Change search
Link to record
Permanent link

Direct link
BETA
Publications (10 of 75) Show all publications
Rodhe, L., Ascue, J., Tersmeden, M. & Pizzul, L. (2019). Ammonia emissions from storage: non-digested and digested cattle slurry, with and without acid.
Open this publication in new window or tab >>Ammonia emissions from storage: non-digested and digested cattle slurry, with and without acid
2019 (English)Report (Other academic)
Alternative title[sv]
Ammoniakavgång från flytgödsellager : orötad och rötadnötflygödsel, med och utan surgörning
Abstract [en]

The study concerns acidification at the beginning of storage to reduce ammonia emissions during storage. The aim of the study was to evaluate the reduction of ammonia emissions by the acidification of cattle slurry, digested and non-digested, in storage under summer conditions.

Cattle slurry (CS) and digested cattle slurry (DCS) were taken from a dairy farm with a digester plant. The sulphuric acid required for acidification to pH 5.5 was determined by titration before the pilot-scale experiment began. In the pilot-scale experiment, each slurry type was divided into two containers. One batch was acidified to pH<5.5 by adding sulphuric acid (96%) slowly with gentle mixing. The other batch was not acidified. During acidification, the pH was measured frequently and the total amounts of acid added were noted. Temperatures were measured during the four-month storage period with loggers at 0.1 m from the bottom and 0.1 m from the surface of each container. Data were continuously recorded hourly.

Ammonia emissions were measured using a micrometeorological mass balance method with passive flux samplers. There were five measuring periods during the warm storage period from May to August. The length of the measuring periods ranged from 3 to 14 days, with the shortest period at the start of storage.

On a pilot scale, the acid consumption for reaching pH< 5.5 was 1.1 L/m3 for CS and 6.2 L/m3 for DCS. The change in pH after acidification was rather limited and the pH stayed <6 throughout the four-month storage period for both CS and DCS.

On a laboratory scale, more acid was needed to reach pH 5.5, and the pH increased more, with less buffering, than on a pilot scale. The reasons for this could be higher temperatures, frequent mixing, small volumes, and the use of diluted acid on a laboratory scale compared with on a pilot scale. On a laboratory scale, it was possible to show differences in acid demand between slurry types, but the amounts of acid needed seem to be different (higher) compared with pilot scale.

The estimated cumulative NH3-N emissions corresponded to about 19% of total-N for CS and about 26% of total-N for DCS. The estimated cumulative NH3-N emissions were about the same as a percentage of TAN for CS and for DCS (57.8 and 53.9% respectively).

Emissions from the acidified batches of slurry were overall negligibly low. The addition of acid decreased ammonia emissions very effectively, for both CS and DCS.

Abstract [sv]

Denna studie handlar om hur surgörning av flytgödsel vid start av lagringen kan minska ammoniakavgången under lagringsperioden maj till augusti. Målet var att bestämma minskningen av ammoniakavgången genom att surgöra nötflytgödsel, både orötad och rötad och se effekten jämfört med gödsel utan syratillsats.

Flytgödsel (CS) och rötad nötflytgödsel (DCS) hämtades från en mjölkkogård med en biogasanläggning. För att få ett riktvärde för den syramängd som skulle åtgå för att sänka pH hos respektive gödseltyp till 5,5, utfördes titreringar i laboratorium innan uppstart av lagringsförsöket i pilotskala. Lagrings­anläggningen bestod av fyra behållare á 3 m3. Vid fyllningen av lagren, delades varje gödselslag upp mellan två behållare, varav det i en av behållarna tillsattes svavelsyra (96 %-ig) samtidigt som gödseln rördes om försiktigt med en eldriven propeller. Den andra behållaren rördes om också men utan tillsats av syra. Under syratillsättningen mättes pH vid upprepade tillfällen och totala mängden syra noterades. Gödseln lagrades under fyra månader från maj till augusti samtidigt som gödseltemperaturen registerades på två nivåer i varje behållare, vid gödsel­ytan och nära botten, och temperaturvärdena registrerades varje timme.

Under lagringen mättes ammoniakavgången med en mikrometeorologisk massbalansmetod med passiva fluxprovtagare. Fluxprovtagarna var monterade på master runt varje behållare under exponeringen. Totalt var det fem mät­perioder, som varade 3 till 14 dagar, med den kortaste perioden direkt efter fyllningen i maj.

För att sänka pH till 5,5 åtgick 1,1 liter per m3 för CS och 6,2 liter  per m3 för DCS. Under lagringen steg pH hos de surgjorda gödselslagen obetydligt och låg i slutet av lagringen på pH mindre än 6 hos båda gödselslagen. Vid titreringen i laboratorium före start av lagringsförsöket behövdes det betydligt mer syra för att nå pH 5,5 än i pilotskalan. Orsaker till det kan vara att i laboratoriet var temperaturen högre, gödselvolymerna små, gödseln blandades om ofta, samt att vid titreringen användes utspädd syra. Men även i laboratorieskalan var det stora skillnader mellan CS och DCS i syraförbrukning, så titrering kan användas som en grov uppskattning och för att se skillnader mellan olika gödselslags syrabehov. Däremot kan det vara svårt att förutse behovet av mer exakta syramängder i större skala.

Totalt uppskattades den kumulativa ammoniakavgången i kvävemängd uppgå till ca 19 % av totala kväveinnehållet hos nötflytgödsel (CS) och 26 % av kväve­innehållet i den rötade gödseln (DCS) när ingen syra hade tillsatts.  Motsvarande siffror i procent av innehållet av det lättlösliga ammoniumkvävet var 57,8 % för CS och 53,9 % för DCS.

