1 Kaisa Riiko, BSAG 11/2014 Lietelannan jakeistuskokeilut Ja rki Lanta hankkeessa Tiivistelmä Hankkeessa kokeiltiin sian lietelannan painovoimaan perustuvaa jakeistusta yhden ja kahden altaan menetelmillä, lietelannan mekaanista separointia ruuviseparaattorilla sekä näin saadun kuivajakeen kuivausta ja rakeistusta orgaaniseksi lannoitevalmisteeksi. Tavoitteena oli löytää jakeistusmenetelmä, joka olisi mahdollisimman edullinen, jonka fosforinerotuskyky olisi riittävän hyvä käytännön tarpeisiin, ja jolla saataisiin aikaan lantajakeita joiden käsittely olisi edelleen mahdollista tiloilla olemassa olevalla lietteenlevityskalustolla. Kokeilujen perusteella sian lietelannasta voidaan painovoimaisen sakkautuksen avulla erottaa runsasfosforinen, runsaasti orgaaniseen ainekseen sitoutunutta typpeä sisältävä sakka tai sakea liete, sekä vähäfosforinen, pääasiassa liukoista typpeä sisältävä laimeampi liete. Erotusmenetelmä on edullinen, koska näin todellisuudessa voidaan säästää myös lietelannan normaalia sekoittamiskulua. Kokonaislietemäärä voi sakkautuksen tuloksena jakautua osiis seuraavasti: 1/2 laimeampaa, 1/2 sakeampaa lietettä, tai ainakin emakkosikalan alunperin vähän kiintojaetta sisältävä liete 2/3 laimeampaa, 1/3 sakeampaa lietettä. Tällöin saatavat lietteet ovat edelleen käsiteltävissä ja levitettävissä tavallisilla lietteenlevitysvaunuilla. Saatava laimeampi typpineste on raakalietettä helpommin pumpattavaa, levitettävää ja imeytyvää. Sakkauttamalla voidaan haluttaessa myös saada fosforia edullisesti tilalta pois kuljetettavaan muotoon. Lietealtaan pohjalle kertyvä sakka voitaisiin haluttaessa imeä tähän tarkoitukseen soveltuvalla säiliöautolla, kuljetettavaksi edelleen esimerkiksi keskitettyyn biokaasulaitokseen tai lannoitevalmistetehtaalle. Lietelannan separoituminen, eli fosforinerotuskyky ja laitteen teho m3/h, riippuvat lietelannan ominaisuuksista. Vaikuttavia tekijöitä ovat ikä, käytetty rehustus ja käytetty virikemateriaali. Ennen lopullisen separointimenetelmän valintaa kannattaisi kokeilla oman tilan lietelannan separoituvuutta sekä tuoreena että jo jonkin aikaa säiliössä seisseenä. Jotta separoinnista saatuja, erilaisia ravinnepitoisuuksia sisältäviä jakeita voitaisiin käyttää lannoitteena tarkoituksenmukaisesti, pitäisi jakeista aina ottaa edustavat lantanäytteet analysointia varten.
2 Lietelannan jakeistuksen taustaa Mitä jakeistuksella tavoitellaan? Fosfori kiintojakeeseen Typpipitoisesta nestejakeesta helposti pumpattava, levitettävä, imeytyvää Rehuhygienian parantuminen Allastilan lisäys Mahdollisia menetelmiä: Sakkautus Linkous Suotonauha Ruuviseparointi Menetelmän arviointikriteerejä: Fosforin erotuskyky Teho m3/h Hinta Järki Lanta hankkeen kokeilussa sakkautus ja mekaaninen separointi Lietelannan sakkautuskokeilu yhdellä altaalla Järki Lanta hankkeessa kokeiltiin erilaisia lietelannan jakeistusmenetelmiä Ruskolla sijaitsevalla Heikkilän emakkosikalalla. Heikkilän emakkosikalan tuottama vuotuinen lietemäärä nousi 2014 valmistuneen laajennuksen myötä 20 000 m3:een vuodessa. Uuden sikalan viereen on valmistunut neljä uutta lietesäiliötä, lisäksi tilalla on käytössä kaksi vanhempaa lietesäiliötä. Käytössä on myös etälietesäiliöitä muilla paikkakunnilla. Heikkilän emakkosikalasta pääosa porsaista lähtee välikasvatukseen Punkalaitumelle. Tällä Punkalaitumella sijaitsevalla tilalla tehtiin vuonna 2007 Kemiran toimesta sian lietelannan separointikokeiluja, joissa tutkittiin lietelannan painovoimaista sakkautusta erilaisten apuaineiden, kuten polymeerien avulla. Tämän kokeilun tuloksena saatiin liete erottumaan kolmeen erilaiseen jakeeseen, mutta haasteena pidettiin silloin erityisesti altaan pohjalle kertyvän sakan hankalaa käytettävyyttä.
