Zware metalen in meststoffen vergelijking van urine en zwart water met in Nederland toegepaste meststoffen

Transcriptie

1 Zware metalen in meststoffen vergelijking van urine en zwart water met in Nederland toegepaste meststoffen Adriaan Mels (LeAF), Iemke Bisschops (LeAF) en Bjartur Swart (Grontmij) 1. Samenvatting Deze notitie bevat een inventarisatie van de concentraties en vrachten zware metalen in urine en zwart water in relatie tot andere meststoffen die in Nederland worden gebruikt. Het gaat hierbij om de zware metalen die in het BOOM (Besluit Overige Organische Meststoffen) worden genoemd. Urine en zwartwater zijn vergeleken met toegestane meststoffen (dierlijke mest, compost en minerale kunstmest) en niet toegestane meststof (communaal zuiveringsslib). Er is een vergelijking gemaakt tussen de vrachten metalen die via reguliere bemesting op landbouwgronden worden gebracht en de fictieve vrachten bij toepassing van urine en zwartwater. Hierbij is uitgegaan van een gemiddelde Nederlandse bemestingsnorm. De notitie is op verzoek van STOWA door LeAF opgesteld. De studie beoogde in beeld te brengen of er sprake is van een ongelijke beoordeling van de kwaliteit van compost en afvalwaterstromen (urine, zwart water, zuiveringsslib) versus dierlijke meststoffen. Het gebruik van dierlijke meststoffen is gereguleerd op basis van een maximale jaarlijkse nutriëntgift per hectare, terwijl de overige meststoffen worden gereguleerd op basis van maximale gehaltes aan zware metalen via BOOM. Uit de vergelijking wordt duidelijk dat zuiveringsslib relatief de vuilste stroom is en dat bemesting met slib tot de hoogste vrachten leidt. Het gebruik van zuiveringsslib als meststof wordt door het BOOM in Nederland niet meer toegepast. Op basis van dit onderzoek lijkt dat ook terecht. Door het gebruik van de wel toegestane runder- en varkensdrijfmest worden echter eveneens relatief hoge vrachten zware metalen (behalve kwik) op landbouwgronden gebracht. Opmerkelijk, maar niet geheel nieuw is dat kunstmest ook veel zware metalen bevat; het gaat onder andere om cadmium, chroom, lood en arseen. Tot slot valt op dat pure urine wat betreft metalen relatief gezien een zeer schone meststof is. 2. Besluit Overige Organische Meststoffen (BOOM) Voor de toelating van organische meststoffen voor gebruik in de landbouw geldt in Nederland het BOOM (Besluit Overige Organische Meststoffen). De Europese comissie heeft een richtlijn opgesteld voor toelaatbare gehaltes zware metalen die aanmerkelijk minder streng is. De Europese richtlijn is in het Nederlandse recht omgezet door middel van het BOOM, dat per 1 januari 1993 in werking trad. Het oorspronkelijke BOOM-besluit is in 1998 vervangen, en gaat in een aantal opzichten verder dan de eisen die de EU stelt. Zo zijn de maximaal toegestane gehaltes van zuiveringsslib voor gebruik in de landbouw aanzienlijk lager dan die van de Richtlijn, en staat het BOOM-besluit niet toe dat zuiveringsslib op niet-landbouwgrond wordt toegepast. In Tabel 1 worden de maximale gehaltes zware metalen en het minimale organische stof gehalte volgens EU richtlijn 86/278 en BOOM. Ter vergelijking staan ook de BOOM-eisen voor compost vermeld. Er zijn voor zover bekend nog geen richtlijnen opgesteld voor de toepassing van (vergiste) menselijke urine en feces in de landbouw in Nederland of in de EU. De stroom waar wel een richtlijn voor is en die het meeste raakvlak heeft met het dit type meststof is zuiveringsslib. Op het gebruik van zuiveringsslib zijn zowel Nederlandse als Europese richtlijnen van toepassing. 1

