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Keywords
- Bodenphysik (1)
- Gärreste (1)
- Lagerungsdichte (1)
- Organische Bodenhilfsstoffe (1)
- Pellets (1)
- anaerobic digestion (1)
- digestate treatment (1)
- organic household waste (1)
- pellets (1)
- soil amendment (1)
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BTU
The input of biowaste material in biogas plants has increased in the recent years. With that comes a certain amount of residues that can potentially be applied as organic soil amendment in order to recycle nutrients and to maintain and improve soil functions. The aim of this article is to give an impression of preliminary results of our study on characteristics of solid fermentation residues from different German biogas plants using organic waste material as main input substrate. A fundamental analysis shall reveal information such as material composition, nutrient and heavy metal concentration and impurity content. These characteristics are compared to existing data on composts and residues from organic waste treatment and will be evaluated in the context of organic amendment application.
The structural degradation of agricultural soils is an increasing problem of our times caused by intense land use. The treatment of soils with organic amendments shall maintain and improve long-term soil fertility. Solid residues from anaerobic digestion of municipal organic waste are rich in nutrients and organic matter and have a promising potential to be used as soil amendment. Less is known about characteristics of solid residues from organic waste digestion as composting of organic waste materials is still common. Before digestion residues can be applied to soils they need to be conditioned as they have a high impurity content (especially plastic bags and packaging materials) and need to meet the requirements of German regulation on biowaste (Bioabfallverordnung). Our research is investigating on conditioning methods for solid residues of municipal organic waste digestion with regard to the potential effect of products on soil structure, soil water regime and nutrient supply. Investigations have been made with different digestion residues from lab scale, semi-industrial and industrial scale biogas plants. Conditioning methods have been tested using our in-lab treatment facilities consisting of a drying, composting, sieving and pelletizing unit. Preliminary results show that drying and pelletizing measures influence hydrophobicity of digestion residues. As water repellency directly affects water flow and soil moisture this is a determining parameter regarding the amendment performance of conditioned products.
Influence of soil amendments made from digestate on soil physics and the growth of spring wheat
(2016)
Every year 13 million tons of organic wastes accumulate in Germany. These wastes are a potential alternative for the production of energy in biogas plants, especially because the financial subventions for the cultivation of renewable resources for energy production were omitted in 2014. The production of energy from biomass and organic wastes in biogas plants results in the accumulation of digestate and therefore causes the need for a sustainable strategy of the utilization of these residues. Within the scope of the BMBF-funded project ‘VeNGA - Investigations for recovery and nutrient use as well as soil and plant-related effects of digestate from waste fermentation’ the application of processed digestate as soil amendments is examined. Therefore we tested four different mechanical treatment processes (rolled pellets, pressed pellets, shredded compost and sieved compost) to produce soil amendments from digestate with regard to their impact on soil physics, soil chemistry and the interactions between plants and soil. Pot experiments with soil amendments were performed in the greenhouse experiment with spring wheat and in field trials with millet, mustard and forage rye.
After the first year of the experiment, preliminary results indicate a positive effect of the sieved compost and the rolled pellets on biomass yield of spring wheat as compared to the other variations. First results from the
Investigation on soil physics show that rolled pellets have a positive effect on the soil properties by influencing size and distribution of pores resulting in an increased water holding capacity. Further ongoing enhancements of the physical and chemical properties of the soil amendments indicate promising results regarding the ecological effects by increased root growth of spring wheat.