3 Kemiran kokeiden perusteella Punkalaitumella sijaitsevalla tilalla jatkettiin sian lietelannan sakkautuskokeiluja Kemiran kokeiden päätyttyä, ja näiden kokeilujen tulosten perusteella Heikkilässä päätettiin uuden sikalan lannankäsittelyssä ottaa menetelmäksi sakkauttaminen. Järki Lanta hankkeen toimesta Heikkilässä lähdettiin selvittämään sian lietelannan kerrostumista kahdella eri sakkautusmenetelmällä. Ensimmäisessä otettiin näytteitä kahdesta 4,5 m syvästä lietealtaasta helmikuussa 2014. Lietealtaat oli täytetty 3 kk aikaisemmin, eikä niitä oltu sen jälkeen sekoitettu. Oheisessa kuvassa näkyy tulosten yhteenveto, taulukossa on tarkat analyysitulokset otetuista näytteistä. äytteistä 1, 3 ja 5 lähetettiin lantanäytteet kahteen eri laboratorioon, jotta nähtäisiin onko laboratorioiden välillä eroja tuloksissa. 4 m 3,5 0,5 äytteet otettiin omatekoisella laitteella: mehukannu kiinnitettiin 5 m pitkään 2x4 tuuman lankkuun, kannun kansi toiseen hieman ohuempaan lautaan. Lankkuun tehtiin merkit puolen metrin välein. Laite laskettiin altaaseen haluttuun korkeuteen, ja kannun kansi irrotettiin nostamalla. äin kannu täyttyi lietteellä halutussa korkeudessa, ja nostettiin ylös. äytteet otettiin samalla menetelmällä kahdesta vierekkäin olevasta lietealtaasta.
4 Sakkautuskokeilu (yhdellä altaalla) Analyysitulokset Heikkilä Rusko 10.2.2014 Eurofinns laboratorio liuk kg/m3 kg/m3 g/m3 ka% kok P K Mg Ca a B Cu Mn Zn tilavuuspaino kg/m3 Allas 1 1 sakkautettu, syvyys 0,5 m 2,2 2,7 0,12 1,6 1,0 1000 1 (rinnakkaisnäyte Ahma ympäristö) 2,2 2,3 0,11 1,8 2 sakkautettu, syvyys 1 m 2,2 2,7 0,11 1,6 0,03 0,29 0,7 0,7 1,1 2,0 5,1 1,0 1000 3 sakkautettu, syvyys 2 m 2,2 2,6 0,12 1,6 1,0 1000 3 (rinnakkaisnäyte Ahma ympäristö) 2,5 2,5 0,12 1,8 4 sakkautettu, syvyys 3 m 2,2 2,7 0,11 1,6 1,0 1000 5 sakkautettu, syvyys 3,5 m 2,2 2,8 0,12 1,6 0,03 0,29 0,7 0,7 0,9 2,1 5,2 1,0 1000 5 (rinnakkaisnäyte Ahma ympäristö) 2,5 2,6 0,12 1,8 0,03 0,28 0,8 0,9 1,3 2,3 5,2 1,1 1000 6 sakkautettu, syvyys 4 m 2,5 4,5 2,00 1,6 6,7 1000 Allas 2 7 sakkautettu, syvyys 0,5 m 2,2 2,7 0,11 1,7 1,0 1000 8 sakkautettu, syvyys 1 m 2,2 2,7 0,08 0,8 0,02 0,21 0,4 0,4 0,7 1,6 3,3 1,0 1000 9 sakkautettu, syvyys 2 m 2,2 2,8 0,12 1,5 1,0 1000 10 sakkautettu, syvyys 3 m 2,2 2,7 0,11 1,6 1,0 1000 11 sakkautettu, syvyys 3,5 m 2,3 2,8 0,11 1,7 0,03 0,26 0,7 0,7 0,9 1,9 4,8 1,0 1000 12 sakkautettu, syvyys 4 m 2,7 5,6 3,40 1,7 8,5 1100 Lanta-analyysien perusteella fosfori on lajittunut voimakkaasti ja kerrostunut alimpaan puolen metrin syvyyteen. Pinnasta 3,5 m:n syvyyteen lietteen pitoisuudet