Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster Helsinki Region Environmental Services Authority

Transkriptio

1 Biojätteen kompostoinnin ja mädätyksen innovatiiviset prosessiyhdistelmät - KOMBI Biohiilen lisäyksen vaikutukset kompostointiprosessiin laitosmittakaavan tunnelikompostoinnissa Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster Helsinki Region Environmental Services Authority

2 Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä Opastinsilta 6 A 52 Helsinki puhelin faksi Lisätietoja Pekka Mäkinen, puhelin pekka.makinen@hsy.fi pekka.s.makinen@helsinki.fi Copyright Kartat, graafit, ja muut kuvat: HSY Kansikuva: HSY 2

3 1 Tiivistelmä Laitoskompostoinnissa syntyvät kaasumaiset päästöt kuormittavat laitosten poistoilmakäsittelyjärjestelmiä. Lisäksi ne vähentävät typen määrää kompostimassasta valmistettavissa lopputuotteissa. Biohiilen lisäyksen vaikutuksista kompostointiprosessin tehokkuuteen ja sen ominaisuuksista absorboida kaasuja on olemassa paljon tieteellistä tietoa. Biohiilen käyttö ja lisääminen kompostiin on yleistymään päin, mutta käyttöön asti otettuja tuotteita ja teknologioita on vielä vähän. Biohiilen lisäyksen vaikutuksia kompostointiprosessiin tarkasteltiin laboratoriomittakaavan kompostointikokeessa sekä laitosmittakaavan kompostointikokeessa Espoossa Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa. Kokeiden tarkoituksena oli määrittää pienin mahdollinen kompostimassaan lisättävä biohiilipitoisuus, jolla olisi vaikutusta kompostointiprosessiin. Kompostointikokeissa keskityttiin kompostointiprosessin alkuvaiheeseen. Kokeiden kesto oli kahdesta kolmeen viikkoon. Lisäksi laitosmittakaavan kokeissa biohiilen vaikutusten seuraamista jatkettiin ulkoaumoissa. Kokeista saadut tulokset tukevat aiempia tutkimuksia siten, että biohiilen lisääminen kompostimassaan nopeutti orgaanisen aineksen hajoamista ja siten nopeuttaisi kompostointiprosessia. Tutkimuksen tulosten perusteella biohiilen lisäyksellä pystyttiin vähentämään myös laitoskompostoinnissa syntyvää haihtuneen ammoniakin määrää. Tämä kuitenkin vaatii sen, että kompostointireaktoreiden lämpötilat kyetään kasvaneesta aktiivisuudesta huolimatta pitämään tavoiteltujen ohjearvojen tuntumassa. 3

4 Sisällys 1 Tiivistelmä 3 2 Johdanto Tavoite Tausta Tutkimuksen teoreettinen viitekehys ja aiemmat tutkimukset Biohiili Biohiilen vaikutukset kompostointiprosessiin Biohiilen vaikutukset kaasumaisiin typpiyhdisteisiin Aineisto ja menetelmät Laboratoriomittakaavan kompostointikoe Näytteenotto ja koeasetelma Ammoniakki- ja lämpötilamittaukset Ravinneanalyysit Muut laboratorioanalyysit Laitosmittakaavan kompostointikoe Näytteenotto Laboratorioanalyysit ja mittaukset Tulokset Laboratoriomittakaavan kompostointikokeen tulokset Laitosmittakaavan kompostointikokeen tulokset Tulosten tarkastelu Kompostimassan aktiivisuus Ammoniakki Epävarmuustekijät Johtopäätökset Kiitokset 25 8 Lähdeluettelo 26 4

5 2 Johdanto 2.1 Tavoite Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, miten biohiilen lisääminen kompostimassaan vaikuttaa kompostin ravinnevirtoihin sekä kompostoinnin tehokkuuteen laitosmittakaavan tunnelikompostoinnissa. Kokeellisen tutkimuksen tarkoituksena oli määrittää pienin mahdollinen kompostimassaan lisättävä biohiilipitoisuus, jolla on vaikutusta ravinteiden pidättymiseen sekä kompostointiprosessin tehokkuuteen laitosmittakaavassa. Ennen laitosmittakaavan kokeita suoritettiin laboratoriomittakaavan kompostointikoe, josta saatuja tuloksia sovellettiin laitosmittakaavan kompostointikokeissa Espoossa Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa. 2.2 Tausta Kompostointitutkimus oli osa KOMBI -kehittämisprojektia, jonka tavoitteena on biojätteen käsittelyssä syntyvien jätevesien vähentäminen sekä typen tehokkaampi talteenotto uutta osavirtamädätysprosessia optimoimalla. Kehittämisprojektissa on mallinnettu prosessin ajotapojen vaikutusta jäteveden syntymiseen ja typen talteenottoon. Kehittämisprojekti saa rahoitusta ympäristöministeriön ravinteiden kierrätystä edistävästä ohjelmasta. KOMBI -kehittämisprojektiin liittyen Ämmässuolla suoritettiin tammi- ja helmikuussa biohiilikoe, jossa tarkasteltiin biohiilen vaikutuksia kompostointiprosessin ravinnevirtoihin sekä hajujen muodostumiseen. Kokeen vähäinen toistomäärä ja koeolosuhteiden vaihtelu aiheuttivat sen, että saatuja tuloksia ei voitu pitää tieteellisesti pätevinä. Kokeessa saadut tulokset kuitenkin tukivat sitä oletusta, että biohiilen avulla pystytään lisäämään ravinteiden pidättymistä kompostimassassa sekä vähentämään kompostointiprosessissa syntyviä hajuhaittoja (Kainulainen ja Mäkinen 215). Ensimmäisen kompostointikokeen tuloksia käytettiin hyväksi tämän tutkimuksen suunnittelussa ja toteutuksessa. Tämän tutkimuksen yhtenä tärkeimpänä tavoitteena olikin saada tuotettua tieteellisesti päteviä tuloksia biohiilen lisäyksen vaikutuksista ravinteiden pidättymiseen ja kompostointiprosessin tehokkuuteen laitosmittakaavan kompostointikokeissa sekä minimoida aikaisemmassa kokeessa ilmenneet epävarmuustekijät. Kevättalvella 215 tehtyjen kompostointikokeiden jälkeen Ämmässuolla on otettu käyttöön biojätteen osavirtamädätysprosessi. Prosessissa mädätetään hienojae (noin 7 prosenttia) saapuvasta biojätteestä. Mädätyksen avulla biojätteen sisältämä energia pystytään muokkaamaan biokaasuksi ja siitä edelleen lämmöksi ja sähköksi. Mädätysjäännös kompostoidaan biojätteen ja tukiaineen kanssa. Kuvassa 1 on esitetty kaavakuva Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksen biojätteenkäsittelyprosessista. Mädätysprosessin käyttöönotto on vaikuttanut merkittävästi kompostointitunneleihin menevän kompostimassan kemiallisiin ominaisuuksiin. Esimerkiksi mädätysprosessin käyttöönoton jälkeen kompostoitavan massan ph on selkeästi kasvanut. Mädätteen sekoittaminen kompostoitavaan massaan on myös lisännyt kompostimassan ammoniumtypen määrää. Tämän seurauksena kompostoinnin alkuvaiheessa syntyvän haihtuneen ammoniakin määrän voidaan olettaa lisääntyneen. 5