2 Tabel 1 Eisen aan organische meststoffen voor wat betreft het minimale organische stof (OS) gehalte en de maximale gehaltes zware metalen en arseen (in mg/kg DS) volgens EU richtlijnen en het BOOM-besluit. EU richtlijn 86/278 BOOM BOOM BOOM Zuiveringsslib Zuiveringsslib Compost Zeer schone compost OS - 50% van DS 20% van DS 20% van DS Cd ,25 1 0,7 Cr Cu Hg ,75 0,3 0,2 Ni Pb Zn As Zware metalen in meststoffen De concentraties zware metalen uit het BOOM en waar beschikbaar ook die van arseen in meststoffen zoals gevonden in verschillende bronnen worden op de volgende pagina s in verschillende tabellen weergegeven. 3.1 Zuiveringsslib Tabel 2 - Concentraties van N, P en zware metalen in communaal zuiveringsslib in Nederland, gemiddelden van de periode (CBS, 2007) en in granulaat gemaakt van zuiveringsslib (GMB, 2006). CBS GMB-granulaat Mg/kg DS mg/kg N mg/kg P mg/kg DS mg/kg N mg/kg P Cd 1, , Cr 42, , Cu 389, , Hg 1, , Ni 29, , Pb 134, , Zn 993, , As 9, , Gescheiden huishoudelijk afvalwater (urine, feces en grijs water) Tabel 3 - Procentuele verdeling van zware metalen over urine, feces en grijs water in Denemarken (Holtze en Backlund, 2002). Urine (%) Feces (%) Grijs water (%) Cd 0,6 5,4 94,1 Cr 0,3 0,7 99,0 Cu 1,4 15,3 83,3 Hg 3,0 46,1 51,0 Ni 0,3 3,6 96,1 Pb 0,06 0,66 99,28 Zn 0,1 24,4 75,5 As

3 Tabel 4 - Concentraties zware metalen in urine en feces in Denemarken (Holtze en Backlund, 2002). Urine Feces Mg/kg DS mg/kg N mg/kg P mg/kg DS mg/kg N mg/kg P Cd 0,02 0,1 1,0 0,2 6,8 20,2 Cr 0,2 0,9 10,1 0,4 13,3 39,9 Cu 1,7 9,2 101,4 22,3 733, Hg 0,02 0,1 1,4 0,4 13,9 41,5 Ni 0,1 0,6 7,1 1,5 49,3 147,5 Pb 0,03 0,2 1,9 0,4 13,3 40 Zn 0,7 4,0 43, As Tabel 5 - Concentraties zware metalen in urine met een weinig spoelwater, feces inclusief toiletpapier, en grijs water in een blok van 80 inwoners* in Zweden (Palmquist en Jönsson, 2003). Urine + beetje water Feces + toiletpapier Grijs water Mg/kg N mg/kg P mg/kg N mg/kg P mg/kg N mg/kg P Cd 0,02 0,31 8, ,6 27 Cr 0,04 0, Cu 4,5 68, Hg 0,04 0,65 4,6 13 2,1 5,3 Ni 1,1 16, Pb 1,1 16, Zn ** 67700** As * Project met gescheiden inzameling te Gebers, Zweden. ** De hoge concentratie zink is waarschijnlijk te wijten aan corrosie van gegalvaniseerde pijpen in het systeem. 3.3 Zwart water Tabel 6 - Concentraties zware metalen in zwart water, getallen zijn een compilatie van de gegevens uit verschillende publicaties (Skjelhaugen, 1999; Svensson en Blom, 2001; Kujawa, 2005). mg / kg N mg / kg P Cd 1,1 4,2 6,8 28,6 Cr 10,4 34, Cu Hg < dl 0,7 < dl 4,7 Ni 18,8 31, Pb 15,0 50, Zn As Dierlijke mest Tabel 7 - Concentraties zware metalen in dierlijke mest in Nederland in mg/kg DS (Delahaye et al., 2003). Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn As Melkvee regio Noord en West 0,21 8,0 42 0,04 11,0 14, Vleesvarkens (droog voer) 0,31 14, ,03 22,0 18, Leghennenbandmest 0,20 6,2 61 0,02 9,7 11,