pysyvät hyvin samankaltaisina. Päällimmäisen kerroksen fosforipitoisuus on laskenut lähtötasosta 0,54 kg/m3 yli 75 %. Myös lietteen kokonaistyppipitoisuus on huomattavasti korkeampi altaan pohjaosassa. Pintanesteen typpi on valtaosin liukoisessa muodossa. Tavoitteena kokeilussa oli selvittää, miten lannan voisi tilalla jakeistaa ja lantafosforin erottaa mahdollisimman edullisesti, kuitenkin niin, että saatavat jakeet olisivat edelleen levitettävissä olemassa olevilla lannanlevityskalustoilla. Kokeilun lietealtaat tyhjennettiin kevään 2014 lietteenlevityksen yhteydessä siten, että ensin altaasta otettiin sekoittamatta pinnalta vähäfosforista pintanestettä n. 2/3 altaan syvyydestä. Tämän jälkeen jäljellä oleva liete sekoitettiin, jolloin saatiin sakeampaa lietettä, mutta joka vielä oli levitettävissä normaalilla lietteenlevityskalustolla.
5 Lietealtaan pohjalle kertyvä sakka voi myös olla ongelma, jos sen kuiva-ainepitoisuus nousee niin korkeaksi että sen poisto lietealtaasta ja levitys ei enää onnistu normaalilla lietteenlevityskalustolla. Jos kuitenkin tavoitteeksi asetetaan fosforipitoisen sakan kuljetus jatkoprosessointiin esimerkiksi keskitettyyn biokaasulaitokseen tai lannoitevalmistetehtaalle, voisi painovoimaan perustuva sakkautus olla kustannustehokas keino fosforin erottamiseen. Sakka olisi todennäköisesti imettävissä ja kuljetettavissa tähän tarkoitukseen sopivilla säiliövaunuilla. Tällä tavalla tehtävä fosforinerotus on mahdollisimman edullista, koska erottuminen tapahtuu itsestään ilman mekaanista erotusta tai apuaineita. Itse asiassa tilalla säästyisi näin myös lietelannan sekoittamisen kustannus, jos tilalla voitaisiin ensin käyttää altaan pinnalta vähäfosforinen lietejae typpilannoitteena. Lietelannan sakkautuskokeilu kahdella altaalla Heikkilässä kokeiltiin myös lietelannan painovoimaista jakeistusta kahden altaan avulla. Tässä liete johdetaan ensin sikalasta altaaseen 1, josta lietettä siirretään 1 m:n syvyydeltä imevää putkea pitkin altaaseen 2. Tällöin altaaseen 1 jää sakeampi, enemmän kiintoainetta ja fosforia sisältävä osa lietteestä, ja altaaseen 2 saadaan vähäfosforista pintalietettä. liuk tot P ka% laimea liete (2) 2,07 2,43 0,13 1,4 sakea liete (1) 2,77 3,88 1,46 6,2 2 1 liuk kg/m3 kg/m3 g/m3 ka% kok P K Mg Ca a B Cu Mn Zn tilavuuspaino kg/m3 "kerran kirkastettu" syvyys 1 1m 2 2,36 0,09 1,54 1,4 1000 "Kerran kirkastettu" syvyys 2 2m 2,03 2,42 0,1 1,63 0,03 0,3 0,63 0,7 0,9 1,7 2,8 1,2 1000 "Kerran kirkastettu" syvyys 4 2,8 m 2,17 2,52 0,21 1,6 0,09 0,4 0,62 0,7 1,7 4,5 8,2 1,6 1000 5 "Sakkautusallas" syvyys 1 m 2,29 3 0,37 1,71 6 "Sakkautusallas" syvyys 2 m 2,74 4,22 1,49 1,63 0,91 1,9 0,6 1,9 11 29,7 62,9 6,6 1000 7 "Sakkautusallas" syvyys 3 m 2,95 5,03 2,86 1,69 10,4 1000 8 "Sakkautusallas" syvyys 4 m 3,03 5,16 2,92 1,73 1,59 5 0,63 3 16 62,2 93 11 1000
