Forbedring av plantetilgjengelig fosfor i kjemisk renset slam med økonomiske betraktninger

Abstract

Som beskrevet av Cordell et al. (2009) med flere nærmer en fosforkrise seg, det vil si at råfosfatreservene som benyttes i dagens mineralgjødselproduksjon kan komme til å tømmes i løpet av det neste århundret. Da må alternative kilder vurderes, og ettersom slam fra avløpsrenseanlegg inneholder alle nødvendige næringsstoffer som trengs til plantedyrking vil det kunne være et substitutt for mineralgjødsel. Gjødseleffekten til 8 ulike aluminiumbaserte slamtyper har blitt undersøkt gjennom potteforsøk for å undersøke hvordan ulikt slam gir ulike avlingsresultater og om polymer kan bedre andelen plantetilgjengelig fosfor i slammet. Slammet ble tilført raigressfrø i to ulike vekstmedier, torv og vermikulitt. Slammet ble kjemisk felt ved hjelp av to ulike doser med koagulanter, PAX18 (prepolymerisert aluminium hydroxyl klorid) og AlS (aluminiumsulfat), og en type polymer. Forsøket ble gjennomført over 4 måneder i et vekstrom hos Senter for klimaregulert planteforskning (SKP) med totalt 3 høstinger, hvor det høstede gresset ble analysert for næringsinnhold, samt at tørrvekten ble veid. Fosforopptaket varierte både fra høsting til høsting og mellom de ulike slamtypene og det samme gjorde avlingsresultatet, dog ikke like mye. På grunn av feilvurderinger gjort underveis, var ikke resultatene fra plantene som ble dyrket i vermikulitt sammenliknbare med torvplantene, og derfor ble det lagt mest vekt på resultatene fra sistnevnte planter. Summert, totalt fosforopptak viste at AlS dose 1 (den laveste av to doser) var den type kjemisk renset slam som ga best resultat, men den var fortsatt langt unna resultatene som mineralgjødsling ga. Polymer viste seg å ha en hemmende effekt på planteveksten. Hva dette skyldtes er usikkert, så derfor bør liknende forsøk gjennomføres for å kunne konkludere med sikkerhet. De fleste norske renseanlegg har, på grunn av en viss skepsis rundt bruk av slam i jordbruket, til nå vært nødt til å påta seg store deler av kostnadene som påløper ved distribusjon av slam. På bakgrunn av dette ble det gjennomført to scenarioanalyser, en for dagens situasjon og en for et fremtidig scenario. I det første scenariet ble kostnadene rundt alternative slamdisponeringsmetoder undersøkt, men kostnadene knyttet til disse alternativene er høyere enn kostnadene ved å sende slam til jordbruk og dermed ikke særlig aktuelle dersom jordbruk er et alternativ. Fremtidsscenarioet konkluderer at om fosforkrisen rammer, vil tilgangen til råfosfat synke, prisen øke og etterspørselen etter slam fra avløpsrenseanlegg vil stige i takt med dette og gjøre at slammet trolig får en helt annen betydning enn hva det har i dag.

According to several sources, such as Cordell et al. (2009), a phosphorus-peak will occur within the next 30 years, and the reserves of phosphate rock will run dry, probably during the next century. It is therefore important to explore other phosphorous sources, and sludge from wastewater treatment plants may be an option as it contains all the necessary nutrients that is needed in agriculture. The fertilizing effect of 8 different types of aluminium based sludge was investigated in a pot experiment to see how the yield differs when different types of sludge is added as fertilizer. And also to see whether polymers contribute to a higher fraction of plant available phosphorous in the sludge. Seeds of rye grass were added to the sludge which then was sown in either vermiculite or peat soil. The sludge was chemically precipitation using two different doses of the coagulants, AlS (aluminium sulphate) and PAX18 (prepolymerized aluminium hydroxyl chloride) and one polymer. The experiment was conducted at the centre for plant research in controlled climate (SKP) for 4 months, during which the plants was harvested 3 times and the dry weight were measured and the content of nutrients was analysed. The results varied from harvest to harvest and also between different the types of sludge. Due to misjudgements during the experiment, the results from the plants grown in the vermiculite was not comparable to the results from the plants grown in peat soil, and therefore the conclusion in this thesis is based in the results from the plants grown in peat soil. Total absorbed phosphorous showed that AlS dose 1 (the lowest of two doses) was the sludge-combination that gave the best yield, but still it was nowhere close to the results from the plants grown with mineral fertilizer. The adding of polymers to the sludge inhibited the growth of the plants. The reason why is unclear and so further experiments should be conducted. Due to the scepticism of the use of sludge in agriculture, most of the wastewater treatment plants in Norway have to cover most of the cost of sludge disposal. Two scenarios, one for the present situation and one for the future, were investigated. The costs of alternative sludge disposal methods were investigated in the first scenario. It was concluded that in order to minimize the costs, agriculture was the best alternative. The future scenario concludes that demand of sludge will increase in the future if the phosphate rock reserves are depleted, since the price of phosphate rock will increase as the access decreases.