6 Kuva 1. Kaavakuva Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksen biojätteenkäsittelyprosessista (HSY 215) 6

7 3 Tutkimuksen teoreettinen viitekehys ja aiemmat tutkimukset 3.1 Biohiili Biohiili valmistetaan erilaisista biomassoista pyrolyysin eli kuivatislausmenetelmän avulla. Pyrolyysillä tarkoitetaan orgaanisten aineiden kuumentamista hapettomissa olosuhteissa. Biohiilen valmistamiseen voidaan käyttää esimerkiksi puuta tai maatalousjätettä. Pyrolyysissä biomassaa kuumennetaan hapettomissa oloissa hitaasti noin 5 C:een, jolloin sen energiatiheys kasvaa. Samanlaista menetelmää käytetään esimerkiksi grillihiilien valmistuksessa. Biohiilen lisäämisen vaikutuksista erilaisiin massoihin ja prosesseihin on olemassa paljon tieteellistä tietoa, mutta käytäntöön asti vietyjä ja käyttöön otettuja tuotteita ja teknologioita on vielä vähän (VTT 214). 3.2 Biohiilen vaikutukset kompostointiprosessiin Biohiilen lisäämisen vaikutuksista kompostointiprosessin tehokkuuteen ja ravinnevirtoihin on olemassa paljon tieteellistä tietoa. Toisaalta aiemmissa tutkimuksissa kompostoidut materiaalit ovat olleet pääasiassa maatalousjätteitä tai jätevesilietettä. Kirjallisuuden perusteella biohiilen lisääminen kompostimassaan vähentää kompostoinnissa syntyviä ammoniakkipäästöjä (Malinska ym. 214), muuttaa mikrobiyhteisön rakennetta ja sitä kautta kompostimassan kemiallisia ominaisuuksia (Jindo ym. 211), vähentää kompostoinnissa syntyviä hajuhaittoja (Dias ym. 211) ja kiihdyttää orgaanisen aineksen hajotusta (Sanchez-Garcia ym. 215). Kompostointiprosessi on monimutkainen kokonaisuus, johon vaikuttavat kompostimassan erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet sekä olosuhteet, joissa kompostointi tapahtuu. Näillä kaikilla on edelleen merkitystä mikrobiyhteisön rakenteeseen, jonka muutokset vaikuttavat edelleen kompostin ominaisuuksiin. Kompostoinnin alkuvaiheessa kompostimassan kemiallisiin ja biokemiallisiin ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa jo hyvin pienillä biohiilipitoisuuksilla. Jindo ym. (212) käyttivät tutkimuksessaan omenoiden puristusjätteen ja siipikarjan jätteiden sekoituksen kompostointiin 2 % (tilavuudesta) biohiilen lisäystä. Biohiilen lisäys vaikutti kompostoinnin kannalta myönteisesti kompostimassan kemiallisiin ominaisuuksiin. (Jindo ym. 212) Steinerin ym. (21) tutkimuksen mukaan karjan lantaa kompostoitaessa biohiilen lisääminen kompostimassaan nopeutti kompostointia. Myös Malinskan ym. (214) mukaan biohiilen lisääminen jätevesilietteen ja puuhakkeen kompostiseokseen nosti kompostin lämpötilaa ja lisäsi orgaanisen aineksen hajoamista laboratoriomittakaavan kompostointikokeessa. Pienilläkin määrillä biohiiltä voidaan kiihdyttää orgaanisen aineksen hajoamista kompostoinnissa (Sanchez-Garcia 215 ja Malinska ym.214). 3.3 Biohiilen vaikutukset kaasumaisiin typpiyhdisteisiin 7

8 Kompostoinnissa typpihävikkiä tapahtuu erityisesti kaasumaisina typpiyhdisteinä, tällaisia ovat esimerkiksi ammoniakki, dityppioksidi ja typpikaasu. Useimmissa kompostointitutkimuksissa ammoniakkipäästöt ovatkin aiheuttaneet merkittävää typpihävikkiä. Kompostoitavien materiaalien korkea typpipitoisuus sekä alhainen hiili/typpi -suhde lisäävät ammoniakin haihtumista kompostimassasta, mikä puolestaan lisää kompostoinnin kokonaistyppihävikkiä. Orgaanisten jätteiden kompostoinnista aiheutuva ammoniakin haihtuminen aiheuttaa myös pistäviä hajuja sekä lisää ympäristön kuormitusta (Pagans ym. 26). Kaasumaisten yhdisteiden hävikkiä vähentämällä pystytään parantamaan jalostetun lopputuotteen ominaisuuksia sekä vähentämään ihmisiin ja ympäristöön kohdistuvaa kuormitusta (Sanchez-Garcia ym. 215). Kompostoinnissa ammoniakin haihtumiseen vaikuttaa erityisesti kompostoitavan massan ph, lämpötila sekä ammoniumtypen määrä (Pagans ym. 26). Biohiilen kyky vähentää haihtuneen ammoniakin määrää kompostoinnissa perustuu lähinnä sen kykyyn adsorboida ammoniakin esiasteita, kuten esimerkiksi ammoniumtyppeä sekä urea- ja virtsahappoja (Malinska ym. 214). Malinska ym. (214) lisäsivät laboratoriomittakaavan tutkimuksessa 4 % (märkäpaino) biohiiltä jätevesilietteen ja puuhakkeen sekoitukseen. Biohiilen lisääminen vähensi kompostoinnissa syntyneitä ammoniakkipäästöjä merkittävästi kompostoinnin ensimmäisen viikon aikana. Kuitenkin kokeiden toisella viikolla biohiilikomposteissa ammoniakkipäästöt olivat hieman korkeammat. Tutkimuksessa käytetty biohiilen määrä on yksi alhaisimmista kirjallisuusarvoista. (Malinska ym. 214) Vandecasteele ym. (211) tutkivat biohiilen vaikutuksia kompostointiprosessiin täyden mittakaavan kompostointikokeessa. Tutkimuksessa käytettiin viherjätettä sekä kotitalousbiojätettä. Sekoitettuun biojätemassaan lisättiin biohiiltä suhteessa 9:1 (kuivapaino). Kyseinen biohiilen määrä vähensi kompostoinnin ammoniakkipäästöjä. Steiner ym. (21) käyttivät biohiiltä siipikarjan jätösten kompostoinnissa. Biohiiltä lisättiin 2 % (kuivapainosta) ja sillä saatiin jopa yli 5 % vähennyksiä ammoniakkipäästöihin (Steiner ym. 21). Kirjallisuuden perusteella voidaan todeta, että suurimmilla biohiilimäärillä on saatu aikaiseksi myös merkittävimmät ammoniakkipäästövähennykset (Malinska ym. 214). Laitosmittakaavan kompostoinnissa näin suuret biohiililisäykset eivät kuitenkaan ole taloudellisesti järkeviä. Toisaalta on myös tutkimustuloksia, joiden perusteella pienten biohiilimäärien lisääminen kompostimassaan ei vähennä kaasumaisia typpipäästöjä (Sanchez-Garcia ym. 215). Sanchez-Garcia ym. (215) sekoittivat 3 % (kuivapainosta) biohiiltä siipikarjan lannan ja ohran korsien sekaan. Tutkimuksen tulosten perusteella biohiili ei vaikuttanut kokonaistyppihävikkiin eikä kaasumaisten typpiyhdisteiden määrään. 8