Ammoniakavgången från den surgjorda CS och DCS gödseln var mycket liten och i stort negligerbar. Det betyder att tillsats av syra minskade ammonia-kavgången mycket effektivt, både för CS och DCS.

Publisher
p. 25
Series
RISE Rapport ; 2019:51
Keywords
acidified slurry, ammonia emissions, storage, acid demand, surgjord flytgödsel, ammoniakavgång, lagring, syrabehov
National Category
Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-38340 (URN)978-91-88907-79-0 (ISBN)
Funder
Interreg Baltic Sea Region
Available from: 2019-05-08 Created: 2019-05-08 Last updated: 2019-05-09Bibliographically approved
Rodhe, L., Kalinowski, M., Pizzul, L., Ascue, J. & Tersmeden, M. (2019). Slurry acidification: Micro-structural analyses of concrete after exposure in acidified and non-acidified slurry.
Open this publication in new window or tab >>Slurry acidification: Micro-structural analyses of concrete after exposure in acidified and non-acidified slurry
Show others...
2019 (English)Report (Other academic)
Alternative title[sv]
Surgörning av flytgödsel : Strukturanalyser av betong efter exponering i surgjord och icke surgjord flytgödsel
Abstract [en]

Samples of three different concrete qualities were prepared and hardened, before exposure in cattle slurry without sulphuric acid (A) and with sulphuric acid added until pH<5.5 (B). The samples were exposed for two years in containers with about 45 L slurry. The boxes with slurry and concrete samples were placed in a ventilated room at 20 °C. The slurry and air temperatures were recorded continuously with temperature loggers, data being recorded every third hour. The slurry level in the boxes and the slurry pH were checked regularly during the experiment. Slurry or acid was added, if necessary, to maintain the level and pH<5.5. Before pH measurements, the slurry was stirred gently in both boxes. To restrict evaporation, the containers had non-airtight plastic covers between measurements.

Half-way through exposure, the old slurry was replaced with fresh slurry (acidified and non-acidified treatments) to mimic conditions in farm storage where fresh slurry is added continuously during storage. After two years’ storage, the experiment was finalised. The concrete samples were taken out of the slurry, washed gently with water and put into labelled plastic bags.

The samples were delivered to RISE CBI’s concrete laboratory, where the structural analyses were performed. These used petrographic microscopy techniques to examine the effects of exposure to two potentially aggressive environments, non-acidified and acidified cattle slurry, on concrete with three different mixes. The studied surfaces in the concrete samples were oriented vertically in the plastic containers. Polished sections were evaluated with a stereo microscope, and thin sections were evaluated using a polarising microscope and sources for visible and UV light.

The results of the study show that the acidified slurry is more chemically aggressive to the cement paste in all the concrete mixes analysed. This can be explained by the solution’s lower pH.

The extent of the chemical attack correlates with the initial quality of the concrete mix (water-powder ratio and type of binder). The deepest chemical attacks were observed in samples A1 and B1 consisting of “regular” concrete mix with w/c 0.59. The “long lasting quality” (LLC) concrete with a binder specially developed for low-pH environments shows markedly better resistance to chemical attack.

The effects of the chemical attack on concrete after two years’ exposure can be classified as weak, consisting mainly of an increase in the capillary porosity of the cement paste in the outer layer of the concrete. The increase in porosity is considered to be due to the partial leaching of calcium hydroxide.

Abstract [sv]

Surgörning av flytgödsel används som en metod för att minska ammoniak­avgången från stallgödsel vid hanteringen. För att minimera emissionerna under lagringen, eftersträvas ett pH-värde av 5,5 hos gödseln. Svavelsyra är den vanligaste syran eftersom svavelsyran är stark och prisvärd. En pH-sänkning hos gödseln kan dock innebära frätskador på betongen i lager, som kan betyda kortare livslängd om inte betongkvaliteten anpassas till gödselns pH. Syftet med denna studie var att se hur surgjord gödsel (B) påverkar betongytan hos olika betongkvaliteter jämfört med icke-surgjord nötflytgödsel (A).

I studien ingick betongprover av tre olika kvaliteter, som motsvarade kvaliteten hos 1) bottenplattan hos flytgödsellager, 2) prefabricerade väggelement till flytgödsellager samt 3) en betongkvalité kallad ”Long Lasting Concrete”, som utvecklats av Abetong AB för lagring av material med lågt pH, t.ex. ensilage. Betongprover (0,1 m x 0,1 m x 0,1 m) tillverkades av Abetong AB och exponerades under två år i nötflytgödsel utan syra (A) respektive surgjord nötflytgödsel (B). Behållarna med respektive gödseltyp placerades i rum med konstant temperatur ca 20°C. Under lagringen mättes regelbundet pH och vid behov tillsattes mer gödsel samt syra för att hålla pH-värdet under 5,5. Halvvägs genom studien byttes gödseln ut mot färsk gödsel för att efterlikna verkliga lager och efter två år avslutades studien. Betongproverna togs ut ur gödselbehållarna, duschades försiktigt, paketerades och fördes till RISE CBI:s betonglaboratorium.  

I laboratoriet utfördes strukturanalyser av betongen, där den studerade ytan hos betongen hade varit vertikalt orienterad i gödselbehållaren. För att undersöka gödseltypernas effekt på de olika betongblandningarna användes betongpetrografiska analysmetoder. Polerade betongsnitt och tunnslip tillverkade av betongproverna utvärderades dels med hjälp av stereomikroskop, dels med polarisationsmikroskop och ljuskällor för synligt och ultraviolett ljus. Resultaten från studierna visade att den surgörande gödseln var mer kemiskt aggressiv mot cementen i alla tre betongblandningarna. Det förklaras med det lägre pH-värdet hos den surgjorda gödseln. Graden av kemiska påverkan hade samband med kvaliteten hos betongen, dvs. förhållandet vatten:cement och typ av bindemedel i betongen. Största kemiska påverkan uppmättes i betongkvalité 1 som består av ”ordinär” betong med vattencementtal 0,59 (prover A1 och B1), motsvarande den som används för bottenplattan i flytgödsellager. Betongkvalité 3, utvecklad för material med lågt pH (LLC), visade betydligt högre motståndskraft mot kemisk påverkan.