6 Tässä kokeilussa oli käytössä Limnos- näytteenottolaite, joka lasketaan vaijerin varassa haluttuun syvyyteen, suljetaan ja nostetaan ylös. Limnoksella näytteenotto pohjasakasta ei hankkeessa saatujen kokemusten perusteella onnistunut, koska laite on kevyt eikä uppoa pohjalietteeseen. Pitkään lankkuun kiinnitetty mehukannu soveltui paremmin pohjalietteen näytteenottoon, koska sen pystyi käsivoimin sinne painamaan. Analyysitulosten perusteella altaaseen 2 on jäänyt fosforipitoisempi ja enemmän orgaaniseen ainekseen sitoutunutta typpeä sisältävää lietettä, ja altaan 1 liete on selvästi vähäfosforisempaa. Myös hivenravinteet ovat jakautuneet eri jakeisiin. Mg, Ca, B, Cu, Mn ja Zn kerrostuvat näytteiden perusteella fosforin tavoin. K ja a eivät näiden näytteiden perusteella kerrostu. Sakkautetun lietelannan separointikokeilu Heikkilässä kokeiltiin vielä kahden altaan menetelmällä saadun sakeamman lietteen separointia urakoitsijan ruuviseparaattorilla. Urakoitsijana oli Länsi-Suomen Separointi Oy. Urakoitsijalla oli aikaisempaa kokemusta sekä emakkosikalan että lihasikalan lietteen separoinnista. Urakoitsija oli aiemminkin separoinut esisakkautettua lietelantaa. 2 3 4
7 liuk kg/m3 kg/m3 g/m3 ka% kok P K Mg Ca a B Cu Mn Zn tilavuuspaino kg/m3 1 Paksu liete sekoitettu 3 h 2,84 3,73 1,51 1,8 0,93 1,8 0,65 1,9 10 29,4 62,7 6,1 1000 5 Paksu liete sekoitettu 6 h 2,71 4,03 1,4 1,67 0,85 1,7 0,6 1,8 9,5 27,2 57,9 6,3 1000 6 Separoitu nestejae to ilta 2,82 3,76 1,31 1,78 0,81 1,5 0,65 1,3 10 26 59,8 3,7 1000 4 Separoitu nestejae la aamu 2,77 3,59 1,36 1,91 0,82 1,6 0,69 1,3 11 28 64,7 4,1 1000 3 Separoitu kuivajae to aamu 1,59 3,59 1,74 0,98 0,88 3,1 0,33 4,1 8,4 38,6 51,9 26,9 643 7 Separoitu kuivajae to ilta 1,69 3,89 1,94 1,16 1,03 3,1 0,4 1,7 8,8 40,6 52,5 25,5 684 Lanta-analyysien perusteella esisakkautetun lietelannan fosforinerotus ei onnistunut kovin hyvin ruuviseparaattorilla. Myös separaattorin teho m3/h jäi arvioitua alhaisemmaksi. Urakoitsijan ja hänen aikaisempien asiakkaiden kokemusten perusteella lietelannan separoitavuus riippuu useasta tekijästä. äitä ovat käytetty rehustus sekä sikalassa käytetty virikemateriaali. Mitä karkeampaa sioille syötetty rehu on, sitä karkeampia hiukkasia myös lietelannassa on. Tilalla jauhettu rehu on lähtökohtaisesti aina karkeampaa kuin