Genanvendelse af slam til fremstilling af organisk rig overfladejord

5. Lagring og modning

5.1 Metode
5.2 Sortjordskarakteristik
5.2.1 Nibe stakken
5.2.2 Marselisborg stakken
5.2.3 Aars stakken
5.3 pH, tørstof og organisk materiale i stakkene
5.4 Næringssalte
5.4.1 Kvælstofomsætning
5.4.2 Nitrifikation i sortjord
5.4.3 Fosfor- og kaliumindhold
5.5 Karakteristik af 1 år gammelt sortjord
5.6 Undersøgelser af vand fra lagerstakke

5.1 Metode

Modning i containere

Blandingerne af slam og sand blev fyldt i containere (Figur 5.1), der var påmonteret afløbsstudse til opsamling af vand. Containerne blev stillet skråt, hvorved vand kunne opsamles kvantitativt. Containerne blev placeret på slampladser på Aars Renseanlæg. Containerne var således lagerplads for de tre typer sortjord. Blandingernes udvikling af stofindhold - modning - blev moniteret under lagring i det fri i april-oktober 1998.

De oplagrede mængder sortjord var:

• Nibe sortjord: 4,4 m³
• Marselisborg sortjord: 3,5 m³
• Aars sortjord: 4,3 m³

Dataindsamling

Der blev dagligt indsamlet nedbørsdata fra regnmåleren på Aars Renseanlæg for at kunne relatere nedbør med opsamlet vand fra containere. Der blev jævnligt udtaget prøver til analyser og måling af fysisk/kemiske parametre. Modningens effekt blev vurderet i relation til begyndelsesbetingelserne, dvs. stakke uden modning, samt til et år gammel sortjord, produceret af slam fra Aars Renseanlæg og sand i forholdet 1:3 og 1:4. Der blev udtaget prøver af stakkene umiddelbart efter overførslen til containere. Disse blev udtaget med Kajak-rør til 30 cm dybde.

Der er anvendt akkrediterede laboratorier til at foretage kemiske parametre.

5.2 Sortjordskarakteristik

Med jævne mellemrum blev sortjordsstakkene karakteriseret mht. farve lugt og udvikling af profilerne fra overfladen og ned gennem stakkene. Man kunne således følge udstrækningen af den oxiderede zone fra overfladen og ned til det anoxiske lag. I forbindelse med karakteriseringerne blev der taget billeder af tværsnit og overfladerne af stakkene.

5.2.1 Nibe stakken

I løbet af de første 4 ugers lagring havde der udviklet sig et hårdt, lysebrunt overfladelag på 2-4 cm’s tykkelse. Dette skyldes, at der er sket en udtørring og iltning af det øverste lag. Overfladen havde desuden sprækker på op til 5 cm dybde. Herunder var der et meget vandholdigt/vandmættet og flydende lag (se Figur 5.2).

Det formodes, at modningsprocessen ville være yderligere fremskredet i forsøgsperioden, hvis der var blandet så meget sand i slammet fra Nibe, at tørstofprocenten nåede op på det samme niveau som i de 2 andre stakke. For at afprøve dette blev Nibe sortjord blandet med sand til et tørstofindhold svarende til de 2 andre stakkes. Blandingen havde en meget mere fast konsistens, tørrede hurtigere ud i overfladen end det oprindelige og fik en porøs overflade.

5.2.2 Marselisborg stakken

Efter de 4 uger havde der udviklet sig et lysere og tørrere gråbrunt overfladelag ned til en dybde på 5-8 cm. Dette skyldes en udtørring og iltning af dette lag. I overfladen var endvidere mange mindre revner på ca. 5 cm’s dybde. Ingen bevoksninger på overfladen. Stakken havde ikke ændret form i perioden, hvilket tyder på, at materialet har en god sammensætning, som også vil kunne lægges ud på skrånende terræn.

Under det lyse overfladelag var der en sortgrå overgangszone, hvorunder der lå et mere væskeholdigt lag. Dette lag havde en kraftig lugt og samme konsistens som det oprindelige blandingsprodukt. Det må derfor antages, at der ikke var sket nogen omsætning og udtørring af betydning i dette lag i perioden, ligesom den sorte farve indikerede, at der var anaerobt under overgangszonen. Efter 5 måneder strakte det lysere overfladelag sig ned til 15-20 cm’s dybde. Det øverste lag havde en meget jordagtig konsistens, hvori tomatplanter og invaderende planter havde etableret sig.