Den kemiska påverkan på betongen var totalt sett svag efter två års exponering och bestod främst av en ökning av den kapillära porositeten hos bindemedlet i betongens yttre skikt. Den ökade porositeten bedöms bero på att en del av cementpastans kalciumhydroxid har brutits ner och lakats ur betongen. Vanligtvis är livslängden hos ett gödsellager minst 20 år, så det finns anledning att vara observant över tid på hur betongen påverkas eller att som förebyggande åtgärd använda en betong av högre kvalitet.

Publisher
p. 23
Series
RISE Rapport ; 2019:41
Keywords
acidified slurry, concrete storage, concrete quality, corrosion, surgjord flytgödsel, betonglager, betongkvalité, frätskador
National Category
Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-38337 (URN)978-91-88907-68-4 (ISBN)
Funder
Interreg Baltic Sea Region
Available from: 2019-04-26 Created: 2019-04-26 Last updated: 2019-05-03Bibliographically approved
Joubin, M. (2018). Animal slurry acidification: effects of slurry characteristics, use of different acids, slurry pH buffering: Student work.
Open this publication in new window or tab >>Animal slurry acidification: effects of slurry characteristics, use of different acids, slurry pH buffering: Student work
2018 (English)Report (Other academic)
Alternative title[sv]
Surgörning av flytgödsel: inverkan av gödselegenskaper, användning av olikasyror, pH-buffring i gödseln : Studentarbete
Abstract [en]

Acidification of slurry is one method to reduce ammonia emissions. Mainly implemented in Denmark, SAT use sulfuric acid to decrease the pH in in-house, in storage or in field system. Organic acids could be a good alternative to sulfuric acid to develop SATs for organic farming. Successive acidifications of slurry could be a solution to keep a stable pH and avoid ammonia emissions during all the period of storage.

In Experiment 1, sulfuric acid, nitric acid and four organic acids were tested in order to compare efficiency and the economic aspects for cattle and pig slurry acidification. In experiment 2, the buffer system of 9 different slurries (4 from cattle, 3 from pig, and 2 filtrated slurry of each) were studied after several acidifications with sulfuric acid to pH 5.5 in order to quantify the acid consumption and to determine by modelling which slurry characteristics influenced the most this consumption of acid. For both experiments, the storage temperature was 20°C.

For acid solutions with the same normality, organic acid and nitric acid were as efficient as sulfuric acid. However, results show, considering commercial concentrated acid proprieties, sulfuric acid was still the best option with a third to half of the consumption compared to other acids and acidification cost divided by 10 to compare with the use of organic acid. Acid consumption and acidification cost were highest for nitric acid. For organic acids, the acid consumption and acidification cost depends on slurry types and the target pH value. Furthermore, sulfuric acid and acetic acid had better ability to maintain the pH value below 6.4.

In experiment 2, for all slurries, the pH cannot be stabilized by successive acidifications, possibly due to the degradation of organic matter by acid hydrolysis and probably aerobic degradation of volatile fatty acids. The total acid consumption depended on slurry characteristics and varied between 5.97 to 8.06 liters per m3 for cattle slurry and 6.7 to 10.7 for pig slurry.

The best model variable to explain the quantity of acid needed for the first acidification depended on the target pH. The total amount of acid needed was explained by total nitrogen, total solids, total carbon: total nitrogen ratio and volatile solids. For the total amount of acid needed for all re-acidification, total nitrogen, ammonium concentration, total carbon and volatile solids were the best sub model variables. The latter was not correlated with the acid consumption for the first titration, even though models have common variables. That supposes slurry characteristics are modified by acidification.

In conclusion, the use of organic acids was more expensive than the use of sulfuric acid. The pH can’t be stabilized by successive acid additions due to the organic matter degradation and modification of slurry characteristics which influence the acid consumption.

Abstract [sv]

Surgörning av flytgödsel är en metod för att minska ammoniakavgång. Surgörning tillämpas främst i Danmark, där man använder svavelsyra för att sänka pH-värdet med någon av teknikerna i-stall, i-lager eller i-fält. Organiska syror skulle kunna vara ett bra alternativ till svavelsyra för att utveckla surgörning inom ekologiskt jordbruk. Flera återkommande surgörningar av flytgödsel kan vara en lösning för att hålla ett stabilt pH-värde och undvika ammoniakavgång under hela lagringsperioden.

I experiment 1 jämfördes svavelsyra, salpetersyra och fyra organiska syror med avseende på deras effektivitet samt ekonomi för surgörning av nöt- och svingödsel. I experiment 2 studerades buffringsegenskaperna för nio olika flytgödseltyper (fyra från nötkreatur, tre från svin och två filtrerade gödselprover från var och en av dessa djurslag) efter flera surgörningar med svavelsyra till pH 5,5 för att kvantifiera åtgången av syra och genom modellering bestämma vilka egenskaper hos gödseln som påverkar syraåtgången mest. För båda experimenten var lagringstemperaturen 20° C.