9 4 Aineisto ja menetelmät Tutkimuksen kokeellinen osuus muodostui kahdesta eri kokeesta. Aluksi suoritettiin laboratoriomittakaavan kompostointikoe, jonka tuloksia pyrittiin hyödyntämään laitosmittakaavan kompostointikokeissa Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa. Kokeissa käytettiin Biolan Oy:n valmistamaa biohiiltä. Biolan Oy:n hiilen valmistusprosessi perustuu kaksoisretorttisysteemiin (CARBO). Hiilen valmistuksessa lämpötila retorttisysteemin ulkopinnalla on 6 C, mutta retortin sisällä lämpötila on noin 45 C. Hiilto kestää yhteensä 12 tuntia, josta itse palamiseen kuluu 3 tuntia. Biolan Oy:n valmistaman hiilen raaka-aineena käytetään lehtipuuta (Fontell 215). Laboratoriokokeissa käytetty biohiili oli murskattua grillihiiltä, kun taas laitosmittakaavan kokeisiin hiili toimitettiin valmiina lastuina. Molempien hiilien valmistusprosessi on kuitenkin samanlainen. Kokeissa käytettyjen biohiilien raekoko vaihteli hiilipölystä 1-3 cm kokoisiin lastuihin. Ämmässuolla tunnelikomposteissa kompostoidaan raakabiojätteestä, mädätteestä ja tukiaineesta koostuvaa kompostimassaa. Kaikkiaan yhteen tunneliin täytetään noin 27 tonnia kompostimassaa, josta tukiainetta on noin 16 tonnia. Kompostoinnissa käytettävä tukiaineseos koostuu puuhakkeesta (17 %), risuhakkeesta (23 %), kompostiylitteestä (18 %) sekä kenttäylitteestä (42 %). Prosenttiosuudet ovat suuntaa antavia ja ne on laskettu yhden viikon aikana valmistetusta tukiaineseoksesta. 4.1 Laboratoriomittakaavan kompostointikoe Näytteenotto ja koeasetelma Laboratoriomittakaavan kompostointikokeessa pyrittiin jäljittelemään mahdollisimman hyvin Ämmässuon tunnelikompostien kompostointiprosessia. Näytteenotto tapahtui Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa. Liukuhihnalta otettiin osanäytteittä lapiolla 6 litran saaviin noin kymmenen minuutin ajan. Koko näytteen tilavuus oli yhteensä noin 4 litraa. Laitosmittakaavan kompostoinnin kompostimassan jaekoko oli liian suuri laboratoriomittakaavan kokeisiin, joten näyte murskattiin Senfit Sample Mill 213 SM-12 näytemurskaimella. Kirjallisuuden perusteella kokeissa käytetyiksi biohiilipitoisuuksiksi valittiin 2 % (BH2) 3 % (BH3) 4 % (BH4) ja 6 % (BH6). Biohiilikompostien lisäksi kokeissa oli mukana kontrollikomposteja, joihin ei lisätty biohiiltä. Kaikille käsittelyille tehtiin kolme rinnakkaista kompostia. Laboratoriossa kompostointi tapahtui 1,5 litran Rottegrad -astioissa (Kuva 2). Astiat täytettiin siten, että kompostimassan yläreuna oli noin 3 5 cm astian yläreunasta. Kompostimassa käännettiin kokeen seitsemäntenä päivänä. Komposteja alettiin kastella kokeen neljäntenä päivänä. Ensimmäisessä kastelussa vettä lisättiin ensiksi 5 ml, jonka imeydyttyä toiset 5 ml. Kokeen toisen viikon aikana vettä lisättiin päivittäin 1 ml. Veden lisäys suoritettiin aina ammoniakkimittausten jälkeen. 9

10 Kuva 2. Laboratoriomittakaavan kompostointikokeen koeasetelma Ammoniakki- ja lämpötilamittaukset Ammoniakkimittaukset suoritettiin Dräger -pumpun ja -ilmaisinputkien avulla (Ammoniakki 5/a CH251). Rottegrad astiat peitettiin kelmulla tunnin ajaksi ennen mittausta, jotta ammoniakkia ehtisi kertyä mitattavia pitoisuuksia. Ilmaisinputkien eteen asetettiin neula ja muutaman sentin pituinen pala kumiletkua. Tämän avulla mittaus saatiin suoritettua kelmun läpi ilman, että kelmuun tiivistynyt kosteus pääsi ilmaisinputkeen. Päivittäisten ammoniakkimittausten jälkeen kompostimassan lämpötila mitattiin lämpömittarilla. Lämpömittari asetettiin Rottegrad-astian reunan ja kompostimassan väliin. Lisäksi kahdeksan Rottegrad-astian lämpötilaa mitattiin jatkuvasti lämpötilaloggereilla, jotka asetettiin samalla tavalla kuin lämpötilamittari Ravinneanalyysit Kompostimassan ravinnemääritykset suoritti MetropoliLab Oy. Ravinnemäärityksiä varten MetropoliLabille toimitettiin noin litra kompostinäytettä. Ravinnemääritykset tehtiin kompostimassasta ennen kompostoinnin aloittamista sekä kokeen lopputilanteessa 14. päivänä. Kaikista kompostinäytteistä määritettiin ammoniumtyppi (SFS-EN 13652) sekä kokonaistyppi, jonka määrityksen suoritti SeiLab Oy (Kjeldahl). Kokeen alkutilanteen kontrollista määritettiin C/N suhde. Lisäksi kokeen lopputilanteessa kaikista näytekomposteista määritettiin kompostimassan hiilidioksidintuotto (VTT tied. 2351). 1

11 4.1.4 Muut laboratorioanalyysit Muihin laboratorioanalyyseihin sovellettiin Itävaaran ym. (26) Kompostin kypsyystestit -ohjekirjan menetelmäohjeita. Näytteiden ph-määrityksiä varten 25 ml dekantterilasiin mitattiin noin 5 ml kompostinäytettä, joka kaadettiin lasipulloon. Lasipulloon lisättiin 25 ml tislattua vettä. Pullo laitettiin ravistelijaan tunnin ajaksi. Ravistelu tapahtui 28 C:een lämpötilassa. Ravistelun jälkeen pullosta määritettiin ph ph-analysaattorin avulla. Kuiva-aine- ja tuhkapitoisuusmäärityksiä varten tyhjät upokkaat punnittiin, jonka jälkeen niihin annosteltiin noin 15 grammaa kompostinäytettä. Upokkaan ja kompostinäytteen yhteispaino punnittiin, jonka jälkeen näytteiden annettiin kuivua yön yli lämpökaapissa 13 C:een lämpötilassa. Kuivat näytteet siirrettiin eksikaattoriin jäähtymään, jonka jälkeen näytteet punnittiin. Kokeen alkutilanteessa kaikista pitoisuuksista suoritettiin kolme rinnakkaista määritystä. Kokeen lopussa kaikista pitoisuuksista ja kaikista rinnakkaisnäytteistä suoritettiin kolme rinnakkaismääritystä. Kuiva-ainepitoisuuden määrittämisen jälkeen täydet upokkaat siirrettiin muhveliuuniin, jossa niitä poltettiin 55 C:een lämpötilassa. Poltto kesti yhteensä 3,5 tuntia. Uunista näytteet siirrettiin eksikaattoriin jäähtymään ja lopuksi jäähtyneet näytteet punnittiin. 4.2 Laitosmittakaavan kompostointikoe Laitosmittakaavan kompostointikokeet suoritettiin Espoossa Ämmässuon jätteenkäsittelykeskuksessa. Kompostointi tapahtui samoissa kompostointitunneleissa ja samalla mittakaavalla kuin yleensä. Laboratoriokokeiden tulosten perusteella käytettäviksi biohiilipitoisuuksiksi valittiin 3 % (BH3) ja 5 % (BH5) kompostimassan märkäpainosta. Ämmässuolla kompostointi tapahtui 28 x 5 x 6 m kompostointitunneleissa. Tunnelit täytettiin noin puolilleen niiden kokonaistilavuudesta. Laitosmittakaavan kompostoinnissa tunnelikompostointivaihe kesti yhteensä noin kaksi viikkoa. Kompostoinnin ensimmäinen vaihe kesti 8-1 päivää (Taulukko 1). Ensimmäisessä vaiheessa automaatiojärjestelmään kompostin poistoilman ohjearvoksi oli asetettu 4 C:ta. Automaatiojärjestelmä sääteli kompostin lämpötilaa kiertoilmatunnelin tunneliläpän avulla. Jos poistoilman lämpötila nousi yli 4 C:een, automaatiojärjestelmä avasi tunneliläppää siten, että raitisilman sisäänotto lisääntyi ja jäähdytti massaa. Jos poistoilman lämpötila alkoi laskea ohjearvon alapuolelle, kääntyi tunneliläppä siten, että raitisilman sisäänotto väheni ja tunnelissa olevaa ilmaa kierrätettiin sellaisenaan. Ensimmäisen vaiheen jälkeen komposti siirrettiin ulos tunnelista ja seulottiin. Seulonnassa muodostunut hienompi jae siirrettiin toiseen tunneliin hygienisointia varten ja karkeampaa jaetta käytettiin kierrätystukiaineena seuraavien tunneleiden täytöissä. Hygienisointitunneleihin yhdistettiin kompostia useista eri tunnelista. Koepanokset eroteltiin hygienisointitunnelissa muovien avulla. Hygienisointi kestää kaksi vuorokautta, jonka aikana tunnelin poistoilman lämpötilan tulee olla 6 C:sta. Hygienisointivaiheen jälkeen komposti siirrettiin kypsymään ulkoaumoihin. Ulkoaumoissa kompostointi jatkuu vuodenajasta riippuen noin kuusi kuukautta. Taulukossa 1 on esitetty koetunneleiden prosessin kesto ja eri vaiheet aikajanoilla. 11

