Technische notitie betreffende de samenstelling van dierlijke mest na mestscheiding in het kader van de Evaluatie van de Meststoffenwet 2016

Transcriptie

1 Technische notitie betreffende de samenstelling van dierlijke mest na mestscheiding in het kader van de Evaluatie van de Meststoffenwet 2016 Betrokkenen: Nico Verdoes en Fridtjof de Buisonjé (ASG), Sjaak Conijn (PRI), Harry Luesink (LEI), Phillip Ehlert en Oscar Schoumans (Alterra). Massa s dik en dun na scheiding De massabalans van mestscheiding dient kloppend te zijn, kortom: Mm = Ml + Ms (1) Mm = Massa drijfmest (kg) Ml = Massa dunne (liquid) fractie (kg) Ms = Massa dikke (solid) fractie (kg) Evenzo verdwijnt er geen droge stof 1 : Mm*DS m = DSl x Ml + DS s * Ms (2) DSi = drogestofgehalte ingaande drijfmest (kg/ton) DSl = drogestofgehalte dunne fractie (kg/ton) DSs = drogestofgehalte dikke fractie (kg/ton) De totale massa van de dikke fractie (Ms) kan berekend worden via substitutie van (1) in (2) : Ms = Mm * (DS m DS l)/ (DSs - DSl) (3) Het verschil in drogestofgehalte tussen de dunne fractie en de ingaande drijfmest is een belangrijke maatstaf voor de prestatie van een mestscheider. Hoe groter dit verschil, hoe beter de scheiding. Maar ook het drogestofgehalte van de dikke fractie is van belang. Voor 1 ton drijfmest (ca. 1 m 3 mest) geldt nu: Ms = 1000 * (DSm DS l)/ (DSs - DSl) (4) Ml = Ms (5) Normale mestscheiders op normale drijfmest produceren circa 10 25% dikke fractie per m 3 gescheiden drijfmest (overeenkomend met kg dikke fractie per m 3 gescheiden drijfmest). De scheidingsefficiëntie (simple separaton efficiency; SSE) van een scheider is een handige maat, zijnde: SSE = Ms/Mm *100 (%) (6) Een SSE van 20% geeft aan dat 20% van de ingaande mest (ton) als dikke fractie gewonnen wordt. Scheidingsefficiëntie De definitie van het scheidingsefficiëntie van een stof, is het procentuele aandeel dat bij scheiding in de dikke fractie terecht komt, ten opzichte van de totale ingaande hoeveelheid van die stof (Schröder et al., 2009). Het scheidingsrendement in procenten voor bijvoorbeeld droge stof, fosfaat of stikstof wordt als volgt berekend): [gehalte in dikke fractie] * [hoeveelheid dikke fractie] x 100 SEX = (7) [gehalte in ingaande drijfmest] * [hoeveelheid ingaande drijfmest] Gehalten in g/kg en hoeveelheden in kg (of: gehalten in kg/ton en hoeveelheden in ton). Uiteraard is 100% - SEX het percentage dat in de dunne fractie terecht komt, indien er geen verliezen optreden. Indien de scheidingsefficiëntie (SEX) en het gehalte van een nutriënt van de ingaande mest (Xm) bekend is, tezamen met de geproduceerde massa van de dikke (Ms) en dunne fractie (Ml) uit 1 ton mest (Mm), dan kan eenvoudig de het gehalte van de stof in de dikke (Xs) en dunne fractie (Xl) berekend worden volgens: 1 De aanname hierbij is dat de drogestof bepaling foutloos is. Als er veel ammoniak en vluchtige vetzuren aanwezig is dat vervluchtigt, dan kan dat leiden tot een onderschatting van het drogestof gehalte. Dat geldt in het bijzonder bij de dunne fractie.