För syralösningar med samma normalitet var organiska syror och salpetersyra lika effektiva som svavelsyra. Resultaten visar dock att när man beaktar egenskaperna hos de kommersiella koncentrerade syrorna, var svavelsyra fortfarande det bästa alternativet med bara en tredjedel till hälften av behovet jämfört med andra syror.  Kostnaden för surgörning blev dessutom bara 10 % jämfört med användning av de organiska syrorna. Syraåtgång och kostnaden för surgörning var störst för salpetersyra. För organiska syror berodde syraåtgången och därmed kostnaden på gödselslag och önskat pH-värde. Utöver detta hade svavelsyra och ättiksyra hade bäst förmåga att bibehålla pH-värdet under 6,4.

I experiment 2 stabiliserades inte pH efter varje återkommande surgörning, kanske på grund av nedbrytning av organiskt material genom sur hydrolys och antagligen också genom aerob nedbrytning av flyktiga fettsyror. Den totala syraåtgången berodde på gödselns egenskaper och varierade mellan 5,97 och 8,06 liter per m3 för nötgödsel och 6,7 till 10,7 för svingödsel.

Den bästa modellvariabeln för att förklara den mängd syra som behövs för den första surgörningen var mål-pH. Den totala mängden syra som behövs förklarades av variablerna totalkväve, torrsubstans (TS), kol/kvävekvoten och glödförlust (VS). För den totala mängden syra som efter den första surgörningen behövs för alla påföljande surgörningar var totalkväve, ammoniumkoncentration, totalkol och glödförlust de bästa delmodellvariablerna. Det senare var inte korrelerat med syraåtgången för den första titreringen, även om modellerna har gemensamma variabler. Detta tyder på att gödselns egenskaper förändras av surgörningen.

Sammanfattningsvis var användningen av organiska syror dyrare än använd­ningen av svavelsyra. pH-värdet kan inte stabiliseras genom återkommande surgörningar på grund av nedbrytningen av organiskt material och förändringar av gödselns egenskaper som påverkar syraåtgången.

Publisher
p. 40
Series
RISE Rapport ; 2018:15
Keywords
Slurry, Manure, Acidification, Different acids, Buffering capacity, Ammonia emisssions, Surgörning, flytgödsel, olika syror, buffringsförmåga, ammoniakavgång
National Category
Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-33302 (URN)978-91-88695-50-5 (ISBN)
Projects
Baltic Slurry Acidification
Funder
Interreg Baltic Sea Region
Available from: 2018-02-28 Created: 2018-02-28 Last updated: 2019-01-28Bibliographically approved
Fors, K., Adolfsson, N., Bannbers, H., Rodhe, L., Strand, L. & Sindhöj, E. (2018). Arbetsmiljö och säkerhet vid surgörning av flytgödsel: Rapport från WP2, Aktivitet 5.
Open this publication in new window or tab >>Arbetsmiljö och säkerhet vid surgörning av flytgödsel: Rapport från WP2, Aktivitet 5
Show others...
2018 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [sv]

Stallgödsel från animalieproduktion är en källa för kvävetillförseln till Östersjön i form av utsläpp till vatten och atmosfäriskt nedfall. Ammoniakavgång kommer från gödseln vid hantering i stallar, vid lagring och spridning. Jordbruket står för största delen av ammoniakutsläppen och åtgärder för att minska ammoniak-avgången från jordbruket har därför stor effekt på de totala utsläppsmängderna. Att minska kväveläckaget från jordbruket är en viktig del i att minska övergöd-ningen av Östersjön. Minskade kväveförluster från stallgödseln ger även ökad växtnäring till de odlade grödorna och en effektivare recirkulation av kvävet. Ökat växtnäringsvärde hos stallgödseln leder till bättre utvecklade grödor, som förmår att ta upp mer av miljöbelastande fosfor jämfört med sämre utvecklade grödor. Att minska kväveförlusterna genom att förbättra hanteringen av stall-gödseln ger därmed många vinster för miljön och odlaren.

Surgörning av flytgödsel är en känd metod för att minska ammoniakavgången från stallgödsel i stall, i lager och vid och efter spridning i fält (Petersen, 2012). Metoden praktiseras dock inte i Sverige, till stor del för att tekniken inte är till-gänglig och för att det i stort saknas erfarenheter. Teknik för surgörning finns nu utvecklad i Danmark, där 18 % av all flytgödsel försurades år 2014 (SEGES, 2015). Vid surgörningen minskas förlusterna av kväve genom att den kemiska jämvikten mellan ammonium och ammoniak förskjuts mot större andel ammoniumkväve, som inte kan avgå i gasform.

Teknik finns för surgörning i stallar, i lager respektive vid spridning. I stallar och lager strävar man efter att pH-värdet i gödseln ska vara mindre än 5,5 för att få effekt under längre tid dvs. under efterföljande lagring och spridning. I test enligt VERA:s testprotokoll minskade ammoniakavgången i medeltal med 64 % från de två studerade svinstallarna när man surgjorde gödseln i stallet med tekniken från JH Forsuring NH4+ jämfört med ingen surgörning (ETA-Danmark, 2011). I ett av de två studerade stallarna kunde man påvisa en årlig luktminskning med 29 procent vid surgörning. För Sverige är det dock inte aktuellt med surgörning i stallar med nuvarande system och lagstiftning. Istället kan system för tillförsel av syra i lager vara aktuellt. Vid tillförsel i lager strax innan spridning eftersträvas pH<6. För att begränsa mängden syra som behöver tillsättas är det då viktigt att snarast möjligt påbörja spridningen efter att svavelsyran blandats med gödseln i lagret, med tanke på gödselns buffrande förmåga (pH stiger). För att surgöra flytgödseln under spridning doseras svavelsyran till gödseln automatiskt under körning i fält med på marknaden olika tekniker. Målet är då att gödseln håller pH <6,4 vid spridningstillfället för att det ska vara godkänt i Danmark som ammoniakbegränsande åtgärd, och ett alternativ till att mylla ner gödseln vid spridning. Enligt VERA:s testprotokoll så minskade ammoniakavgången med 49 % vid surgörning till pH 6,4 vid spridning med tekniken SyreN jämfört med ingen försurning (VERA, 2012). Det gick inte att påvisa någon luktminskning med surgörning.