12 Taulukko 1. Koetunneleiden tunnelikompostoinnin eri vaiheet aikajanoilla. aika (vrk) Kont. Ensimmäinen tunnelikompostointivaihe (Poistoilman lämpötilan ohjearvo 4 C) Siirto Hygienisonti (6 C) Uloskanto ulkoaumaan BH3 Ensimmäinen tunnelikompostointivaihe (Poistoilman lämpötilan ohjearvo 4 C) Siirto Hygienisointi (6 C) Uloskanto ulkoaumaan BH5 Ensimmäinen tunnelikompostointivaihe (Poistoilman lämpötilan ohjearvo 4 C) Siirto Hygienisointi (6 C) Uloskanto ulkoaumaan Näytteenotto Kokeen alkutilanteen kompostinäytteet otettiin liukuhihnalta lapiolla kompostimassan sekoituksen jälkeen. Lapiolla otettiin osanäytteitä, jotka siirrettiin 6 litran saaviin. Kokonaisnäytemäärä oli yhteensä noin 5 litraa. Näytteenotto kesti yhteensä noin 4 minuuttia. Tämän jälkeen näyte murskattiin Senfit Sample Mill 213 SM- 12 näytemurskaimella. Murskattu näyte sekoitettiin ja siitä otettiin kolme noin kolmen litran osanäytettä ravinnemäärityksiä varten sekä noin viiden litran osanäyte ph-määrityksiä varten. Tunneleiden käännön yhteydessä näytteitä otettiin kolmesta kohtaa tunnelia. Ensimmäinen näytteenottokohta oli noin viisi metriä tunnelin etuseinästä, toinen näytteenottokohta oli noin tunnelin puolivälissä ja kolmas noin viisi metriä tunnelin takaseinästä. Näistä kohdista kerättiin lapiolla osanäytteitä noin 1,5 metrin korkeudesta koko tunnelin leveydeltä kuitenkin siten, että reunimmaiset osanäytteet olivat yli puoli metriä tunnelin seinästä. Jokaisesta näytteenottokohdasta otettiin näytettä yhteensä noin 5 litraa. Näytteet murskattiin näytemurskaimella ja sekoitettiin. Murskauksen ja sekoituksen jälkeen näytteistä otettiin kolmen litran näytteet laboratorioanalyysejä varten Laboratorioanalyysit ja mittaukset Laboratorioanalyysit suoritti MetropoliLab Oy. Näytteistä määritettiin kuiva-ainepitoisuus (SFS-EN 134), tuhkapitoisuus (SFS-EN 1339), ammoniumtyppi (SFS-EN 13652) sekä kokonaistyppi, jonka määrityksen suoritti SeiLab Oy (Kjeldahl). Kompostimassan ph-arvojen määritykset suoritettiin Ämmässuolla ja niihin sovellettiin Itävaaran ym. (26) Kompostin kypsyystestit -ohjekirjan menetelmäohjetta. Murskatusta ja sekoitetusta näytteestä otettua osanäytettä mitattiin 1 ml dekkaan, johon lisättiin ionisoitua vettä siten, että kokonaistilavuudeksi tuli 5 ml. Seosta liuotettiin huoneenlämmössä tunnin ajan samalla sekoittaen. Tämän jälkeen ph-arvo määritettiin ph-analysaattorin avulla. Haihtuneen ammoniakin määrää mitattiin kompostointitunneleiden kiertoilmasta kahdesti päivässä Dräger - pumpun ja -ilmaisinputkien (Ammoniakki 5/a CH251) avulla. Ensimmäinen ammoniakkimittaus oli tunnelin täytön jälkeisenä päivänä kello 9. Mittaukset suoritettiin aamuisin noin kello 9 ja iltapäivällä noin kello 14. Ilmaisinputkien eteen liitettiin pieni pala kumiletkua ja neula ettei ilmanvaihtoputkien seiniin tiivistynyt vesi päässyt valumaan ilmaisinputkeen ja siten vääristämään mittaustuloksia. Tunneleiden raitisilmakierto suljettiin mittausten ajaksi. Lämpötila-arvoina käytettiin tunnelin poistoilman lämpötilaa. Kyseistä lämpötilaarvoa käytetään myös viranomaisseurannassa. Lämpötila-arvot ja kiertoilmatunnelin tunneliläpän ohjearvo luettiin kompostilaitoksen automaatiojärjestelmästä tulostetusta kaaviosta. 12

13 Orgaaninen aines (%) 5 Tulokset 5.1 Laboratoriomittakaavan kompostointikokeen tulokset Taulukossa 2 on esitetty laboratoriokokeiden koekompostien massat sekä kemialliset ominaisuudet. Taulukko 2. Koekompostien massat ja kemialliset ominaisuudet ennen kompostointia (keskiarvo + keskihajonta, n = 3) Kontrolli BH2 BH3 BH4 BH6 Massa (g) 816,5 ± 19, 658,7 ± 2,9 647,9 ± 13,4 631,9 ± ,1 ± 7,3 ph 7,1 7,1 7, 6,7 7, Orgaaninen aines (%) 78,2 ±,8 78,6 ± 1, 7, ± 1, 77,7 ± 1, 76,4 ± 2, Kuiva-aine (%) 33,4 ± 1, 35,6 ±,8 38,7 ± 2, 35,9 ±,6 38, ± 1,3 Kokonaistyppi (mg/kg ka) Ammoniumtyppi (mg/l) Ennen kompostointia kompostimassan orgaanisen aineksen osuuden keskiarvot vaihtelivat 7 78 % välillä. Kokeen lopussa orgaanisen aineksen osuuden keskiarvoissa oli suurempaa vaihtelua. Keskiarvo oli suurin kontrollikomposteilla, kun taas pienin keskiarvo oli BH6-komposteilla. Kokeen lopputilanteessa tehdyissä mittauksissa orgaanisen aineksen osuus pienenee lineaarisesti biohiilipitoisuuden kasvaessa (Kuva 3). Toisaalta suurimmissa biohiilipitoisuuksissa myös orgaanisen aineksen keskihajonta oli suurinta päivä 14. päivä 2 Kontrolli BH2% BH3% BH4% BH6% Käsittely Kuva 3. Kompostimassan orgaanisen aineksen määrä eri käsittelyillä ennen kokeen aloitusta ja kokeen lopetuksen yhteydessä (1. päivä, keskiarvo + keskihajonta, n=3 ja 14. päivä, keskiarvo + keskihajonta, n=9) 13

