRSA -bakteeri lukuun ottamatta kahta näytettä, joihin siirrostettu bakteerimäärä oli 100 pmy ja 1000 pmy. Uusittavuus ja toistettavuus olivat yhteneväisiä kahden laborantin kesken. Virhepositiivisia ei ollut ja virhenegatiivisia oli kaksi. Vertailututkimusnäytteiden tuloksissa oli yksi virhenegatiivinen. Tulosten mukaan. mene-telmä soveltuu MRSA -bakteerin seulontaan sian sierainlimanäytteistä.This Bachelor’s thesis was carried out for the Antibiotic Resistant Laboratory of Finnish Food Safety Authority Evira. The purpose of the study was to validate the screening meth-od of the methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) from pig nasal swab sam-ples. The method followed the guidelines of the European Community reference laboratory manual ' Laboratory protocols, Isolation of MRSA from dust samples”2nd Ed 2009. The method is qualitative. The specifications of the validation were the detection limit, reproduc-ibility and repeatability, sensitivity and specificity, as well as false positivity and negativity. For this validation the nasal swabs were artificially inoculated with three different inoculation levels of MRSA. The samples were cultured according the protocol. Typical colonies were confirmed by PBP'2 -test and PCR. In addition, eight reference samples and twenty routine nasal swab samples were examined. MRSA was found in all of the inoculated swab samples, except for two samples. These samples were inoculated with the bacterial count of 100 cfu and 1000 cfu. Reproducibility and repeatability were similar between the two laboratory technicians. There were two false negative samples and no false positive samples. There was one false negative sam-ple among the reference samples. On the basis of the results the method is suitable for screening of MRSA from pig nasal swab sample

Vesi ei saa loppua

vo