5.2.3 Aars stakken

Efter 4 ugers lagring var der etableret et lyst gul-gråt øverste lag af ca. 5 cm’s dybde. Dette lag var mere tørt og hårdt end udgangsmaterialet. Den lysere farve tyder på en udtørring og iltning. På overfladen var der tætte belægninger af hvide/gule svampehyfer. I det øverste lag var der endvidere mindre sprækker. Under det lysere lag kunne ses et mørkere brunligt lag, som havde tekstur, farve og lugt som det oprindelige blandingsprodukt (Figur 5.3). I det nederste lag synes der ikke at være sket nogen udvikling i perioden. Efter 5 måneder havde et sort lag på 1-3 cm’s tykkelse bevæget sig nedad og lå nu i ca. 7 cm dybde. Det sorte lag markerer overgangen fra aerob til anaerob omsætning. Stort set var det kun ca. de øverste 10 cm, som havde været udsat for en betydelig tørring og omsætning i lagringsperioden.

5.3 pH, tørstof og organisk materiale i stakkene

Stakkenes pH og indhold af tørstof og organisk materiale er målt kort efter opsætning af stakkene i april, samt i juni, juli og august. Resultaterne er gengivet i efterfølgende figurer.

Det ses af Figur 5.5, at pH er relativt konstant i Nibe og Marselisborg stakkene. I Aars stakken falder pH, først i de øverste lag, og derefter bevæger fronten sig nedefter. Sænkningen af pH i Aars stakken skyldes primært udvikling af syreproducerende svampe.

Udviklingen i stakkenes tørstof indhold illustreres i Figur 5.6

Måleresultatet fra 3. juni afviger fra de øvrige (Figur 5.6), fordi prøverne er udtaget efter en længere periode uden regn. De øvrige prøver viser, at indholdet af tørstof stiger med tiden i Nibe og Marselisborg stakkenes øverste lag. Udtørringen skyldes dels vind og sol, dels nedbrydning af organisk materiale, som holder på vandet. I Aars stakken er tørstofindholdet mere konstant, fordi en algemåtte etablerede sig på stakkens overflade. Det ses også, at tørstofindholdet i Nibe stakken har været meget lavt fra starten som beskrevet i kapitel 7.

Nedbrydningen af organisk materiale illustreres i Figur 5.7.

I løbet af forsøgsperioden halveres indholdet af organisk materiale i de øverste 2 cm af Aars og Nibe stakkene. Derfor er der en relativt stor andel af letnedbrydelige forbindelser ved forsøgets start. Aars stakken har en mere porøs struktur end Nibe stakken, med deraf følgende mulighed for bedre gasudveksling og højere omsætningsrate. Men Aars stakken skal invaderes af svampe, før det høje pH (ca. pH 12) i stakken kan sænkes og omsætningen øges.

Marselisborg stakken er dannet ud fra udrådnet slam, hvilket indebærer, at de letnedbrydelige forbindelser allerede er delvist omsatte ved forsøgets start. Derfor ses en relativt lav omsætning på trods af, at denne stak er den mest porøse.

I de dybere liggende lag er omsætningen begrænset af iltindhold og derved iltdiffusionen gennem overfladen af stakkene.

5.4 Næringssalte

Ved blanding af slam med mineralsk materiale opstår et medie, som er rigt på næringsstoffer. I landbruget fokuseres primært på N, P og K, idet det er disse næringsstoffer, som tilføres i størst mængde med forskellige gødningsstoffer. I det følgende beskrives indholdet af næringsstoffer i sortjorden og udviklingen af disse igennem lagringsperioden. Endvidere vurderes indholdet af næringsstoffer i forhold til de i landbruget optimale indhold i landbrugsjord og forskellige gødningstyper.

5.4.1 Kvælstofomsætning

Udviklingen af total kvælstof i sortjordsstakkene er vist i Tabel 5.1. Det fremgår af tabellen, at der sker en væsentlig reduktion af kvælstofindholdet i overfladen i alle tre sortjordstyper i lagringsperioden. For sortjorden fra Nibe sker der næsten en halvering af kvælstofindholdet fra 12 til 5-8 gN/kg ts. Et lignende fald ses i sortjorden fra Marselisborg, der med et fald på ca. 50% i overfladen (0-5 cm) reduceres til 1,9 gN/kg ts. Under 20 cm’s dybde er der stort set ikke sket en reduktion i Marselisborg stakkene. I sortjorden fra Aars er der i de øverste lag sket et fald fra 4,2 til 2,1 - 2,4 gN/kg ts, hvilket ligeledes svarer til en ca. 50% reduktion af kvælstofindholdet. Temperaturen i stakkene har varieret fra 8° C til 20° C i løbet af forsøgsperioden.