14 Orgaanisen aineksen häviö kokeen aikana (%) Kuvassa 4 on esitetty orgaanisen aineksen häviö kokeen aikana. Orgaanisen aineksen häviö kasvoi kokeen aikana lineaarisesti biohiilipitoisuuden kasvaessa Kontrolli BH2% BH3% BH4% BH6% Käsittely Kuva 4. Eri käsittelyiden keskiarvoista laskettu orgaanisen aineksen häviö kokeen aikana Kuvissa 5a 5e on esitetty kompostionnissa syntyneen haihtuneen ammoniakin määrä sekä kompostimassan lämpötila eri ajanhetkinä. Kaikilla käsittelyillä kompostimassan korkeimmat lämpötila-arvot ajoittuivat kokeen toiseen päivään. Kokeen toisena päivänä kompostimassan lämpötilojen keskiarvot vaihtelivat C:een välillä. Toisena päivänä korkein lämpötilojen keskiarvo havaittiin BH6-komposteilla (Kuva 5e), mutta esimerkiksi kontrollikompostien lämpötilojen keskiarvo oli vain 1,7 C:sta alhaisempi. Kokeen aikana korkeimmat kompostimassan lämpötilat havaittiin kahdella BH6-kompostilla. Näiden kahden kompostin lämpötilat olivat kokeen toisena päivänä 54 ja 55 C:sta. Ensimmäisen päivän ammoniakkimittauksista ei saatu vertailukelpoisia tuloksia. Ammoniakkikuvaajien muoto on kaikilla käsittelyillä pääpiirtein hyvin samantyyppinen (Kuvat 4a - 4e). Kokeen toisella viikolla haihtuneen ammoniakin määrät olivat ensimmäiseen viikkoon verrattuna todella pieniä. Kokeen toisen viikon loppupuolella ammoniakkipitoisuudet laskivat alle mittausarvon, joka oli 5 ppm. Suurin ero ammoniakkikuvaajissa on kokeen toisena ja kolmantena päivänä. Kontrolli- ja BH2-kompostin ammoniakin haihtuminen oli suurinta kokeen kolmantena päivänä, kun lämpötila on alkanut hieman laskea (Kuvat 5a ja 5b). Sen sijaan BH3-, BH4- ja BH6-komposteilla samanlainen piikki ammoniakin haihtumisessa tapahtuu jo kokeen toisena päivänä, kun kompostimassan lämpötila on korkeimmillaan. Ammoniakkimittausten tulosten keskihajonta oli suurinta kokeen toisena ja kolmantena päivänä (Kuvat 5a 5e). Kontrollikompostien ja BH2-kompostien haihtuneen ammoniakin määrän keskiarvot nousivat kompostien käännön jälkeen hieman enemmän kuin suuremmilla biohiilipitoisuuksilla (Kuva 5a ja 5b). 14

15 Lämpötila ( C) Ammoniakki (ppm) Lämpötila ( C) Ammoniakki (ppm) Lämpötila ( C) Ammoniakki (ppm) 6 5 Kontrolli Ammoniakki Lämpötila Aika (vrk) Kuva 5a. Kontrollikomposteista mitattu haihtuneen ammoniakin määrä ja kompostimassan lämpötila eri ajanhetkillä (keskiarvo + keskihajonta, n=3) 6 5 BH 2% Ammoniakki Lämpötila Aika (vrk) Kuva 5b. BH2-komposteista mitattu haihtuneen ammoniakin määrä ja kompostimassan lämpötila eri ajanhetkillä (keskiarvo + keskihajonta, n=3) 6 5 BH 3% Ammoniakki Lämpötila Aika (vrk) Kuva 5c. BH3-komposteista mitattu haihtuneen ammoniakin määrä ja kompostimassan lämpötila eri ajanhetkillä (keskiarvo + keskihajonta, n=3) 15

16 Lämpötila ( C) Ammoniakki (ppm) Lämpötila ( C) Ammoniakki (ppm) 6 5 BH 4% Ammoniakki Lämpötila Aika (vrk) Kuva 5d. BH4-komposteista mitattu haihtuneen ammoniakin määrä ja kompostimassan lämpötila eri ajanhetkillä (keskiarvo + keskihajonta, n=3) 6 5 BH 6% Ammoniakki Lämpötila Aika (vrk) Kuva 5e. BH6-komposteista mitattu haihtuneen ammoniakin määrä ja kompostimassan lämpötila eri ajanhetkillä (keskiarvo + keskihajonta, n=3) 5.2 Laitosmittakaavan kompostointikokeen tulokset Yleisesti laitosmittakaavan kokeista saadut tulokset olivat samansuuntaisia kuin laboratoriokokeiden tulokset. Taulukossa 3 on eritelty koetunneleiden massat, biohiilen määrät sekä kompostimassan kemialliset ominaisuudet. Tulosten perusteella koetunneleiden kompostimassojen ominaisuuksissa oli pientä vaihtelua. 16

17 Lämpötila ( C) Ammoniakki (ppm) Taulukko 3. Koetunneleiden massat ja kemialliset ominaisuudet ennen kompostointia (keskiarvo +keskihajonta, n = 3) Kontrolli BH3 BH5 Kompostin kokonaismassa (t) 281,2 289,8 28,9 Biohiilen massa (t) 8, 13,7 Biohiilen osuus (%) 2,8 4,9 Mädätteen massa (t) 7,6 73, 72,8 Mädätteen osuus (%) 25,1 25,2 25,9 ph 8,2 ±,17 8,5 ±,4 8,1 ±,5 Kuiva-aine (%) 44,2 ± 3,7 41,2 ±,8 46,6 ± 1,6 Orgaaninen aines (%) 73,4 ± 3,7 78,2 ± 2,6 77,8 ± 1,2 Kuvissa 6-8 on esitetty haihtuneen ammoniakin määrät sekä kompostien poistoilman lämpötila-arvot. Kontrollikompostin ja BH3-kompostin poistoilman lämpötilat pysyivät koko ensimmäisen tunnelikompostointivaiheen ajan hyvin lähellä 4 C, joka oli automaatiojärjestelmään annettu lämpötilan ohjearvo (Kuvat 6 ja 7). Ammoniakkimittausten tulokset olivat hyvin samantyyppiset kuin laboratoriokokeissa. Biohiilikomposteilla piikki ammoniakin haihtumisessa havaittiin selkeästi aikaisemmin kuin kontrollikompostilla (Kuvat 7 ja 8). Kontrollikompostin korkein ammoniakkipitoisuus 3 ppm havaittiin toisen vuorokauden aamumittauksessa (Kuva 6). Tämän jälkeen ammoniakkipitoisuudet alkoivat hiljalleen laskea. Samalla tavalla kuin laboratoriokokeissa, kontrollitunnelin haihtuneen ammoniakin määrässä havaittiin piikki vasta päivä lämpötilapiikin jälkeen. 6 5 Kontrolli Ammoniakki Lämpötila Aika (h) Kuva 6. Kontrollitunnelin ammoniakkimittausten tulokset ja tunnelin poistoilman lämpötila-arvot eri ajanhetkillä. BH3-tunnelin poistoilman lämpötila pysyi lähimpänä tunnelin poistoilman lämpötilan ohjearvoa tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen aikana (Kuva 6). BH3-tunnelin korkein ammoniakkipitoisuus 36 ppm havaittiin ensimmäisen vuorokauden toisessa mittauksessa. Toisen vuorokauden mittauksissa BH3- tunnelin ammoniakkipitoisuudet olivat jo pienempiä kuin kontrollitunnelin ja pysyivät myös pienempinä tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen ajan. BH3-tunnelissa mitattiin tunnelikompostoinnin 17