Publisher
p. 38
Series
RISE Rapport ; 2018:4
Keywords
Surgörning, Flytgödsel, Säkerhet, Arbetsmiljö
National Category
Agricultural Occupational Health and Safety
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-33109 (URN)978-91-88695-39-0 (ISBN)
Projects
Baltic Slurry Acidification
Funder
Interreg Baltic Sea Region
Available from: 2018-01-18 Created: 2018-01-18 Last updated: 2018-08-21Bibliographically approved
Vaneeckhaute, C., Styles, D., Prade, T., Adams, P., Thelin, G., Rodhe, L., . . . D'Hertefeldt, T. (2018). Closing nutrient loops through decentralized anaerobic digestion of organic residues in agricultural regions: A multi-dimensional sustainability assessment. Resources, Conservation and Recycling, 136, 110-117
Open this publication in new window or tab >>Closing nutrient loops through decentralized anaerobic digestion of organic residues in agricultural regions: A multi-dimensional sustainability assessment
Show others...
2018 (English)In: Resources, Conservation and Recycling, ISSN 0921-3449, E-ISSN 1879-0658, Vol. 136, p. 110-117Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Decentralized anaerobic digestion (AD) of manure and organic residues is a possible strategy to improve carbon and nutrient cycling within agricultural regions, meanwhile generating renewable energy. To date, there has been limited adoption of decentralized AD technology in industrialized countries owing to low profitability for plant operators. There remains a need to demonstrate the wider sustainability of small-scale, decentralized AD in order to justify policy support for such a strategy. This study applies a multi-dimensional assessment of the environmental, economic and social sustainability of two scenarios of decentralized, farm-scale AD of pig slurry and organic residues in Southern Sweden. The environmental dimension was assessed by means of an expanded boundary life cycle assessment, in which trade-offs between fertilizer replacement, soil organic carbon accumulation, digestate/manure storage and application, transport and soil emissions were evaluated. The economic dimension was assessed through modelling of the net present value and internal rate of return. Finally, the social dimension was assessed by means of a stakeholder perception inquiry among key stakeholders in the field. It was concluded that the overall environmental balance of decentralized AD was favorable, while also the net present value could be positive. Fertilizer replacement, soil organic carbon and digestate storage effects were identified as important factors that should be accounted for in future life cycle assessments. A key issue for interviewed stakeholders was product quality assurance. Wider application of multi-dimensional sustainability assessment, capturing important nutrient cycling effects, could provide an evidence base for policy to support sustainable deployment of decentralized AD.

Keywords
Anaerobic digestion, Bio-based fertilizers, Circular economy, Nutrient management, Resource recovery, Sustainable farming
National Category
Natural Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-34366 (URN)10.1016/j.resconrec.2018.03.027 (DOI)2-s2.0-85046477853 (Scopus ID)
Note

 Funding details: NSERC, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada; Funding details: RGPIN-2017-04838;

Available from: 2018-08-07 Created: 2018-08-07 Last updated: 2019-08-01Bibliographically approved
Rodhe, L., Alverbäck, A., Ascue, J., Edström, M., Nordberg, Å., Pizzul, L. & Tersmeden, M. (2018). Åtgärder för att minimera växthusgasutsläpp från lager med rötad och orötad gödsel.
Open this publication in new window or tab >>Åtgärder för att minimera växthusgasutsläpp från lager med rötad och orötad gödsel
Show others...
2018 (Swedish)Report (Other academic)
Alternative title[en]
Measures to minimize greenhouse gas emissions from slurry storage
Abstract [sv]

Kunskap om effektiva, funktionella och ekonomiska åtgärder krävs för att säkerställa små utsläpp av växthusgaser från lager med både orötad och rötad gödsel. I detta treåriga projekt har olika tänkbara åtgärder i flytgödsellager studerats genom mätning av växthusgaserna metan och lustgas under sommarförhållanden. Åtgärder som förlängd utrötningstid och surgörning av gödsel med svavelsyra, har utvärderats i RISE pilotskaleanläggning för lagring av flytgödsel. Åtgärder för att minska lustgasemissioner bildat i svämtäcke på gödselyta i ett fullskalelager har studerats på gårdsnivå. Kompletterande teoretiska beräkningar har utförts för att bedöma effekten av att täcka flytgödsellager samt laboratoriestudier av temperaturens påverkan på metangas-emissionerna.

Grundläggande är att temperaturen har stor betydelse, vilket visades i laboratorieskalan. Vid ökad temperatur ökade metanproduktionen exponentiellt för rötad gödsel medan för orötad gödsel var ökningen betydligt mindre. De teoretiska värmebalansberäkningarna för lager med gödsel visade att beskuggning av gödselytan eller täckning av lager med vitt tak bör kunna reducera denna uppvärmning kraftigt på våren eftersom värmeinstrålningen från solljus till gödsellager kan förklarade största delen av gödselns uppvärmning.

Studierna under första och sista året visade att metanemissionerna var signifikant större från gödseln när den var rötad än om den var orötad. Sammanlagda förlusterna av metan var 2,5 respektive fyra gånger så höga från den rötade gödseln under sommarlagringarna (ca fyra månader). Det betyder att det är speciellt viktigt att sätta in åtgärder vid lagring av rötad gödsel för att begränsa utsläppen av metan och därmed minska klimatpåverkan.