I Tabel 5.2 er der angivet målte værdier af ammonium og nitrat i overfladen af stakkene. Det generelle billede er, at langt den største del af det uorganiske kvælstof udgøres af ammonium/ammoniak, mens nitrat kun udgør en meget mindre del af den uorganiske fraktion.

# under detektionsgrænsen

I Aars sortjorden er ammoniumkoncentrationerne væsentlig lavere end i de to andre sortjorde, både i udgangsmaterialet og i løbet af lagringsperioden. Dette skyldes højt pH. Nitratkoncentrationen var lav i hele perioden dog med de højeste koncentrationer i overfladen.

Til sammenligning var der stort set ingen ammonium (0-0,02 gNH₄-N/kg ts) i den sortjord fra Aars Renseanlæg, som havde lagret i et år, mens nitratniveauet varierede mellem 0,03-0,08 gN/kg ts. Dette er på størrelse med, hvad der blev målt i overfladen af sortjorden fra Marselisborg og Aars efter 174 dages lagring.

Hvorvidt fordampning af ammoniak eller biologisk nitrifikation/denitrifikation af kvælstof fra stakkene er hovedårsag til kvælstofreduktionen, kan ikke afgøres ud fra de udførte forsøg. Der sker et kraftigt fald i kvælstof koncentrationer i lagringsperioden i de øverste 10-15 cm af alle stakkene. Der er et højt indhold af organisk stof, som kan virke som substrat for denitrifikation. Desuden er der et grænselag mellem oxisk og anoxisk miljø. Da der måles nitrat, er denitrifikation meget sandsynlig.

5.4.2 Nitrifikation i sortjord

Nitrificerende bakterier oxiderer ammonium til nitrat under iltrige forhold. Indholdet af nitrat i forskellige dybder og på forskellige tidspunkter i stakkene kan således bruges som indikation for, hvor fremskreden nedbrydningsprocessen er.

Der er udført nitrifikationstest, hvor nitratproduktionen i en suspension af sortjord er fulgt over 24 timer. Disse tests supplerer nitratindholdet med henblik på vurdering af sortjordens evne til at nitrificere. Resultaterne er ikke vist for nitrifikationsraterne. Nitrifikationen forløber ikke i de dybereliggende lag.

Nibe sortjord, som var langsomst til at modne, når kun at blive svagt nitrificerende i de øverste 5 cm. Dette kan forklares ved iltmangel. Grunden til, at indholdet af nitrat er meget lavt den 27. september, er at skorpen på den bløde stak gled af i forbindelse med flytning af containeren i september. Derfor er dybere lag kommet til overfladen.

Marselisborg sortjorden er, efter 5 måneders modning, mere effektiv til at nitrificere. Dette kan forklares med, at denne sortjord er længere fremme i modningsprocessen.

Sortjord fra Aars indeholder indledningsvis ikke nitrificerende bakterier fra vandrenseprocesserne, idet disse er døde som følge af højt pH på grund af kalkbehandlingen. De nitrificerende bakterier skal således invadere Aars sortjorden fra luften og transporteres ind i sortjorden. Dette kan ske efter, at slammets pH er reduceret, og der er ilt i sortjorden.

Aars sortjord har efter 5 måneders modning en svag nitrifikation. Et år gammelt sortjord har et lavt ammoniumindhold, se efterfølgende Tabel 5.6, og et højt nitratindhold, hvilket indikerer, at med længere modningstid vil nitrifikationen blive effektiv.

5.4.3 Fosfor- og kaliumindhold

Det fremgår, at der for alle stakkene er et meget højt Total-P indhold, og at dette stort set ikke ændrer sig i lagringsperioden, se Tabel 5.3.

Der findes stort set den samme mængde fosfor efter de 174 dages lagring i alle 3 stakke. Der er dog en tendens til et fald i de øverste 0-2 cm. Den meget lave værdi i Nibe stakken den 27. september kan være en målefejl. Total-P indholdet er på niveau med, hvad der er findes i husholdningskompost (4 g/kg ts) (Landskontoret for Planteavl, 1995).