18 Lämpötila ( C) Ammoniakki (ppm) Lämpötila ( C) Ammoniakki (ppm) ensimmäisen vaiheen pienimmät ammoniakkipitoisuudet. Kokeen kahdeksantena vuorokautena ammoniakkipitoisuus oli päivän molemmissa mittauksissa 5 ppm (Kuva 7). 6 5 BH3 Ammoniakki Lämpötila Aika (h) Kuva 7. BH3 -tunnelin ammoniakkimittausten tulokset ja tunnelin poistoilman lämpötila-arvot eri ajanhetkillä. BH5-tunnelin poistoilman lämpötila oli selvästi muita koetunneleita korkeampi kahden ensimmäisen vuorokauden aikana (Kuva 8). BH5-tunnelin poistoilman lämpötila alkoi laskea tunnelin ohjearvon tasolle vasta kokeen neljäntenä päivänä. Suurimmat poistoilman lämpötilaerot olivat kokeen toisena päivänä, jolloin BH5-tunnelin poistoilman lämpötila oli 1 C:sta korkeampi kuin kontrolli- ja BH3-tunnelissa. BH5-tunnelista mitattiin myös kokeen suurimmat ammoniakkipitoisuudet (Kuva 8). BH5-tunnelin haihtuneen ammoniakin määrä oli ensimmäisen vuorokauden aamumittauksessa 49 ppm. Kuitenkin kokeen kolmantena päivänä ammoniakkipitoisuudet laskivat samalle tasolle kontrollitunnelin kanssa ja pysyivät sen jälkeen hieman kontrollitunnelia pienempinä tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen loppuun saakka. 6 5 BH5 Ammoniakki Lämpötila Aika (h) Kuva 8. BH5 -tunnelin ammoniakkimittausten tulokset sekä tunnelin poistoilman lämpötila-arvot eri ajanhetkillä. Ammoniakin muuntokertoimella voidaan määrittää ammoniakin määrä kuutiossa ilmaa (1 ppm NH3 =,71 mg NH3/m 3 ) (OVA-ohje 215). Näitä tuloksia voidaan edelleen kertoa tunnelien puhaltimien tilavuusvirralla, jolloin pystytään saamaan todellinen yhteenlaskettu ammoniakin määrä mittaushetkillä. Koska tunneleiden 18

19 Ammoniakki (ppm) tilavuusvirta pysyi kaikissa tunneleissa samalla tasolla kokeen ajan, voidaan haihtuneen ammoniakin yhteenlaskettuja määriä vertailla (Kuva 9). Tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen aikana alhaisin yhteenlaskettu haihtuneen ammoniakin määrä havaittiin BH3-tunnelissa (Kuva 9). Vaikka kokeen ensimmäisinä päivinä BH3-tunnelin ammoniakkipiikki oli selvästi suurempi kuin kontrollitunnelissa, oli yhteenlasketun haihtuneen ammoniakin määrä jo neljäntenä päivänä kontrollitunnelia pienempi. BH5-tunnellissa tunnelikompostoinnin alkuvaiheessa ammoniakin haihtuminen oli niin voimakasta, että sen yhteenlaskettu haihtuneen ammoniakin määrä pysyi koko tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen ajan kontrolli- ja BH3-tunnelia suurempana Kontrolli BH3 BH Aika (h) Kuva 9. Koetunneleiden yhteenlaskettu haihtuneen ammoniakin määrä eri ajanhetkillä. BH5-tunnelin tunneliläpän oloarvo oli kokeen aikana selvästi korkeampi kuin kontrolli ja BH3-tunnelissa (Kuva 1). Kuvassa 1 on kiertoilmatunneleiden tunneliläppien oloarvot prosentteina. Kontrollitunnelin tunneliläpän oloarvot olivat kokeen ensimmäisen tunnelikompostointivaiheen aikana alhaisimmat. Oloarvolla tarkoitetaan kiertoilmatunnelin tunneliläpän asentoa ja se kuvaa sitä, miten paljon tunneliin on puhallettu raitista ilmaa ja miten paljon ilmaa on kierrätetty. Jos tunnelin poistoilman lämpötila alkaa nousta yli sille asetetun ohjearvon, aukeaa tunneliläppä siten, että raitisilmakierron määrä lisääntyy ja kuvassa 1 oleva prosenttiarvo kasvaa. Toisin sanoin suuret prosenttiarvot tarkoittavat sitä, että automaatiojärjestelmä pyrkii jäähdyttämään kompostia. Vaikka tunneliläpän oloarvo muuttui tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen aikana, pysyi puhaltimen tilavuusvirta kuitenkin samana. 19

20 Orgaaninen aines (%) Tunneliläpän oloarvo (%) Kontrolli BH3 BH Aika (h) Kuva 1. Koetunneleiden kiertoilmatunneleiden tunneliläpän oloarvot eri ajanhetkillä. Koetunneleiden kompostimassojen orgaanisen aineksen osuus vaihteli hieman kokeen alussa (Kuva 11). Pienin orgaanisen aineksen osuus 73,4 % oli kontrollitunnelissa ja suurin 78,2 % BH3-tunnelissa. Tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen aikana kaikissa tunneleissa orgaanisen aineksen osuus väheni. Suurin noin 6 %:n muutos orgaanisen aineksen osuudessa havaittiin BH5-tunnellissa. Pienin noin 2 %:n muutos oli kontrollitunnelissa Kontrolli BH3 BH5 Käsittely 1. päivä Kääntö Kuva 11. Kompostimassan orgaanisen aineksen määrä eri käsittelyillä kokeen alussa ja käännön yhteydessä (keskiarvo + keskihajonta, n=3) BH5-tunnelin orgaanisen aineksen häviö oli selvästi suurinta tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen aikana (Kuva 12). Orgaanisen aineksen häviö kasvoi selkeästi biohiilipitoisuuden kasvaessa. Laitoskokeiden orgaanisen aineksen häviöissä havaittiin samanlainen trendi kuin laboratoriokokeissa, vaikka prosenttimäärät olivat huomattavasti pienemmät. 2

21 ph Orgaanisen aineksen häviö tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen aikana (%) Kontrolli BH3 BH5 Käsittely Kuva 12. Eri käsittelyiden keskiarvoista laskettu orgaanisen aineksen häviö tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen aikana Kaikkien koetunneleiden ph-arvot kasvoivat tunnelikompostoinnin aikana (Kuva 12) Alku Kääntö Uloskanto 6 Kontrolli BH3 BH5 Käsittely Kuva 13. Kompostimassan ph-arvojen kehitys tunnelikompostoinnin aikana (keskiarvo + keskihajonta, n=3) 21