tehdasvalmisteinen täysrehu. Samoin virikemateriaalin laadulla on merkitystä: virikemateriaalina käytetty kutterinpuru tekee lietelannasta nopeammin separoituvaa ainakin ruuviseparaattoreilla. Koska Heikkilän tilalla rehu on kokonaan täysrehua, ja virikemateriaalina on käytetty olkea, oli tuloksena hitaasti separaattorin läpi menevä liete ja varsin alhainen fosforin erotusteho. Todennäköisesti myös lietelannan ikä vaikuttaa fosforin erotustehoon ja lietteen separoituvuuteen. Tuoreessa lietteessä fosforia on liuenneena nestejakeeseen vähemmän, ja kuiva-ainehiukkaset eivät vielä ole ehtineet varastoinnin aikana hajota. Mekaanisten separointilaitteiden toimivuudesta ja fosforin erotustehosta tarvittaisiin lisää tietoa ja kokemusta. Hankkeen kokemusten perusteella kannattaisi verrata lietelannan separoituvuutta eri ikäisillä lietelannoilla, eri rehustuksilla ja eri virikemateriaaleilla. Varsinkin jos tavoitteena on erottaa lietteestä fosforia mahdollisimman tehokkaasti, tulisi lietelannan ominaisuudet tuntea hyvin. Ruuviseparaattorin fosforinerotuskykyä kokeiltiin uudestaan Heikkilässä syksyllä 2014, jolloin urakoitsija oli tehnyt muutoksia laitteen seurastoon. Tulosten perusteella fosforinerotuskyky oli tällä kertaa parempi.
8 Separoimalla saadun kuivajakeen rakeistuskokeilu Heikkilän lietelannan separoitua kuivajaetta kuljetettiin n. 15 m3 erä Pöytyälle Biokasvun tehtaille, tarkoituksena testata soveltuisiko kuivajae sellaisenaan kuivattavaksi ja rakeistettavaksi orgaaniseksi lannoiterakeeksi. Biokasvun tehtailla valmistetaan kompostoidusta broilerinlannasta ovarbo-tuotemerkillä ja lihaluujauhosta Viljo- tuotemerkillä markkinoitavia vastaavia orgaanisia lannoiterakeita. Sian lietelannan separoitu kuivajae vaati runsaasti kuivattamista ennen kuin pelletöisti oli mahdollista. Kuivajakeen kuiva-ainepitoisuus oli separoinnin jäljiltä n. 28 %, ja pelletöintiä varten kuivaainepitoisuus piti nostaa yli 90 %:iin. Kuivaus ja pelletöinti sujuivat teknisesti hyvin, mutta kuivaus tuli hyvin kalliiksi. Toteutuneiden valmistuskustannusten perusteella arvioitu jatkuvan valmistusprosessin kustannus tulisi olemaan n. 220 e/tonni rakeistettua tuotetta. Tuotteen valmistuskustannuksen kannalta olisi ratkaisevan tärkeää, että lähtötilanteessa materiaalin kuiva-ainesisältö olisi mahdollisimman korkea. Tavoitteeksi tulisi asettaa n. 50 % kuiva-ainepitoisuus lähtötilanteessa. Taulukossa on esitetty saadun lannoitevalmisteen analyysituloksen mukainen ravinnesisältö. kg/m3 kg/m3 g/m3 ka% liuk kok P K Mg Ca a B Cu Mn Zn tilavuuspaino kg/m3 0,77 9,6 8 6 93,7 660