Die starke Beanspruchung unserer Böden durch intensive Landnutzung führt weltweit zur stetigen Degradation der organischen Substanz in Böden, was mit einem Rückgang des Bodenlebens und der Bodenfruchtbarkeit einhergeht. Um die Bodenfunktionen zu schützen und besonders die Produktivität von Böden langfristig zu gewährleisten, bedarf es der Rückführung von organischer Substanz. Neben klassischen Strategien (Kompost/Dung/Gülle-Einträge) stellen auch organische Abfälle der Lebensmittelproduktionund -verwertung aus Industrie und privaten Haushalten einen wertvollen Rohstoff dar, der zur Anreicherung oder Wiederaufbau von Bodenhumus genutzt werden kann. Im Rahmen des von der ILB geförderten EFRE-StaF-Projektes Gärprodukte aus Bioabfällen für die Landwirtschaft als Element einer nachhaltigen Ernährungswirtschaft und Energiebereitstellung soll das Potenzial bewertet werden, das mittels Rollagglomeration hergestellte Gärrestpellets besitzen, um Stickstoff und Kohlenstoff in Böden anreichern zu können.Darüber hinaus soll die Technologie der Pelletherstellung optimiert werden, wobei der Schwerpunkt auf der gezielten Zugabe von organischen und mineralischen Zuschlagsstoffen liegt. Untersucht werden Gärreste aus der Bioabfallvergärung (Pfropfenstromfermenter) mit einer nachgelagerten Kompostierung im Labor-Technikum unter Zugabe von Zuschlagsstoffen (Melasse, Holzkohle, Bentonit, etc.) bei der Pelletierung. Das Abbauverhalten der so hergestellten Gärrestpellets im Boden wird mit Hilfe eines Säulenversuchs unter Berücksichtigung von Bodenart, Ausbringtiefe, Ausbringmenge, Boden-pH, Bodenfeuchte, Perkolationsrate, Temperatur, etc. betrachtet. Dabei liegt der Fokus auf der Freisetzung von Kohlenstoff und Stickstoff sowohl im Eluat als auch in der Bodenluft. Bisherige Ergebnisse zeigen, dass die Gärreste durch Pelletierung deutlich abbaustabiler werden und der Abbau der Gärrestpellets durch die Zuschlagsstoffe gezielt beeinflusst werden kann. Des Weiteren besitzen die pelletierten Gärreste verbesserte Lager-, Transport-und Applikationseigenschaften, die besonders bei der ökonomischen Bewertung des Produkts sich als positiv darstellen.
The structural degradation of agricultural soils is an increasing problem of our times caused by intense land use. The treatment of soils with organic amendments shall maintain and improve long-term soil fertility. Solid residues from anaerobic digestion of municipal organic waste (MOW) are rich in nutrients and organic matter and have a promising potential to be used as soil amendment. Our research investigates the characteristics of differently treated amendments produced from MOW digestate. We want to know how long these amendments are present in the soil and which amendment type contributes most to nutrient provision after application. Results were obtained using four different MOW digestate amendments of one origin (loose, pelletized and agglomerated) during a 24-hours shaker-experiment and a bag-experiment on grassland, which was subsequently sampled over 21 months. Results show that short-term element leaching is higher from loose amendment and small agglomerates, probably caused by higher surface area und lower stability of these amendments. Biggest degradation effects can be seen 7 months after application to soil. However, all four amendments are still present after 21 months. Pelletized amendments are more degradation resistant than loose amendment, which may be advantageous regarding long-term effects e.g. on water holding capacity. In turn, loose material delivers a higher share of small organic particles to soil and may therefore have a higher contribution to humus development.
In Germany, biowaste is used in more than 100 biogas plants and has increasing potential as a fermentation substrate. To optimise waste cycle management organic digestates should be redistributed and innovative products for soil amendment of agricultural areas could be developed. The BMBF-funded VeNGA project seeks to find answers on how to improve the properties of soil amendments produced from fermentation residues. Here, we report findings from our study that focuses on plant growth and soil development. Within a three-month rhizotron experiment, the influence of differently prepared fermentation residues on the root development of summer wheat was investigated. The four variants of the prepared digestate (rolled pellet, pressed pellet, shredded, loose) were tested under constant conditions in the greenhouse on two soils with different
textures (sandy and loamy-sand). All fermentation residues originated from the same batch and were composted before the preparation to ensure adequate hygienisation. Depending on preparation type and soil substrate significant differences in root growth and root development have been observed. Plant growth was most intense in the rhizotron experiment with the loose digestate, indicating high nutrient availability due to the large surface area of the organic matter. Plant growth in the substrate with the rolled and pressed pellets was less pronounced, indicating a more persistent stability of the pellets. In rhizotrons applied with rolled and pressed pellets root growth into the mineral fabric was significantly lower in sandy substrate than in the loamy-sand. However, in the sandy substrate root growth within the rolled pellets was
more intense than in the substrate with the pressed pellets. Obviously, the different production techniques of the
pellets seem to have an influence on the rooting of the pellets and facilitate the long term stability of soil organic carbon. Furthermore, the comparison of the two different textures indicate, that sandy substrates benefit more from the positive effects of soil amendments on increased water retention than loamy substrates.