4 Tabel 8 - Concentraties zware metalen in dierlijke mest, getallen uit van Dooren et al (a), Kool et al (b) en McBride en Spiers, 2001 (c). Mg / kg N (ref. a, b) mg / kg P (van P2O5) (ref. a, b) mg / kg P tot (ref. c) Runderdrijfmest Varkensdrijfmest Runderdrijfmest Varkensdrijfmest Runderdrijfmest Cd 5,6 5,3 32,7 19,1 25 Cr Cu Hg ,5 Ni Pb Zn As Compost Tabel 9 - Concentraties zware metalen in composten (Nicholson et al (a), Delahaye et al., 2003 (b), Veeken, 1998 (c)). Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn Ref. Compost (mg/kg ds) (a) Gft-compost (mg/kg) 0,26 9,9 19,1 0,079 4,6 37,0 103,6 (b) Gft-compost (mg/kg DS) 0, (c) Champost (mg/kg) 0,13 4,8 9,9 0,016 1,0 4,2 48,0 (b) Overige compost (mg/kg d.s.) 2 0,44 15,4 21,8 0,138 10,2 44,2 122,4 (b) 1 Aanname: 40% DS 2 Bloembollenafval, afval uit de glastuinbouw en heideplaggen. Tabel 10 - Gehaltes zware metalen in gft-compost en champost gerelateerd en gemiddelde N- en P-waarden voor beide composten (gehalte zware metalen uit Delahaye et al., 2003; gehalte N en P uit Kroonen en de Haan). Gft-compost Champost mg / kg N mg / kg P (uit P 2 O 5 ) mg / kg N mg / kg P (uit P 2 O 5 ) Cd 30, ,4 93,0 Cr Cu Hg 9,3 48,9 2,8 11,5 Ni Pb Zn As Tabel 11 - Vrachten zware metalen uit composten naar de bodem in het jaar 2000 (Delahaye et al., 2003). Afzet Vracht (1000 kg) mln kg Cd Cu Zn Pb Hg Cr Ni Gft-compost 309 0,080 5,90 32,0 11,42 0,024 3,06 1,43 Champost 600 0,077 5,95 28,8 2,50 0,010 2,88 0,58 Overige compost 150 0,066 3,27 18,4 6,63 0,021 2,31 1,53 Totaal compost 0,22 15,1 79,2 20,5 0,05 8,2 3,5 4

5 3.6 Struviet Tabel 12 - Concentraties zware metalen in struviet (Leeuw, 2007). mg/kg DS µg/kg N µg/kg P Cd Cr Cu Hg < Ni Pb Zn As < Kunstmest Tabel 13 - Typische gehaltes zware metalen in verschillende soorten kunstmesten (Remy en Ruhland, 2006) en gehaltes in één bepaalde soort (Palmquist en Jönsson, 2003). Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn As N - meststof (mg/kg N) 6,0 77,9 26,0 0,1 20,9 54, ,3 P - meststof (mg/kg P 2 O 5 ) 39, ,5 0,3 88,3 67, ,5 P - meststof (mg/kg P) 90, , ,2 K - meststof (mg/kg K 2 O) 0,1 5,8 4,8 0,0 2,5 0,8 6,2 0,1 K - meststof (mg/kg K) 0,2 10,5 8,7 0,1 4,5 1,5 11,3 0,2 Kalk (mg/kg CaO) 0,5 14,7 14,6 0,1 10,5 9,7 66,9 0,1 Kalk (mg/kg Ca) 0,7 20,6 20,4 0,1 14,7 13,6 93,6 0,1 NPK-S (mg/kg N) 0,2 37,0 6,9 0,0 22,0 2,0 76,0 - NPK-S (mg/kg P) 0,1 12,0 2,3 0,0 7,0 0,7 25,0-4. Vrachten zware metalen De bemestingsnormen aangenomen voor deze studie zijn: 205 kg N per ha per jaar en 65 kg P per ha per jaar. De jaarlijkse vrachten zijn zowel op basis van N als op basis van P berekend. Alle getallen staan in grammen metaal per hectare per jaar, behalve voor struviet. Zuiveringsslib GMB-granulaat van slib Berekend op basis van N P N P Cd 6,3 4,3 7,8 2,7 Cr Cu Hg 4,6 3,1 5,6 2,0 Ni Pb Zn As

6 Urine Feces Berekend op basis van N P N P Cd 0,01 0,04 1,53 1,40 Cr 0,10 0,35 8,44 7,67 Cu 1,40 5,53 166,3 153,6 Hg 0,01 0,07 1,90 1,77 Ni 0,17 0,77 17,05 15,52 Pb 0,13 0,61 3,31 3,06 Zn 3,28 15,27 739, Zwart water Berekend op basis van N P Cd 0,22 0,85 0,44 1,86 Cr 2,14 7,12 6,50 15,5 Cu 23,3 143,8 47,3 313 Hg 0 0,15 0 0,30 Ni 3,84 6,55 9,75 14,2 Pb 3,08 10,25 7,39 22,3 Zn Struviet (vracht in µg / ha.jaar) Berekend op basis van N P Cd Cr Cu Hg < dl < dl Ni Pb Zn N-kunstmest P-kunstmest Kunstmest NPK-S Berekend op basis van N P N P Cd 1,23 6 0,05 0,01 Cr 16,0 81 7,59 0,78 Cu 5, ,41 0,15 Hg 0,014 0,045 0,008 0,001 Ni 4, ,51 0,46 Pb 11,3 10 0,41 0,05 Zn 41, ,6 1,63 As 1,91 2,