22 6 Tulosten tarkastelu Kokeiden tulosten perusteella voidaan sanoa, että biohiilen lisäyksellä kompostimassaan oli selkeä vaikutus kompostointiprosessiin niin laboratorio- kuin laitosmittakaavassa. Kuitenkin, jotta saatuja tuloksia voidaan pitää tieteellisesti pätevinä, tarvitaan aineistoille vielä tilastolliset analyysit, jotka eivät aikataulullisista syistä ehtineet tähän raporttiin. Kokeen lopulliset tulokset valmistunevat kevättalven 216 aikana. Biohiilen laajempaa käyttöönottoa ajateltaessa tulee myös kriittisesti tarkastella kompostista valmistettavan mullan käyttökohteita, eikä pelkästään sen positiivisia vaikutuksia itse kompostointiprosessiin. Esimerkiksi Niemi (215) nostaa Uusiouutisten artikkelissaan esiin, miten biohiilen hyviä vaikutuksia satomääriin ja viljelymaiden ominaisuuksiin markkinoitaessa tulee muistaa, että ainakin vielä tällä hetkellä huomattava osa tutkimuksista on tehty trooppisissa tai subtrooppisissa oloissa. Esimerkiksi kuivemmassa ilmastossa biohiilen veden- ja ravinteidenpidätyskyky on parantanut maaperän viljelyominaisuuksia ja on siten myös todettu kasvattaneen satomääriä, mutta esimerkiksi Suomen ajoittain liiallisistakin sateista kärsiville pelloille lisääntynyt vedenpidätyskyky ei välttämättä ole toivottua. 6.1 Kompostimassan aktiivisuus Yleisesti kompostimassan lämpötilan nousu johtuu mikrobien metabolian seurauksena vapautuvasta lämpöenergiasta. Kompostoinnin alussa orgaanisen aineen hajoaminen on nopeaa, koska mikrobeille helposti saatavilla olevia ravinteita on paljon ja aktiivisen mikrobitoiminnan seurauksena myös kompostimassan lämpötila nousee nopeasti (Itävaara ym. 26). Laboratorio- ja laitoskokeiden tulosten perusteella biohiilen lisäys kompostimassaan kiihdytti orgaanisen aineksen hajoamista. Kokeissa saadut tulokset tukevat myös aikaisempia tutkimuksia biohiilen lisäyksen vaikutuksista orgaanisen aineksen hajoamiseen (Malinska ym. 214 ja Sanchez-Garcia ym. 215). Lisäksi laitosmittakaavan kokeessa BH5- tunnelin poistoilman korkeampi lämpötila sekä BH3- ja BH5-tunneleiden tunneliläppien korkeammat oloarvot tukevat tätä johtopäätöstä. Tunneliläpän korkeat oloarvot tarkoittavat sitä, että esimerkiksi BH5-tunnelin kohdalla automaatiojärjestelmä pyrki jäähdyttämään kompostimassaa melkein koko tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen ajan. 6.2 Ammoniakki Tulosten perusteella 3 %:n biohiilen lisäys vähensi yhteenlasketun haihtuneen ammoniakin määrää tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen aikana. Toisaalta 5 %:n biohiilen lisäys kasvatti yhteenlaskettua haihtuneen ammoniakin määrää, mikä saattaa johtua panoksen tehokkaammasta hajoamisesta.. Tulokset poikkeavat aikaisemmista tutkimuksista siten, että kirjallisuuden perusteella suuremmilla biohiilipitoisuuksilla on yleisesti saatu myös suurempia vähennyksiä haihtuneen ammoniakin määrään (Malinska ym. 214). Yhtenä syynä saatuihin tuloksiin voi olla se, että laitosmittakaavan kompostointikokeen koejärjestely poikkesi aikaisemmista tutkimuksista. Suurimpana erona oli se, että Ämmässuolla kompostilaitoksen tunnelien poistoilman ohjearvoksi automaatiojärjestelmään oli asetettu tunnelikompostoinnin ensimmäisen vaiheen ajaksi 4 C:sta. Poistoilman lämpötilan noustessa yli ohjearvon pyrkii automaatiojärjestelmä jäähdyttämään tunnelia lisäämällä raitisilmakiertoa. Tavallisesti kompostimassan lämpötila nousee kompostionnin alkuvaiheessa 5 7 C:een ja esimerkiksi aiemmissa tutkimuksissa lämpötilaa ei ole pyritty säätelemään 22

23 samalla tavalla. Lisäksi raitisilmakierron lisääminen kuivattaa kompostimassaa, koska sitä kautta tuleva ilma on kuivempaa kuin tunnelissa kiertävä ilma. Osaltaan alhaisemmalla lämpötilalla pystytään vähentämään kompostoinnissa syntyviä ammoniakkipäästöjä. Esimerkiksi Pagans ym. (26) tutkivat kompostin lämpötilan vaikutusta haihtuneen ammoniakin määrään. Heidän tutkimuksen tulosten perusteella kompostoinnin termofiilivaiheen alussa kompostin lämpötilan noustessa haihtuneen ammoniakin määrä kasvaa eksponentiaalisesti (Pagans ym. 26). Laitoskokeiden tuloksista huomataan, miten BH5-tunnelin lämpötila on neljän ensimmäisen päivän ajan selvästi ohjearvon yläpuolella. BH5-tunnelin korkeampi lämpötila on todennäköisesti myös yksi syy korkeisiin ammoniakkipitoisuuksiin kokeen alussa. Lisäksi biohiilen lisäys kompostimassaan vaikutti selkeästi korkeimpien ammoniakkipitoisuuksien ajankohtaan. Molempien kokeiden ammoniakkikuvaajista huomataan, miten biohiilen lisääminen aikaistaa korkeimpia mitattuja ammoniakkipitoisuuksia. Esimerkiksi laitoskokeiden tuloksista huomataan, että BH5- tunnelin korkeimmat ammoniakkipitoisuudet mitattiin heti ensimmäisessä mittauksessa. Toisaalta biohiilikompostien korkeat ammoniakkipitoisuudet myös laskivat nopeasti. Selkeää syytä ammoniakkipiikin aikaistumiselle ei löydetty, mutta tulosten ja aiemman kirjallisuuden perusteella voidaan arvioida, että biohiilen lisääminen kompostimassaan lisäsi kompostin aktiivisuutta ja sitä kautta nopeutti kompostimassan lämpötilan nousua niin paljon, että ammoniakkipiikki havaittiin jo ensimmäisissä mittauksissa. Aiemman kirjallisuuden ja tämän kokeen tulosten perusteella voidaan olettaa, että myös 5 prosentin biohiilen lisäyksellä voitaisiin saavuttaa vähennyksiä haihtuneen ammoniakin määrään, jos koetunneleiden jäähdytystä lisättäisiin ja siten kompostimassan lämpötila pysyisi automaatiojärjestelmään annetun ohjearvon tuntumassa. Toisaalta puhaltimien tilavuusvirran kasvattaminen saattaisi osaltaan lisätä ammoniakin haihtumista, mutta samalla voidaan olettaa, että biohiilen absorptio-ominaisuudet kompensoisivat lisääntynyttä ammoniakin haihtumista. Prosessissa haihtuvan ammoniakin määrää on hyvä myös verrata hajonneen orgaanisen aineksen määrään, sillä kompostin kypsyminen ja siten myös ammoniakin haihtuminen jatkuu kentällä, missä päästöjä ei enää kyetä mittaamaan. Mitä enemmän panoksessa on jäljellä hajoamatonta ainesta, sitä enemmän siitä voidaan olettaa koituvan päästöjä tarkkailun ulkopuolella. Tämän huomioiden 5 prosentin biohiililisäys voi hyvinkin olla kokonaisuudessaan vähäpäästöisin vaihtoehto. 6.3 Epävarmuustekijät Kompostointitutkimuksissa yksi suurimmista kaikkiin mittauksiin ja määrityksiin vaikuttavista epävarmuustekijöistä on kompostimassan heterogeenisyys. Erityisesti biojätteen kompostoinnissa heterogeenisyyden merkitys lisääntyy. Laitosmittakaavan kompostoinnissa biojätteen koostumus vaihtelee huomattavasti, koska esimerkiksi Ämmässuolle saapuvat biojätteet on luokiteltu kahteen eri luokkaan (biojäte ja teollisuusbiojäte) ja niiden laatu ja siten kemialliset ominaisuudet voivat vaihdella huomattavasti (HSY 211). Kompostoitavan materiaalin eroavaisuudet kemiallisissa ominaisuuksissa aiheuttavat muutoksia edelleen esimerkiksi orgaanisen aineksen määrään sekä mikrobilajistoon ja siten koko kompostointiprosessiin. Kompostimassan heterogeenisyyden takia myös edustavien näytteiden saaminen komposteista on haastavaa. Ämmässuolla tunnelikompostien panoskoot ovat noin 28 tonnia, kun taas tunneleiden kompostimassasta otetuista kokoomanäytteistä laboratorioanalyysejä tehtäessä massoista puhutaan grammoissa. Tämän takia edustavien näytteiden saaminen on erityisen tärkeää. Toisaalta mädätetyn biojätteen kemiallisia ominaisuuksia voidaan pitää huomattavasti homogeenisempinä kuin raakabiojätteen. 23

