VIRTSA LANNOITTEENA JA KÄYMÄLÄKOMPOSTI MAANPARANNUSAINEENA Biourea innovatiivinen lannoitevalmiste suljetun kierron toteuttamisessa

Transkriptio

1 VIRTSA LANNOITTEENA JA KÄYMÄLÄKOMPOSTI MAANPARANNUSAINEENA Biourea innovatiivinen lannoitevalmiste suljetun kierron toteuttamisessa Seminaari Tampereen ammattikorkeakoulu Susanna Pakula Käymäläseura Huussi ry

2 Taustaa Ravinteiden kierrätyksen katkeaminen 1. kaupungistuminen; asutuksen keskittyminen pienelle alueelle erilleen peltomaasta 2. vesivessan käyttöönotto, käymälätuotosten käyttö lannoitteena loppui 3. Keinolannoitteiden käyttöönotto 3. maailmassa 10% käymälätuotosten ravinteista päättyy lannoitteeksi pelloille => ravinteista suurin osa päätyy rehevöittämään vesistöjä

3 Taustaa Jäteveden puhdistamolla menetetään ravinteita ja käyttökelpoisuus lannoitteena heikkenee 1. Typpi haihtuu ilmaan 2. Fosfori yleensä saostetaan rauta- tai alumiiniyhdisteisiin mikä heikentää jätevesilietteen lannoiteominaisuuksia

4 Taustaa Keinolannoitteiden tuotanto 1. Fosforin louhinnasta syntyy hiili-, raskasmetallipäästöjä sekä radioaktiivisia sivutuotteita 2. Ilmakehän typen sidonta lannoitteeksi kuluttaa paljon energiaa 5 kg N kuluttaa 10 kg öljyä

5 Taustaa Ruoantuotannon haasteet 1. Louhittava fosfori hupeneva luonnonvara 2. Maailman väkiluvun ennustetaan lisääntyvän vuoteen 2050 mennessä yli yhdeksään miljardiin. FAO:n mukaan ruoan tuotantoa on lisättävä 70% vuoteen 2050 mennessä.

6 Kestävä sanitaatio suljettu Käymälätuotos on resurssi jätteen sijaan Käymälätuotosta ei sekoiteta alkuunkaan suureen määrään vettä. Resurssitehokkain tapa on kerätä virtsa erilleen. Virtsassa on suurin osa käymälätuotosten ravinteista. ravinnekierto

7 Jätevesien ravinteet Kotitalouksien jätevesien sisältämien ravinteiden jakautuminen virtsan, kiinteän ulosteen ja pesuvesien kesken prosenttiosuuksina (Olsson 1995). Ravinne Virtsa Kiinteä uloste Pesuvedet Typpi 81, ,5 Fosfori 47, ,5 Kalium 62, ,5

8 Ravinteet virtsassa ja ulosteessa Vuotuiset N,P ja K määrät virtsassa ja ulosteissa, vaihtelu johtuu pääasiassa ruokavaliosta (Lapid 2008). Ravinteet Virtsa l Kiinteä uloste l Yhteensä % Typpi kg 0.09 kg kg 76.0 Fosfori kg 0.19 kg kg 8.0 Kalium kg 0.17 kg kg 16.0 Kokonais NPK 94 % 6 % kg 100

9 Käymälätuotosten hygienisointi Käymälätuotosten käsittely siten, että taudinaiheuttajat tuhoutuvat esim. kompostoimalla tai vanhentamalla Kompostoituminen: pieneliöt hajottavat eloperäistä ainesta hapellisissa olosuhteissa, normaalit suolistobakteerit ja loisten munat tuhoutuvat kompostissa asteessa Vanhentaminen: virtsan tai suotonesteen annetaan seistä suljetussa säiliössä, eikä sinne lisätä enää tuoretta virtsaa tai suotonestettä

10 Kiinteän käymälätuotoksen Pieneliöille suotuisten olosuhteiden ylläpito Riittävä kosteus Lämpötila Hiili/typpisuhde Kuivikkeen käyttö edesauttaa kompostoitumista, se kuohkeuttaa kiinteää massaa ja imee liiallisen kosteuden kompostointi