Soil conditioners produced by anaerobic digestion and subsequent composting of organic household waste, bear the
potential to improve unproductive farmland together with a reduced input risk of unwanted pollutants into the soils.
Within the VeNGA project (http://www.biogas-network.de/venga), soil conditioners from anaerobically digested
organic household waste are tested for their potential to increase plant growth in glasshouse and field experiments.
Because the production techniques of these soil conditioners may influence their physical and chemical behaviour in the soil, two different techniques for pelletizing the soil conditioners where applied. We present findings from a
pot experiment with cereal that has been sampled after two months for micromorphological analyses.We visualize the decomposition and the physical behaviour of the soil conditioners. Pellets produced in an agglomeration mixer
result in dense balls, that are only slightly decomposed after the trial. But the soil conditioners created under
pressure in a screw extruder are rich in voids and have the potential of retaining more soil water.
Bioabfälle sind eine wertvolle Ressource, welche laut Kreislaufwirtschaftsgesetzt (KrWG) möglichst umfassend genutzt werden sollte. Hierfür bietet sich neben der aeroben Kompostierung der Einsatz von kommunalen Bioabfälle in Biogasanlagen an, wodurch neben dem stofflichen zusätzlich ein energetisches Recycling erfolgt. Um Gärreste im natürlichen Stoffkreislauf ganzheitlichen bodenbezogen einsetzen zu können, müssen rechtliche Qualitätsanforderung der Bioabfallverordnung (BioAbV) und der Düngeverordnung (DüV) eingehalten werden, was eine nachgelagerte Aufbereitung der Gärreste bedingt. Dabei ist die Landwirtschaft schon heute der Hauptabnehmer der bei der Bioabfallbehandlung erzeugten Komposte und Gärreste.
Bedingt durch das heterogene Ausgangsmaterial Bioabfall und der anaeroben Behandlungsmethode unterscheiden sich die entstehenden Bioabfallgärreste von klassischen organischen Düngern (Mist, Kompost und Klärschlamm). Über die bodenphysikalische Wirkung aufbereiteter Bioabfallgärreste ist wenig bekannt, da der Fokus bei Abfallstoffen bisher eher auf den chemischen und biologischen Parametern liegt. Gemeinhin wird eine positive bodenphysikalische Wirkung bei Zuführung von organischer Substanz impliziert. Diese Annahme zu prüfen, ist Forschungsgegenstand dieser Arbeit.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wirkung von vier unterschiedlich aufbereiteten Gärrestprodukten aus der Bioabfallvergärung auf die bodenphysikalischen Kennwerte in einem dreijährigen Feldversuch und fünf Gefäßversuchen (sandiger Boden) untersucht. Die verwendeten Gärrestsubstrate entstammen einer zweistufigen Biogasanlage und wurden im Nachgang nochmals kompostiert sowie teilweise pelletiert. Zur Charakterisierung des Einflusses der Gärrestprodukte auf die bodenphysikalischen Kennwerte wurden an gestörten und ungestörten Bodenproben aus dem Feldversuch sowie den Gefäßversuchen die Parameter Textur, Lagerungsdichte, Kennwerte der Wasserbindung, gesättigte Wasserleitfähigkeit und Luftleitfähigkeit unter Laborbedingungen bestimmt.
Die Applikation von aufbereiteten Bioabfallgärreste auf landwirtschaftlichen Nutzflächen führt zu einer Zunahme des Gehalts an organischer Substanz im Boden und kann damit positiv auf die bodenphysikalischen Eigenschaften wirken. Innerhalb des dreijährigen Feldversuches und der Gefäßversuche konnten jedoch keine signifikanten Effekte der aufbereiteten Gärrestprodukte auf die bodenphysikalischen Kennwerte festgestellt werden. Da die Wirkung organischer Dünger auf physikalische Bodeneigenschaften sowohl von der applizierten Menge als auch von der Versuchsdauer abhängen, sind Effekte voranging in Langzeitversuchen festzustellen, was bei zukünftigen Versuchsdesignen beachtet werden sollte.