7 N P uit P 2 O 5 P Runderdrijfmest Varkensmest Runderdrijfmest Varkensmest Runderdrijfmest Cd 1,14 1,08 2,13 1,24 1,62 Cr 39,9-74,4-37,2 Cu Hg ,16 Ni 51,3-95,7-64,8 Pb 24,2-45,2-17,8 Zn As ,5 Gft-compost Champost Berekend op basis van N P N P Cd 6,3 10,5 4,6 6,0 Cr Cu Hg 1,9 3,2 0,6 0,7 Ni Pb Zn As

8 5. Vergelijking In de onderstaande grafiek is een vergelijking gemaakt van de vrachten zware metalen bij een fosfaatgift van 65 kg P per ha per jaar voor communaal zuiveringsslib, runderdrijfmest, kunstmest, feces en urine. (NB: de schaal is logaritmisch.) Duidelijk wordt dat communaal zuiveringsslib relatief de vuilste stroom is en dat bemesting met slib tot de hoogste vrachten leidt. Het gebruik van dit zuiveringsslib als meststof wordt door het BOOM in Nederland niet meer toegepast en het meeste slib wordt momenteel verbrand in speciale installaties. Opvallend is dat door met runderdrijfmest relatief hoge vrachten van alle metalen behalve kwik op landbouwgronden worden gebracht. Ook via kunstmest komen vooral voor cadmium, chroom, lood en arseen relatief hoge vrachten op landbouwgronden terecht. Een opvallende conclusie is dat pure urine een zeer schone meststof is. Vrachten zware metalen bij een gift van 65 kg P / ha per jaar As Zn Pb Zuiveringsslib Runderdrijfmest Kunstmest (P-bemester) Feces Urine Ni Hg Cu Cr Cd Vracht (g/ha.j) 8

9 6. Referenties CBS, Centraal Bureau voor de Statistiek, Statline, Voorburg/Heerlen Delahaye R., Fong P.K.N., van Eerdt M.M., van der Hoek K.W., Olsthoorn C.S.M. (2003) Emissie van zeven zware metalen naar landbouwgrond. Eindrapport en eindbijlagen. Centraal Bureau voor de Statistiek, Voorburg/Heerlen. Dooren van H.J.C., Hanegraaf M.C., Blanken K. (2005) Emissies en compostkwaliteit bij compostering van runderdrijfmest, PraktijkRapport Rundvee 68 GMB Slibverwerking (2006) Jaarverslag Holtze A., Backlund A. (2002) Opsamling, opbevaring og udnyttelse af urin fra Museumsgården på Møn, Økologisk byfornyelse og spildevandsrensning, Nr. 23. Miljøstyrelsen. Kool A., van der Putten A.H.J., van der Schans F.C. (2006) Mestverwerking in Wintelre - De plussen en minnen. Project Duurzame Watersystemen in het Benelux Middengebied. Kroonen B. de Haan J. (2006) Brochure Een goed stikstofbeheer is geld waard! Maïsteler, haal meer stikstof uit de bodem! Praktijkonderzoek Plant & Omgeving. Kujawa K. (2005) Anaerobic treatment of concentrated wastewater in DESAR concepts. STOWA rapport Leeuw, E. (2007) Gehaltes zware metalen en arseen in struviet, analyseresultaten. McBride M.B., Spiers G. (2001) Trace element content of selected fertilizers and dairy manures as determined by ICP-MS, Communications in Soil Science and Plant Analysis, 32:1, Nicholson F.A., Smith S.R., Alloway B.J., Carlton-Smith C., Chambers B.J. (2006) Quantifying heavy metal inputs to agricultural soils in England and Wales. Water and Environment Journal 20, Palmquist, H. and Jönsson, H. (2003) Urine, faeces, greywater and biodegradable waste as potential fertilisers", 2nd International Symposium on Ecological Sanitation, 7-11 April, Lübeck, Germany. Remy C., Ruhland A. (2006) Ecological assessment of alternative sanitation concepts with Life Cycle Assessment. Technische Universität Berlin, Institute of Environmental Technology, Department of Water Quality Control. Final report for subtask 5 of the demonstration project Sanitation Concepts for Separate Treatment of Urine, Faeces and Greywater (SCST). Skjelhaugen O. J. (1999) A Farmer-operated System for Recycling Organic Wastes, J. Agric. Engng Res. 73: Svensson S.E., Blom A. (2001) A method to evaluate blackwater as a fertilizer in agriculture, in: On- Site Wastewater Treatment, Proceedings Ninth National Symposium on Individual and Small Community Sewage Systems, March 2001, Fort Worth, Texas, USA. pp WHO (2006) Guidelines for the safe use of wastwater, excreta and greywater. Volume 4: Excreta and greywater use in agriculture. 9