11 Kompostori

12 Itsetehty kompostori Kuvat: Taavi Seppälä Nekalan siirtolapuutarha Kolmilokeroinen muovilla umpinaiseksi vuorattu, katettu kompostori Ympäristötarkastajan hyväksymä

13 Käymälätuotosten käsittely Tuotos Käsittely Kesto Käyttö Kiinteä käymäläjäte Kompostointi vähintään 1 vuosi Maanparannukseen kasvien katteena, sekoitettuna kasvualustaan Eroteltu virtsa Suotoneste Vanhentaminen säiliössä Kompostointi Vanhentaminen säiliössä 1 kk kompostin tehoaineena kastelulannoitteena* 1 vuosi 1 vuosi kompostin tehoaineena kastelulannoitteena* * levityksessä jätetään 20 m suojavyöhyke kaivojen ja vesistöjen ympärille

14 Käymäläkompostin käyttö Varoaika 1 vuosi ei-ruokakasveille 2 vuotta ruokakasveille, minkä jälkeen voidaan käyttää: katteena levitetään 2-5 cm kasvien juurille: perennoille, marjapensaille, hedelmäpuille ja ruusuille. kasvualustaan sekoitettuna nopeuttaa kasvien juurtumista ja kasvuun lähtöä: kesäkukille, kasvimaahan, nurmikolle, uusille perennapenkeille ja ruusuille Ravinteet ovat hidasliukoisia. Kompostin käyttö parantaa maan vedensitomiskykyä.

15 Virtsan määrä, koostumus ja haitta-aineet Yhden henkilön vuosituotos noin 500 l virtsaa vuodessa:, josta 95 % vettä ja ravinteita N 4 kg, P 0,37 kg ja K 0,9 kg (Ruotsin ympäristöviranomaiset) raskasmetallien ja haitta-aineiden pitoisuudet alhaisia; raskasmetallipitoisuudet alhaisempia kuin eläinten lannassa tai kemiallisissa lannoitteissa lääkeaineista 2/3 osaa erittyy virtsaan suurin osa typestä tuoreessa virtsassa urean muodossa, fosfori fosfaatti-ioneina ja rikki sulfaattiioneina, kalium-ioneina, kaikki kasveille käyttökelpoisessa muodossa, sisältää myös suoloja

16 Virtsan ravinnepitoisuudet Virtsan ravinnepitoisuudet (g/l) ja Ph arvot eri tutkimusten mukaan (Pradhan Surendra 2010).* N P K + Cl - Na + ph Lähde ,8 0,2 1, Kirchman and Petterson 1995 Heinonen-Tanski et al ,98 0,06 0,4 0,44 8,6 Pradhan et al ,2 0,7 2,1 3,03 2,34 11,14 Pradhan et al. 2009a 7,4 0,29 16,2 NG 9,00 Mnkeni et al *Ravinnepitoisuudet vaihtelevat riippuen ruokavaliosta.

17 Virtsalla lannoittamisesta hyviä Suomalaisia tutkimuksia: tuloksia 1. avomaankurkkujen ja kaalin kasvatuskokeissa virtsalla lannoitetun sadon mikrobiologinen laatu on ollut yhteä hyvä kuin teollisilla lannoitteilla kasvatetun verrokkisadon (Heinonen-Tanski et al 2007 ja Pradhan et al. 2007) 2. Sipuli kasvoi selkeästi isommaksi virtsalla lannoitettuna kuin keinolannoitteella, myös sipulin varsi kasvoi pidemmäksi virtsakäsittelyissä kuin keinolannoitekäsittelyssä (Haapamäki S 2012)

18 Virtsan erotteleva kuivakäymälä tai pisuaari

19 Virtsan varastointi 1. Ilmatiiviissä säiliössä, ettei typpi haihdu 2. Ei-metallisessa, vältetään korroosio 3. Myös putkien kestettävä korkea ph arvo ja suuri ammoniakkipitoisuus 4. Lannoituskäyttö kasvukaudella yhden henkilön vuosituotos 500 l => säiliöiden koko

