Genanvendelse af slam til fremstilling af organisk rig overfladejord

6. Metoder til bestemmelse af modenhed

6.1 Iltprofiler i sortjord
6.2 Potentielt iltforbrug af sortjord under lagring

Indledning

Analyseresultater og visuelle observationer om lagring og modning vidner om en udvikling af lagene fra overfladen og ned til den anoxiskee zone. Men resultaterne kan ikke direkte bruges til en fastsættelse af, hvor i modningsprocessen et givent lag i en given stak befinder sig. Derimod vil jordens iltindhold og iltforbrug fortælle om jorden er moden, altså egnet til plantevækst. Iltindholdet vil her afhænge af jordens vandindhold, herunder om porer er vandfyldte.

Der er udført målinger af iltindholdet i profil ned gennem stakkene, samt laboratorieforsøg til bestemmelse af iltforbruget. Resultaterne af disse observationer og vurderinger af de forskellige metoders anvendelighed er beskrevet i dette afsnit.

6.1 Iltprofiler i sortjord

Da der forventedes en aerob omsætning af slammets organiske stof, blev sortjordens vertikale iltprofil målt. Iltprofilerne blev målt ved hjælp af mikroiltelektroder af typen Unisense. Disse elektroder kan lokalt måle iltkoncentrationen inden for få tiendedele mm. Elektroderne stikkes ned i slammet, hvorefter iltindholdet og dybde registreres. Eksempler på profiler ses i nedenstående Figur 6.4.

Figuren viser, at iltindholdet er ca. 21% i de øvre lag, svarende til luftens indhold. Iltindholdet falder herefter forholdsvis moderat mod dybden 5-15 cm’s dybde for Marselisborg og Aars sortjorden, hvorefter iltindholdet falder til 0% i de dybereliggende lag. Der er lejlighedsvise fald i iltindholdet, hvilket tilskrives mindre "hot spots" med større iltforbrug. Der sker i disse tilfælde en transport af ilt omkring disse områder og videre ned i sortjorden. Der er afbildet to figurer for Marselisborg og Aars Sortjord , hvilket illustrerer, at der vil være forskel mellem prøvetagningsstederne.

Sortjorden fra Nibe viser et anderledes forløb, idet iltindholdet falder meget brat allerede umiddelbart under overfladen.

De viste profiler beskriver generelt forholdene for de tre sortjordstyper. Profilerne ændres med tiden, således at den dybde, hvor der måles et iltindhold større end nul, når længere ned ved længere tids lagring. Sortjord fra Aars viser kun et fald i iltkoncentration, såfremt pH også er faldet væsentligt under 12, da der ingen eller kun begrænset biologisk aktivitet er ved højt pH.

6.2 Potentielt iltforbrug af sortjord under lagring

De viste profiler i Figur 6.1 viser, at iltoverførslen fra luften og ind i sortjorden er tilstrækkelig til at forsyne bakteriernes omsætning af organisk stof i de overflade nære lag. Omsætningen vil gradvis reducere iltforbruget i en given dybde. Vi har ikke forsøgt at måle det aktuelle iltforbrug i sortjord, men har valgt at måle det enklere potentielle iltforbrug.

Metoden til måling af det potentielle iltforbrug svarer til den, der bruges til fraktionering af spildevands indhold af organisk stof. Sortjord suspenderes i vand, hvorefter suspensionen iltes med luft til iltkoncentrationen i vandfasen er høj, fx 6 mg ilt/l. (VKI og Laboratoriet for Teknisk Hygiejne, 1991).

Den iltede suspension er overført til en BI₅-flaske (anvendes til at måle BI_5, biologisk iltforbrug efter 5 dage, i spildevand) med monteret iltelektrode og omrøring. Omrøringen bevirker, at der er ensartet indhold, og der er en optimal kontakt mellem bakterier og sortjordens indhold af organisk stof og ammonium. Den mikrobielle omsætning af især organisk stof og i mindre grad ammonium vil forbruge ilt. Faldet i iltkoncentrationen mod tiden angiver mikroorganismernes iltforbrug, som angives pr. g tørstof i suspensionen.

Beluftningstiden i forbindelse med måling af iltforbruget har været op til 80 timer. Den lange beluftning skyldes, at man herved får et indblik i, hvorvidt der er tale om langsomt eller hurtigt omsætteligt stof i prøverne. Desuden kan en prøve have et lavt iltforbrug ved start på grund af hæmning af biologisk aktivitet, som følge af fx ophobning af stofskifteprodukter, fx naturligt forekommende, kortkædede fedtsyrer. Dette kan ses ved, at iltforbruget stiger efter omsætningen af de hæmmende produkter. Udtørring vil ligeledes udvise et initialt lavere iltforbrug.

Med henblik på en analyse af udviklingen i det potentielle iltforbrug mod dybden er der udført bestemmelser af sortjordens potentielle iltforbrug i en dybdeprofil. Denne profil er fulgt som funktion af modningstiden. Den sortjord, som er analyseret, er udtaget som en sortjordssøjle på op til 30 cm. Søjlen er udtaget med Kajak-rør fra sortjordsstakken. Dernæst er der foretaget en fraktionering af søjlen mod dybden. Der er udtaget prøver, som repræsenterer lag af 2-5 cm’s tykkelse. De forskellige prøver er herefter analyseret for potentielt iltforbrug.

Nedenstående tre figurer viser udviklingen af iltforbruget under lagring af sortjord.