10 Bijlage - Aanvoer van zware metalen met kunstmest en compost in het jaar 2000 Gehalte (mg/kg) Afzet Vracht (1000 kg) Cd Cu Zn Pb Hg Cr Ni mln kg Cd Cu Zn Pb Hg Cr Ni Stikstofmeststoffen (als N) 2) 285 kalkammonsalpeter 0,37 1,7 6,8 2,7 0,370 5,6 39, ,093 0,427 1,71 0,678 0,0930 1,40 10,00 stikstofmagnesia 0,90 3,4 13,6 5,9 0,000 7,3 7,3 17 0,016 0,059 0,23 0,102 0,0000 0,13 0,13 overige stikstofmeststoffen 0,90 3,4 13,6 5,9 0, ,9 331,5 17 0,015 0,057 0,23 0,098 0,0068 2,66 5,52 Totaal stikstofmeststoffen 0,123 0,542 2,17 0,878 0,0998 4,18 15,64 Fosforzuurmeststoffen (als P 2 O 5 ) 62 superfosfaat 61,30 75,2 1363,0 47,0 1, ,0 95,0 1 0,086 0,106 1,92 0,066 0,0020 0,73 0,13 tripel superfosfaat 58,10 66,0 1216,0 11,7 0, ,0 90,0 6 0,335 0,380 7,01 0,067 0,0003 2,82 0,52 thomasslakkenmeel 3,20 216,0 710,0 236,5 0, ,0 88,0 0 0,000 0,000 0,00 0,000 0,0000 0,00 0,00 overige NPK-, NP- en PK-mest 24,20 54,0 471,0 46,5 0, ,0 64,0 44 1,074 2,397 20,91 2,064 0, ,03 2,84 overige fosforzuurmeststoffen 15,10 52,0 311,0 5,5 0, ,0 48,0 11 0,161 0,555 3,32 0,059 0,0005 2,81 0,51 Totaal fosforzuurmeststoffen 1,657 3,439 33,16 2,257 0, ,39 4,01 Kalimeststoffen (als K2O) 3) 32 ruw kalizout 0,45 0,3 28,5 20,0 0,000 5,9 0,0 0 0,000 0,000 0,01 0,008 0,0000 0,00 0,00 kaliumchloride 40 0,40 0,3 60,0 11,0 0,000 3,7 7,4 2 0,001 0,000 0,10 0,018 0,0000 0,01 0,01 kaliumchloride 60 0,13 0,3 8,4 1,2 0,000 0,1 3,9 18 0,002 0,005 0,15 0,022 0,0000 0,00 0,07 patentkali 0,03 0,3 0,3 1,8 0,000 0,5 1,2 6 0,000 0,002 0,00 0,011 0,0000 0,00 0,01 overige kalimeststoffen 0,13 0,3 8,4 1,2 0,810 7,4 45,2 6 0,001 0,002 0,05 0,007 0,0045 0,04 0,25 Totaal kalimeststoffen 0,004 0,009 0,31 0,065 0,0045 0,05 0,34 Kalkmeststoffen (als z.b.w.) 4) 171 schuimaarde 1,65 45,0 179,0 11,3 0,015 32,5 5,0 92 0,152 4,140 16,47 1,035 0,0014 2,99 0,46 koolzure landbouwkalk + kalkmergel 0,19 6,8 15,0 1,4 0,005 0,8 1,7 30 0,006 0,205 0,45 0,041 0,0002 0,02 0,05 koolzure magnesiakalk 0,36 4,1 57,3 11,9 0,005 1,0 3,2 38 0,014 0,158 2,20 0,456 0,0002 0,04 0,12 magnesiakalkmergel 0,04 0,0 21,1 10,2 0,010 0,8 0,6 8 0,000 0,000 0,16 0,078 0,0001 0,01 0,00 natte kalkslib 1,35 44,0 134,0 18,3 0,000 7,3 48,0 1 0,002 0,055 0,17 0,023 0,0000 0,01 0,06 overige kalkmeststoffen 1,25 10,0 237,0 39,0 0,005 32,5 5,0 2 0,002 0,014 0,34 0,055 0,0000 0,05 0,01 Totaal kalkmeststoffen 0,175 4,57 19,78 1,688 0,0018 3,11 0,71 Bron: Delahaye et al