20 Virtsan varastointi 4. varastoinnin aikana mikrobitoiminta hajottaa virtsa-ainetta eli ureaa vetykarbonaatti ja ammoniumioneiksi, hajoaminen nostaa ph:ta huomattavasti noin ph 9, emäksisessä liuoksessa typpi haihtuu herkästi ammoniakkina 5. varastoinnin aikana fosfori, magnesium, kalsium ja raskasmetallit saostuvat säiliön pohjalle 6. Varastoinnissa tärkeintä, että haitalliset mikrobit kuolevat ja typen määrä säilyy mahdollisimman suurena

21 Virtsan hygienisointi l. vanhentaminen hygienisointi l. taudinaiheuttajien tuhoutuminen vanhentamalla: annetaan seistä suljetussa säiliössä, eikä lisätä sinne enää tuoretta virtsaa suurin tartuntariski ulosteista, pisuaarien virtsa hygieenisempää ph:n nousu tuhoaa bakteereita ja alkueläimiä varastointi lämpötila vähintään 20 astetta tuhoaa viruksia 1 kuukausi riittää, kylmässä virusten tuhoutuminen kestää kauemmin, 4 asteessa 6 kk Uv-valo vaurioittaa bakteerien solukelmua ja nopeuttaa niiden kuolemista kotitalouden virtsa vanhentaminen 1 kk yleisökäymälöiden virtsa 1-6 kk WHO: Guidelines for safe use of wastewater, excreta and greywater

22 Tartuntariskin pienentäminen eri toimenpitein virtsan ja ulosteen erottelu mahdollisimman huolellisesti niin, että ulosteen taudinaiheuttajien joutuminen virtsan joukkoon minimoidaan Ihmiskontaktin välttäminen lannoitteen keruu, varastointi, kuljetus ja levitysvaiheessa esim. suojavaatetuksen avulla viljelykasvien valinta, tuoreena syötävien, nopeakasvuisten sijaan tai monivuotisia kypsennettäviä tai kuorellisia ravintokasveja hedelmäpuille, jos lannoitus satokauden ulkopuolella koriste-, energia- ja kuitukasvien lannoituksessa hygienisointi ei niin tarpeellista

23 Lannoituksen tarve Viljeltävän lajin ravinnevaatimukset maaperän laatu: kivennäismailla suurempi hyöty, niillä enemmän fosforia ja kaliumia, mutta vähäisen orgaanisen aineksen vuoksi vähemmän typpeä, orgaanisia maita virtsalla lannoitettaessa voi tulla puutetta fosforista ja kaliumista Ilmasto: kuivassa ilmastossa suolaantuminen

24 Lannoittamisen ajankohta voimakkaimman kasvun aikaan monivuotisten kasvien lannoittaminen lopetetaan heinäkuun lopulla, että kasvien valmistautuminen talveen ei häiriinny, hyötykasvien lannoittaminen lopetetaan kuukausi ennen sadonkorjuuta, mutta esim. salaatti ja pinaatti pystyvät hyödyntämään ravinteita koko kasvukauden ajan lannoitus 1. kerralla tai useammassa erässä, pienijuuriset hyötyvät useammasta lannoituskerrasta Tässä hankeessa pari viikkoa kylvön jälkeen

25 Lannoittamisen määrä vuorokausituotos noin 1,5 l / m2 / vuodessa, yhden ihmisen vuosituotoksella voidaan lannoittaa 3-4- aaria viljelymaata nelihenkisen perheen virtsan hyödyntämiseen tarvitaan noin 600 m2 nurmikkoa (Ruotsi) Typen pitoisuuden vaihtelu 1-8 g /l ja fosforin mg /l tarkoittaisi vuosittain 2,7-21 milj kg N ja 0,3-1,9 milj kg F => Suomen tasolla virtsalla voitaisiin lannoittaa 16 % typen ja 18% fosforin vuosittaisesta tarpeesta peltoviljelyssä Tämän hankkeen virtsan kokonaistyppipitoisuuden mukaan laskettuna virtsaa täytyy käyttää l/ha (oletuksena 100 kg N/ha), mikä vastaa 72 henkilön vuosittaista virtsan tuottoa. Tampereen kaupungin alueella kyettäisiin keräämän virtsa erilleen ja käyttämään se lannoitteena, riittäisi se reilun 3000 peltohehtaarin lannoittamiseen.