En åtgärd för att få lägre metanemissioner från den rötade gödseln är att förlänga utrötningstiden, dvs. den hydrauliska uppehållstiden i rötkammaren. Studierna år 1 visar att vid en fördubblad uppehållstid, 48 dagar istället för 24 dagar, minskade metanemissionerna från lagret med 30 procent. På gårdar med rötningsanläggningar är ett gastätt tak med uppsamling av biogasen också en bra åtgärd för att effektivisera anläggningen och förhindra utsläpp av klimatgaser från lagret.

Surgörning av flytgödsel med svavelsyra praktiseras främst i Danmark för att minska ammoniakavgången från flytgödsel, i stall, lager och vid spridning. Resultaten visar att det är en mycket effektiv metod för att minimera metangasemissionerna från lager med en reduktion med mer än 90 procent både för orötad och för rötad gödsel. Speciellt för gödselslag där det inte bildas naturligt svämtäcke kan surgörning vara intressant för att minska både ammoniak- och metanemissioner.

Åtgärder som surgörning av svämtäcket för att minska lustgasemissioner visade sig inte behövas eftersom lustgasemissionerna var relativt låga, trots att svämtäcket var bortåt en halv meter tjockt. Den finhackade halmen som användes som strö, bildade ett slätt och tätt svämtäcke på gödselytan vilket troligen hämmande lustgasbildningen, till följd av att luften inte kunde penetrera skiktet. Så finhackningen av halmströ kan eventuellt vara i sig en tänkbar åtgärd, vilket också kan minska ströåtgången.

Metanproduktionen från en rötkammare är ofta svår att mäta, och beräknas därför ofta indirekt utifrån producerad elproduktion. Ett exempel på nyckeltal för att visa klimateffektiviteten hos anläggningen visas där metanemissionerna från lager under sommaren var 10,2 % av producerad mängd metan från rötkammare vid enstegsrötning under 24 dagar respektive 5,5 % vid tvåstegsrötning under 48 dagar. På årsbasis blir procenttalen betydligt lägre eftersom emissionerna är låga under vintern.

Abstract [en]

Ensuring low emissions of greenhouse gases from both undigested and digested animal slurry in storage requires a knowledge of effective, functional and economic measures. This three-year project has studied various potential measures for use in slurry storage. The greenhouse gases methane and nitrous oxide have been measured under summer conditions. Measures such as extended digestion time and acidification of slurry with sulfuric acid have been evaluated in a RISE pilot-scale plant for slurry storage. Measures to reduce nitrous oxide emissions formed in floating crust in a full-scale storage have been studied at farm level. Complementary theoretical calculations have been carried out to assess the effect of covering slurry stores. The impact of temperature on methane emissions has been studied in the laboratory.

The fundamental point demonstrated on the laboratory scale is that the temperature is highly significant. As the temperature rose, methane production increased exponentially for digested slurry. For undigested slurry, the increase was considerably less. Most of the heat gained by the slurry can be attributed to solar radiation. Theoretical thermal balance calculations for slurry in storage indicated that it should be possible to reduce this heating significantly in spring by shading the slurry surface or provide the storage with a white roof.

The studies in years 1 and 3 showed that methane emissions were significantly greater from digested than from undigested slurry. The total loss of methane from digested slurry was 2.5 and four times higher, respectively, during summer storage (approx. four months). It is therefore particularly important to implement measures to limit methane emissions from digested slurry in storage, thereby reducing the impact on the climate.

One way to achieve lower methane emissions from digested slurry is to extend the duration of digestion, i.e. the hydraulic retention time in the digester. The studies in year 1 showed that doubling the retention time from 24 to 48 days reduced methane emissions from storage by 30 percent. At farms with digestion plants, a gas-tight roof with biogas collection is also an effective way to make the plant more efficient and prevent emissions of greenhouse gases from storage.

Acidification of slurry with sulfuric acid is practiced in Denmark, to reduce ammonia emissions from slurry in housing, in storage and during spreading. The results show that it is also a very effective method for minimizing methane emissions from storage, with a reduction of more than 90 percent for both undigested and digested slurry. Acidification may be of interest as a way of reducing emissions of both ammonia and methane, particularly for types of slurry that do not naturally form a floating crust.

Measures such as acidification of the floating crust to reduce nitrous oxide emissions did not prove to have effect because nitrous oxide emissions were relatively low, despite the floating crust being nearly half a metre thick. The chopped straw used for litter formed a smooth and dense floating crust on the surface of the slurry, and probably inhibited nitrous oxide formation because air was unable to penetrate the layer. Chopped straw litter in itself could therefore be a potential measure. This might also reduce straw consumption.

Methane production from a digester is often difficult to measure and is therefore often calculated indirectly from the electricity produced. An example of key indicator for the climatic efficiency of the plant is given. For storage in summer, 10.2% of the methane produced was emitted during one-stage digestion over 24 days, and 5.5% during two-stage digestion over 48 days. The annual percentages are considerably lower because of low emissions in winter.

Publisher
p. 52
Series
RISE Rapport ; 2018:18
Keywords
Liquid manure, slurry storage, greenhouse gases, measures, Flytgödsel, gödsellager, växthusgaser, åtgärder
National Category
Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-33858 (URN)978-91-88695-53-6 (ISBN)
Funder
Swedish Board of Agriculture
Available from: 2018-05-18 Created: 2018-05-18 Last updated: 2018-08-21Bibliographically approved
(2017). Possibilities and bottlenecks for implementing slurry acidification techniques in the Baltic Sea Region.
Open this publication in new window or tab >>Possibilities and bottlenecks for implementing slurry acidification techniques in the Baltic Sea Region
2017 (English)Report (Other academic)
Alternative title[sv]
Möjligheter och begränsningar att införa teknik för surgörning av flytgödsel i Östersjöregionen
Abstract [en]

This report: 1) describes those slurry acidification techniques (SATs) that are commercially available today in Denmark including In-house, In-storage and In-field SATs, and 2) summarizes expert judgements on how these SATs could be implemented in each country in the Baltic Sea Region (BSR). Special focus on bottlenecks for implementing SATs with existing manure management systems was considered.