Potentielt iltforbrug i Nibe stakken

Iltforbruget i de øverste lag, 0-5 cm, stabiliseres i løbet af modningstiden mellem 0,5-2 mg ilt/time*g ts, mens iltforbruget er højere i de dybere lag. Udviklingen i iltforbruget som funktion af tiden viser, at iltforbruget er betydeligt højere under 5 cm’s dybde.

Figur 6.3
Eksempler på udvikling af potentielt iltforbrug ved 20°C for Marselisborg sortjord som funktion af tiden og dybden.

Potentielt iltforbrug i Marselisborg stakken

I Marselisborg sortjorden er den generelle tendens, at det potentielle iltforbrug i en given dybde falder som funktion af modningstiden, se Figur 6.3. Iltforbruget er generelt lavere end for Nibe sortjord. I 15-20 cm’s dybde ses, at iltforbruget umiddelbart efter beluftningens start er relativt højt, 0,3-0,9 mg ilt/time*g ts, for derefter at falde til 0,1-0,2 mg ilt/time*g ts. Dette kan forklares med et indhold af let omsætteligt organisk stof, som hurtigt omsættes, hvorefter iltforbruget falder og stabiliseres på et lavere niveau.

Potentielt iltforbrug i Aars stakken

I Aars sortjorden ses ligeledes, at det potentielle iltforbrug i en given dybde falder som funktion af modningstiden, se Figur 6.4. Iltforbruget i juni kunne ikke måles i lag under 2 cm, da iltforbruget var hæmmet pga. højt pH, (pH > 11). Det samme gælder for 5-10 cm i juli. Iltforbruget stabiliseres i de øverste 5 cm efter august måned med et niveau på mellem 0,05 og 0,2 mg ilt/time*g ts. I 5-10 cm’s dybde ligger iltforbruget i august mellem 0,2 og 0,4 mg ilt/time*g ts.

Med henblik på en sammenligning med almindelige topjorde er der udtaget jordprøver i rodzonen for måling af potentiel iltforbrug i diverse jorde med plantevækst.

Potentielt iltforbrug i almindelige jorde

Det ses af Figur 6.5, at det potentielle iltforbrug i rodzonen i et rosenbed, en brakmark, en kornmark og en græsplæne ligger mellem 0,01-0,07 mg ilt/time*g ts. To prøver af Aars sortjord modnet i et år har potentielle iltforbrug, som svarer til forbruget i rodzonen for de testede jorde.

Sammenligning af sortjord og almindelige jorde

Ved sammenligning med det potentielle iltforbrug i sortjord fra Aars og Marselisborg (Figur 6.3 og Figur 6.4) ses, at der i de øvre lag opnås et iltforbrug, som svarer til rodzonen i almindelige jorde.

Sortjorden fra Nibe har et betydeligt højere iltforbrug end de 2 øvrige stakkes (bemærk forskellige skalaer på y-akserne i Figur 6.2- Figur 6.4). Det høje iltforbrug i Nibe-stakken skyldes et ca. 3 gange højere indhold af organisk stof ved forsøgets start, samt næsten dobbelt så meget vand i stakken som i de 2 andre stakke. Derfor er udtørringen, og dermed dannelsen af luftporer til dybden, sket langsommere samtidig med, at iltbehovet til omsætning af det organiske materiale har været tilsvarende større.

Undersøgelsen af det potentielle iltforbrug viser, at grænsen for et stabilt, lavt iltforbrug bevæger sig nedad, således at stigende mængder af hver stak bliver egnet til plantevækst. Marselisborg sortjorden modnes hurtigst, derefter følger Aars sortjorden og til sidst Nibe sortjorden. Fra april til august, dvs. 4 forårs- og sommermåneder, har de øverste 10 cm af Marselisborg stakken udviklet sig til at blive egnet til bevoksning. Det samme gælder de øverste 2 cm af Aars stakken, mens selv de øverste cm af Nibe stakken endnu har et for højt iltforbrug. Modningsstadierne er vurderet ud fra en sammenligning med det potentielle iltforbrug i de bevoksede jordtyper, der beskrives i Figur 6.5. Det kan dog ikke afvises, at der faktisk kan gro planter i jord med et højere iltforbrug. Generelt skal der dog være ilt i jorden for, at de fleste planter kan overleve. Således bør de nævnte dybder med stabilt sortjord betragtes som vejledende minimumsværdier.

Nødvendig lagringstid for sortjord i stakke

Den nødvendige lagringstid kan vurderes ud fra målingerne af det potentielle iltforbrug. Lagringstiden vil afhænge af anvendt slamtype og –mængder i forhold til sand. Lagringstiden vil desuden afhænge af graden af mekanisk vending/omstikning, fordi iltforbrugende områder i stakken derved udsættes for ilt. Lagringstiden afhænger også i høj grad af stakkens forhold mellem overflade og volumen. Under de betingelser, som stakkene i dette projekt er givet, vil den nødvendige lagringstid sandsynligvis være i størrelsesordenen 1-2 år for Marselisborg og Aars stakkene. Den nødvendige lagringstid for Nibe stakken kan ikke fastsættes, da omsætningen synes hæmmet pga. for højt iltforbrug og for lav ilttransport (lav porøsitet) i udgangsblandingen.

Den tidligere beskrevne sortjord fra Aars havde modnet i mindre stakke med en højde på 30-40 cm. Disse var modnet i løbet af et år.