26 Ennen levitystä Vedellä laimentaminen: hajuhaitat vähenevät polttovioitus vähenee typen haihtuminen vähenee ravinteet imeytyvät syvemmälle maaperään paremmin voidaan myös kastella lannoittamisen jälkeen Laimentaminen vasta ennen levitystä, väkevä liuos hygienisoituu tehokkaammin laimentaminen suositeltavaa 1:1, 1:3, 1:10, ei mahdollista kotitarveviljelyssä, muttei peltolevityksessä Sekoittaminen: säiliön pohjalle saostuneiden fosforin ym aineiden sekoittaminen Laimennusveden sekoittaminen

27 Virtsan levitys nabevattna/vaxtbevattning/guldk annan-towa-p1

28 Virtsan levitys Virtsan käsittelyketjussa levityksen yhteydessä suurin ammoniakin haihtumisriski On oleellista saada virtsa nopeasti maakontaktiin ja imeytymään ennen kuin se ehtii kuivua tyynellä pilvisellä säällä, kun haihdunta on vähäistä levittäminen mahdollisimman läheltä maanpintaa ja multaus mahdollisimman nopeasti 1. haraamalla, 2. äestämällä, 3. peittää vaot, joihin virtsa levitetty kasvin juurelle, ei lehdille Peltoviljelyssä virtsan levitys, kuten eläinten virtsa ja liete tai kastelukaluston avulla Multaavat levittimet ammoniakin haihtumisen estämisen kannalta paras vaihtoehto

29 Sopii hyvin: viljat, nurmikko, maissi, pinaatti, kaalit, Kurpitsa, punajuuri, parsa, öljykasvit, sokerijuurikas, hevoslaitumet Virtsa lannoitteena

30 Virtsa lannoitteena Suolaisuus natrium ja kloridi-ionien suuri pitoisuus saattaa haitata virtsan käyttöä lannoitteena, joka ilmenee ravinnepuutoksina, myrkytysoireina tai kuivumisena Ei sovi kloorille aroille kasveille: mm. alppiruusuille, atsaleoille, marjakasveille

31 Virtsan ravinteet kiinteään muotoon Yksi mahdollisuus saostaa virtsan ravinteet lisäämällä siihen esim magnesiumoksidia, jolloin muodostuu fosforipitoista struviittia NH4MgPO4*6H2O. Tällä tavoin typpeä jää vielä paljon saostuksesta ylijäävään rejektiveteen, josta täytyisi saada typpi talteen. Mahdollisia tekniikoita on käyttää jotain adsorbenttia tai ph-säädön jälkeen kuplitus typen talteen ottamiseksi ammoniakkina ETUNA kuljetus helpompaa ja kustannustehokkaampaa, ravinteet niukemmin liukenevassa muodossa: helpompi varastoida, kuljettaa ja käyttää

32 LÄHTEET Haapamäki S 2012:Käymäläkompostin ja erotellun virtsan käyttäminen lannoitteena DTkonferenssi Heinonen-Tanski H., Sjöblom A., Fabritius H. and Karinen P., Pure human urine is a good fertilizer for cucumbers. Bioresource Technology 98 (1), Lapid, D Ecological Sanitation: A Hope for a Sustainable Future Olsson 1995: Källsorterad humanurin förekomst och överlevnad av fekala mikroorganismer samt kemisksammamsättning. Sveriges lantabruksuniversitet, Institutionen för lantbruksteknik. Rapport p Pradhan, S.K., Nerg A.-M., Sjöblom A., Holopainen J.K. and Heinonen-Tanski H., 2007: Use of human urine fertilizer in cultivation of gabbage (Brassica olearacea) Impacts on chemical, microbiologial and flavour quality. Journal of Agricultural and Food Chemistry 55 (21), WHO: Guidelines for safe use of wastewater, excreta and greywater. Volume IV: Excreta and Greywater use in Agriculture. World Health Organization

33 Kiitos!