Data from Eurostat and national statistics show that a large portion of manure in each country is handled as slurry and all the national experts considered implementing SATs as relevant for their respective countries.

The In-field SATs were considered the most applicable SATs for implementation in the BSR. They are flexible and mobile and in general have the lowest acid consumption. If investments in In-field SATs are done by agricultural contractors or farmer cooperation’s, then acidification techniques will also be available to smaller farms.

The In-storage SATs that acidify slurry just before spreading were ranked second of interest in most countries. Mobile equipment is ideal for contractors and co-operations and therefore each unit could potentially treat a lot of slurry. Another advantage is that once the slurry is acidified, any available spreading equipment can be used. The major drawback is that extra storage capacity is needed during acidification so the foaming will not overflow. Most farmers do not have this extra storage capacity, so if storages are full, some slurry would have to be spread untreated before the rest of the tank could be acidified.

The stationary In-house SAT was thought to be of less interest in most countries, since it is perhaps the hardest SAT to implement into existing manure handling systems. They are best suited for new animal houses so the SAT can be integrated into the manure handling system from the start. Installing them in existing animal houses would, in many cases, probably require re-construction of slurry channels. Also, in some countries like Estonia and Sweden, flushing systems inside the barn are currently not allowed due to regulations. Another aspect is that In-house SATs are permanent installations which use more acid than In-field and In-storage SATs. However, In-house SATs have the best potential for reducing ammonia emissions so this might be of interest for farms in environmentally sensitive areas.

Compared to In-house, there was greater interest in the In-storage SAT that acidifies all slurry sent to the storage, since this could likely more easy to implement into existing manure handling systems. It is still a stationary system for a specific farm, but installation would be simpler and emissions would be lower from both storage and spreading.

In general, there is a good potential to implement currently available SATs into existing manure handling systems in BSR countries and most identified bottle-necks could be dealt with.

Abstract [sv]

Denna rapport innehåller dels beskrivningar av olika tekniker för surgöring av gödsel, I-stall, I -lager och I -fält, som idag är kommersiellt tillgängliga i Danmark, dels en sammanfattning av expertbedömningar av hur dessa tekniker kan imple-menteras i respektive land i Östersjöområdet. Vid bedömningarna har experterna beaktat de hinder som kan finnas för att börja använda surgörningstekniken med befintliga gödselhanteringssystem.

Uppgifter från Eurostat och nationell statistik visar att en stor del av stallgödseln i varje land hanteras som flytgödsel. Alla nationella experter ansåg att införandet av surgörningsteknik är relevant i respektive land.

Tekniker för surgörning I-fält betraktades som de mest intressanta för länderna runt Östersjön. De är både flexibla och mobila och har generellt det lägsta behovet av syra. Om investeringar i I-fält-teknik görs av maskinstationer eller sker genom maskinsamverkan mellan lantbrukare, kan surningstekniken även finnas tillgänglig för mindre gårdar.

Teknikerna för I-lager, där gödseln surgörs strax innan spridning, rankades i de flesta länder som näst intressantast. Den mobila utrustningen är idealisk för entreprenörer och vid maskinsamverkan och därför har varje enhet potential att behandla en stor mängd gödsel. En annan fördel är att när väl gödseln surgjorts kan vilken spridningsutrustning som helst användas. Den största nackdelen är att extra lagringskapacitet behövs för att kunna rymma det skum som bildas under försurningen. På de flesta djurgårdar finns inte denna extra lagringskapacitet, så om alla gödselbehållare är fulla behöver en del gödsel spridas obehandlad för att få tillräckligt utrymme innan start av surgörningen.

Den stationära surgörningstekniken I-stall bedömdes i de flesta länder vara mindre intressant, eftersom den kanske är svårast att implementera i befintliga gödselhanteringssystem. Den passar bäst vid nybyggnation, där tekniken kan integreras i gödselhanteringssystemet redan från början. Installation i befintliga stallar skulle i många fall förmodligen kräva ombyggnad av gödselrännor och kulvertar. I vissa länder, t.ex. Estland och Sverige, är system med returspolning av gödsel inne i stall enligt nuvarande bestämmelser inte tillåtna. En annan aspekt är att teknik för surgörning I-stall är en permanent installation som också kräver mer syra än teknikerna I-fält och I-lager. Surgörning I-stall har dock den bästa potentialen för att minska ammoniakutsläpp, vilket gör att den kan vara intressant för gårdar i miljökänsliga områden.

Jämfört med I-stall var det större intresse för den I-lager-teknik som surgör all gödsel utgående från stallet, innan den pumpas vidare till gödsellagret, eftersom denna teknik sannolikt är lättare att integrera i befintliga gödselhanteringssystem. Även om detta fortfarande är ett stationärt system för en specifik gård, skulle installationen bli enklare och utsläppen vara totalt lägre under lagring och vid spridning än vid surgörning strax innan spridning. Det senare ger endast effekt under spridningen.

Sammanfattningsvis finns det i länderna runt Östersjön en god potential att börja använda de nu tillgängliga surgörningsteknikerna i befintliga gödselhanterings-system, och de flesta flaskhalsar som identifierats är möjliga att hantera.