24 Laboratoriomittakaavan kokeissa saadut orgaanisen aineksen prosenttiosuudet sekä orgaanisen aineksen häviön prosenttiosuudet saattavat olla todellista suurempia. Tämä voi johtua siitä, että näytteitä ei hienonnettu ennen niiden hehkuttamista muhveliuunissa. Lisäksi näytteiden polttoaika uunissa oli melko lyhyt jaekokoon nähden. Tämän seurauksena esimerkiksi suurempien puukappaleiden palaminen ei välttämättä ollut täydellistä ja se mahdollisesti antoi lopuksi punnitulle tuhkalle todellista suuremman massan. Se saattoi edelleen vaikuttaa laskettuun orgaanisen aineksen osuuteen. Toisaalta kaikki määritykset tehtiin samalla menetelmällä, joten tällä ei pystytä selittämään käsittelyiden välisiä eroja. 6.4 Johtopäätökset Tutkimuksen tulosten perusteella biohiilen lisäys kompostimassaan lisäsi orgaanisen aineksen hajoamista laitosmittakaavan tunnelikompostoinnissa. Biohiilipitoisuuden kasvaessa myös orgaanisen aineksen hajoaminen oli suurempaa. Biohiilen lisäyksellä pystyttiin vähentämään laitosmittakaavan tunnelikompostoinnissa syntyvän haihtuneen ammoniakin määrää, jos tunnelin olosuhteet ja kompostimassan lämpötila pysyi ohjearvojen tuntumassa. Tutkimuksen tulosten perusteella voidaan arvioida, että jopa kolmen prosentin biohiilen lisäyksellä kompostimassaan pystytään lisäämään kompostointiprosessin aktiivisuutta sekä vähentämään kompostoinnissa syntyvää haihtuneen ammoniakin määrää laitosmittakaavan tunnelikompostoinnissa. 24

25 7 Kiitokset Haluan kiittää Ämmässuon kompostointilaitoksella työskenteleviä HSY:n työntekijöitä sekä Kaiwur Oy:n pyöräkuormaajakuljettajia laitosmittakaavan kokeiden avustamisesta. Lisäksi haluan kiittää Martin Romantschukia ja Kari Steffeniä tieteellisestä avusta sekä laboratoriomittakaavan kokeiden koejärjestelyiden avustamisesta. Erityiskiitokset Aino Kainulaiselle ja Christoph Gareisille kaikesta avusta molempien kokeiden aikana. 25

26 8 Lähdeluettelo Pagans E., Barrena R., Font X., Sanchez A. 26: Ammonia emissions from the composting of different organic wastes. Dependency on process temperature Chemosphere Vol. 62, s: OVA-ohje: Ammoniakki siteerattu , saatavilla: Sanchez-Garcia M., Alburquerque J.A., Sanchez-Monedero m., Roig A., Cayuela M.L. 215: Biochar accelerates organic matter degradation and enhances N mineralization during composting of poultry manure without a relevant impact on gas emissions Bioresource Technology Vol. 192, s: Niemi T. 215: Biohiilet viljelymaan korjaussarjoina Uusiouutiset Vol. 3/215, s: Kainulainen A., Mäkinen P. 215: Biojätteen kompostoinnin ja mädätyksen innovatiiviset prosessiyhdistelmät KOMBI Biohiilikokeen raportti, s: HSY 215: Biojätteen käsittely siteerattu , saatavilla: jatehuolto/jatteenkasittelykeskus/biojate/sivut/default.aspx Jindo K., Suto K., Matsumoto K., Garcia C., Sonoki T., Sanchez-Monedero M. 212: Chemical and biochemical characterization of biochar-blended composts prepared from poultry manure Bioresource Technology Vol. 11, s: Vandecasteele B., Mondini C., D hose T., Russo S., Sinicco T., Quero Alba A. 211: Effect of biochar amendment during composting and compost storage on greenhouse gas emissions, N losses and P availability siteerattu , saatavilla: /documents/s8.33..pdf Malinska K., Zabochincka-Swiatek M., Dach J. 214: Effets of biochar amendment on ammonia emission during composting of sewage sludge Ecological Engineering Vol. 71 s: VTT 214: Hidaspyrolyysituotteiden hyödyntäminen ja tuotannon kannattavuus, biohiili ja tisle, s: Fontell H. < hannamaija.fontell@biolan.fi > 215: Hiilen valmistus ja tilaaminen henkilökohtainen sähköpostiviesti Itävaara M., Vikman M., Kapanen A., Venelampi O., Vuorinen A. 26: Kompostin kypsyystestit menetelmäohjeet VTT, s: 7-8 HSY 211: Pääkaupunkiseudun biojätteen koostumus Kotitalouksien ja palvelutoimialojen erilliskerätyn biojätteen lajittelututkimus. Steiner C., Das K.C., Melear N., Lakly D. 21: Reducing nitrogen loss during poultry litter composting using biochar Journal of Environmental Quality Vol. 39, s: Dias B., Silva C., Higashikawa F., Roig A., Sanchez-Monedero M. 21: Use of biochar as bulking agent for composting of poultry manure: Effect on organic matter degradation and humification Bioresource Technology Vol 11, s:

27 Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymä PL 1, 66 HSY, Opastinsilta 6 A, 52 Helsinki Puh , Fax , Samkommunen Helsingforsregionens miljötjänster PB 1, 66 HRM, Semaforbron 6 A, 52 Helsingfors Tfn , Fax , Helsinki Region Environmental Services Authority P.O. Box 1, FI-66 HSY, Opastinsilta 6 A, 52 Helsinki Tel , Fax ,