5.5 Karakteristik af 1 år gammelt sortjord

Målinger af parametre på 1 år gammelt sortjord fra Aars (blandingsforholdet 1:3 og 1:4 mellem slam og sand) er vist i Tabel 5.4. Den lagrede sortjord havde et indhold af organisk materiale, der lå på ca. halvdelen (2,5 %) af, hvad der blev målt i den nyblandede sortjord.

Sortjorden var efter lagringen svagt basisk med et kvælstof indhold på ca. 1,5 gN/kg ts, mens fosforindholdet var lidt højere. Der var stort set ingen ammonium i sortjorden, mens nitratniveauet varierede mellem 0,03-0,08 gN/kg ts. Dette er på størrelse med, hvad der blev målt i overfladen af sortjorden fra Marselisborg og Aars efter 174 dages lagring.

Sammenligninger med landbrugsjord og landbrugsgødninger viste, at alle sortjordsblandingerne har en meget høj gødningsværdi specielt med hensyn til fosfor, se Tabel 5.5 for 1 år gammel sortjord. Næringsværdien mht. fosfor må forventes at eksistere i flere år efter udlægning af materialet.

Den lagrede sortjord har et meget højt plantetilgængeligt fosfor sammenligned med retningslinierne for landbrugsjord, og kaliumindholdet ligger på det middelhøje niveau efter 1 års lagring. Hertil kommer, at der vil ske en optagelse de følgende år af det bundne fosfor og kalium. Der er således overskud af disse to næringsstoffer i sortjorden, som vil være tilgængelig for plantevæksten flere år frem.(Tabel 5.5).

I Tabel 5.6 er angivet den beregnede mineralske kvælstofmængde, som vil være i den påførte sortjord ved henholdsvis udlægning af et overfladelag på 50 cm og et lag på 20 cm, sammenlignet med, hvad der er tilført og efterfølgende fundet for forskellige landbrugsjorde efter forskellige afgrøder. Det fremgår, at der efter høst af forskellige afgrøder er et lavt indhold i jorden, mens en optimal N forsyning med henblik på afgrødevækst vil være op til 250 kgN/ha ifølge Landbrugets Informationskontor. Sortjorden lagret i 1 år ligger på dette niveau, hvis der udlægges et lag på 20 cm. Dette produkt synes derfor velegnet til udlæg som overjord set ud fra et kvælstoftilgængeligt indhold.

# Landbrugets Informationskontor (1995), *Hydro Agri (1997)

5.6 Undersøgelser af vand fra lagerstakke

Opsamling af vand fra Nibe stakken

I perioden fra 9/4 til 10/6 faldt der ca. 70 mm regn, svarende til ca. 400 liter vand over hver stak. Fra Marselisborg-stakken blev der opsamlet 3 liter, og fra Aars-stakken blev der opsamlet 56 liter. Herunder gengives de målte vandmængder fra hver stak, samt vandets indhold af næringssalte. Fra Nibe-stakken blev der ikke opsamlet vand. Stakken er impermeabel, og sortjorden fyldte containeren. Der er således heller ikke målt perkolat.

Opsamlet vand fra Marselisborg stakken

Fra sortjorden fra Marselisborg er der i det opsamlede vand ringe mængder næringssalte. Der er opsamlet 3 liter vand, hvilket kun er ca. 1% af de ca. 400 liter nedbør over stakken og containeren. I samme periode falder vandindholdet i stakkens øverste lag til næsten det halve af udgangsniveauet. Fordampning, som øges med vindhastighed og solvarme, minimerer dannelsen af vand, som kan opsamles. Sortjorden binder desuden nedbøren.

Opsamlet vand fra Aars stakken

Der er i perioden opsamlet 56 liter væske indeholdende 70 gram kvælstof og 1 gram fosfor fra Aars-stakken.

Vandet fra Aars-stakken er ikke egentlig perkolat, men derimod overvejende overfladeafstrømning fra stakken. Dette er konkluderet på basis af pH målinger, som viser værdier omkring 7-8. Perkolat fra slam med pH 12 ville hæve pH væsentligt.

Under modning er der meget begrænset eller ingen perkolatdannelse. Mængderne af næringssalte er dog relativt lave, idet mængden fx af kvælstof fra Aars containeren kun udgør en tredjedel af mængden, som udspredes på landbrugsjord ved normal gødningsdosering på 200 kg kvælstof pr. ha. Mængden af vand i containerne afhænger til en vis grad af nedbørsmængde for Aars sortjord, mens det ikke er tilfældet for Marselisborg sortjord, se Figur 5.8 og Figur 5.9.