Publisher
p. 104
Series
RISE Rapport ; 2017:47
Keywords
Slurry, Acidification, Technology, Implementation, Flytgödsel, Surgörning, Teknik, Implementering
National Category
Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-33108 (URN)978-91-88695-11-6 (ISBN)
Projects
Baltic Slurry Acidification
Funder
Interreg Baltic Sea Region
Available from: 2018-01-18 Created: 2018-01-18 Last updated: 2018-08-21Bibliographically approved
Willén, A., Junestedt, C., Rodhe, L., Pell, M. & Jönsson, H. (2017). Sewage sludge as fertiliser - Environmental assessment of storage and land application options. Water Science and Technology, 75(5), 1034-1050
Open this publication in new window or tab >>Sewage sludge as fertiliser - Environmental assessment of storage and land application options
Show others...
2017 (English)In: Water Science and Technology, ISSN 0273-1223, E-ISSN 1996-9732, Vol. 75, no 5, p. 1034-1050Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Sewage sludge (SS) contains beneficial plant nutrients and organic matter, and therefore application of SS on agricultural land helps close nutrient loops. However, spreading operations are restricted to certain seasons and hence the SS needs to be stored. Storage and land application of SS are both potential sources of greenhouse gases and ammonia, leading to global warming, acidification and eutrophication. Covering the stored SS, treating it with urea and choosing the correct time for land application all have the potential to reduce emissions from the system. Using life cycle assessment (LCA), this study compares storage and land application options of SS in terms of global warming potential (GWP), acidification potential, eutrophication potential and primary energy use. The system with covered storage has the lowest impact of all categories. Systems with autumn application are preferable to spring application for all impact categories but, when nitrate leaching is considered, spring application is preferable in terms of eutrophication and primary energy use and, for some SS treatments, GWP. Ammonia addition reduces nitrous oxide and ammonia emissions during storage, but increases these emissions after land application. Storage duration has a large impact on GWP, while amount of chemical nitrogen fertiliser substituted has a large impact on primary energy use.

Keywords
Acidification, Biosolids, Eutrophication, GWP, LCA, Primary energy use
National Category
Natural Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-31009 (URN)10.2166/wst.2016.584 (DOI)2-s2.0-85018443091 (Scopus ID)
Available from: 2017-09-01 Created: 2017-09-01 Last updated: 2018-08-21Bibliographically approved
Willén, A., Jönsson, H., Pell, M. & Rodhe, L. (2016). Emissions of Nitrous Oxide, Methane and Ammonia After Field Application of Digested and Dewatered Sewage Sludge With or Without Addition of Urea. Waste and Biomass Valorization, 7(2), 281-292
Open this publication in new window or tab >>Emissions of Nitrous Oxide, Methane and Ammonia After Field Application of Digested and Dewatered Sewage Sludge With or Without Addition of Urea
2016 (English)In: Waste and Biomass Valorization, ISSN 1877-2641, E-ISSN 1877-265X, Vol. 7, no 2, p. 281-292Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Purpose: By recycling sewage sludge (SS) to productive land, its plant nutrients can be utilised. However, the use of organic fertilisers carries health risks and causes emissions of nitrous oxide (N2O), methane (CH4) and ammonia (NH3). One measure to sanitise SS from human pathogens is addition of NH3. Methods: Mesophilically digested and dewatered SS treated with urea and stored, or only stored, was applied to arable land in spring and autumn, respectively, and the effects of immediate or delayed incorporation (by 4 h) on emissions of N2O, CH4 and, in spring, NH3 were investigated. Results: N2O emissions in autumn from soil treated with SS were significantly higher than from soil without SS application (0.09, 1.31 and 0.68 kg N2O-N ha−1 for control, immediate and delayed incorporation, respectively). These emissions were significantly correlated with volumetric water content in soil. Corresponding N2O emissions in spring were 0.15, 0.57 and 0.41 kg N2O-N ha−1. Delayed incorporation (0.20 and 0.34 % of added N in spring and autumn, respectively) tended to reduce N2O emissions compared with immediate incorporation (0.32 and 0.71 % of added N in spring and autumn, respectively). Nitrous oxide emissions from SS were apparently lower after spring than after autumn application, likely because of drier soil and crop uptake of nitrogen in spring. Methane emissions were negative or negligible. Timing of incorporation had no statistically significant effect on NH3 emissions. Conclusions: Nitrous oxide emissions from soil treated with SS at a rate based on the maximum permissible P level were moderate and CH4 emissions negligible.

Place, publisher, year, edition, pages
Springer Netherlands, 2016
Keywords
Ammonia, Arable land, Fertiliser, Methane, Nitrous oxide, Sewage sludge
National Category
Natural Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-322 (URN)10.1007/s12649-015-9456-2 (DOI)
Available from: 2016-06-17 Created: 2016-06-17 Last updated: 2019-06-14Bibliographically approved
Rodhe, L., Delin, S. & Gustafsson, K. (2016). Surgörning av nötflytgödsel - effekt på ammoniak-avgången vid spridning av rötad respektive icke-rötad gödsel i vall; finansierat av SLF (H1333101).
Open this publication in new window or tab >>Surgörning av nötflytgödsel - effekt på ammoniak-avgången vid spridning av rötad respektive icke-rötad gödsel i vall; finansierat av SLF (H1333101)
2016 (Swedish)Report (Other academic)
Publisher
p. 10
Series
JTI Övrigt
National Category
Agricultural Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-27759 (URN)
Available from: 2017-01-04 Created: 2017-01-04 Last updated: 2018-08-21
Identifiers
ORCID iD: ORCID iD iconorcid.org/0000-0002-3333-2162

Search in DiVA

Show all publications
v. 2.35.7