2 Xs = SEX * (X m * 1000) / Ms en (8) Xl = (100-SEX) * (X m * 1000) / Ml (9) Xm = gehalte ingaande mest (kg/ton) SEx = scheidingsefficiënties van stof X (%) Xs = gehalte in de dikke fractie (kg/ton) Xl = gehalte in de dunne fractie (kg/ton) Ml = Massa dunne fractie (kg) Ms = Massa dikke fractie (kg) Droge stof gehalte Vaak is het droge stofgehalte van de ingaande mest (DSm) slecht bekend (weinig praktijkgegevens). De meeste gegevens zijn voorhanden uit onderzoeksgegevens. Om het droge stof gehalte van de gescheiden mest vast te stellen dient naast het droge stof gehalte van de ingaande mest (DSm) in ieder geval de scheidingsefficiëntie van de droge stof (SEDS) bekend te zijn, tezamen met (a) de massa van de afgescheiden dikke fractie (Ms) of (b) het drogestof gehalte van de dikke fractie (DSs) Ad (a): Uit vergelijking 7 en vergelijk 2 volgt resp. rechtstreeks: DSs = (SEDS / 100) * (Mm / Ms) * DSm eenheid (10) DSl = ( Mm*DSm DSs x Ms ) / Ml (11) Ad (b): De massa s dik en dun en het droge stof gehalte van dun kunnen als volgt berekend worden: Ms = Mm (DS m / DSs) * (SEDS /100) (12) Ml = Mm - Ms (13) DSl = Mm * DS m * (1 SEDS/100)/ Ml (14) Massa s water Indien het droge stofgehalte van de ingaande mest (DSm) en de dikke fractie (DSs) bekend is, kan op grond hiervan de hoeveelheid water in de mest en dikke en de dunne fractie berekend worden. Er geldt: Wm = Mm (1-DSm) (15) Ws = Ms (1-DSs) (16) Wl = Ml (1-DSl) = Wm - Ws (17) Wm = Massa water in mest (kg) Ws = Massa water in de dikke fractie (kg) Wl = Massa water in de dunne fractie (kg) Samenstelling mestfractie De scheidingsefficiënties van de overige bestanddelen die in mest voorkomen (organische stof, P2O5, Nmin, Norg, fosfaat etc) zijn veelal slecht bekend. Vaak wordt daarom aangenomen dat organische stof en Norg volledig gekoppeld zijn aan droge stof en zich evenzo (zelfde scheidingsefficiënties) verdelen over de dikke en dunne fractie. Soms wordt dit ook voor fosfaat aangehouden, maar er worden ook een specifieke scheidingsefficiëntie gehanteerd (bijv %; zie bemestingsadvies grasland, Schröder et al., 2009). Voor de minerale fractie stikstof (Nmin) en kalium (K2O), natrium (Na2O) en magnesium (MgO) in dierlijke mest wordt door Schröder et al (2009) er juist vanuit gegaan dat deze volledig in het water opgelost zijn, en via de verdeling aan water worden toebedeeld aan de in de dikke en dunne fractie. Zeker voor magnesium en Nmin is dit een (duidelijk) overschatting omdat er veel Mg-precipitaten in de vaste fase van dierlijke mest voorkomen en een aanzienlijk deel van de ammonium (als onderdeel van Nmin) aan deeltjes in de vaste fase gebonden is. Ne en Nr Naast de samenstelling van de dierlijke mest en mestfracties is ook het aandeel effectieve stikstof (Ne) in de dierlijke mes(fracties) een belangrijke parameter, omdat deze mede bepalend is voor de gewasopname in STONE (QUADMOD module van PRI/PPO). Ne is een maat voor de hoeveelheid N die in het groeiseizoen beschikbaar komt uit stikstof die in de organische dierlijke mest aanwezig is. Nr is het aandeel van Norg dat niet beschikbaar komt. De Ne voor runderdrijfmest en varkensdrijfmest bedraagt resp. 25% en 50% van Norg. Vooralsnog is aangenomen is dat deze percentages ook voor de fracties dik en dun gelden. 2

3 Praktijkgegevens In bijlage 1 is een overzicht gegeven van de scheidingsrendementen van DS, Ntot, P2O5 en K2O zoals deze zijn verzameld en samengevat door Verdoes (pers. med.). De scheidingsefficiënties gelden indien 150 kg dikke fractie wordt geproduceerd uit 1 ton mest. Vaak wordt aangenomen dat organische stof gekoppeld is aan droge stof en zich evenzo verdeelt over de dikke en dunne fractie (zelfde scheidingsefficiënties als DS). Ook voor MgO wordt dit aangehouden, omdat Mg veelal als zouten zijn neergeslagen in de mest. Voor Nmin en Na2O wordt aangenomen dat deze volledig zijn opgelost en zich met de waterverdeling over dik en dun worden gescheiden. Voor K2O wordt deze aanname ook gehanteerd, indien er geen scheidingsefficiëntie bekend is. Schröder et al. (2009) hanteert de volgende uitgangspunten om op basis van uitsluitend de scheidingsefficiëntie van droge stof en het droge stof gehalte van de dikke fractie de mestsamenstelling te berekenen: Het droge stofgehalte in de vaste fractie na mestscheiding is gemiddeld 25%. Indien de scheidingsefficiënties voor P 2O5 en Norg onbekend zijn dan zijn deze gelijk aan die voor droge stof. Voor Nmin, K2O, MgO en Na2O wordt uitgegaan dat deze volledig in oplossing zijn en verdelen zich gelijk aan de waterverdeling. Deze methodiek is ook in het bemestingsadvies voor grasland en voedergewassen gehanteerd, waarbij wordt opgemerkt dat voor de scheidingsefficiëntie van fosfaat een traject is gehanteerd (30-60%) omdat deze afhankelijk is van het type mestscheider. In bijlage 2 en 3 zijn de berekende scheidingsefficiënties voor resp. runderdrijfmest en varkensdrijfmest weergegeven op basis van de uitgangspunten van deze twee methoden (Schröder, 2010; Verdoes, pers. data). In de tabellen 1 en 2 worden de gemiddelde SE s en gemiddelde gehalten voor resp. runderdrijfmest en varkensmest aangegeven. Voor de berekening van de gemiddelde gehalte is uitgegaan van de volgende mestsamenstelling: Voorbeelden Samenstelling (Den Boer et al., 2011) Parameter RDM2011 VDM2011 vocht ds os Ntot Nm Norg P2O K2O MgO Na2O Ne 25% 50% Nr 75% 50% Tabel 1. Scheidingsefficiënties en berekende gemiddelde gehalte voor dik en dun voor runderdrijfmest uitgaande van de scheidingsefficiënties die in de praktijk voorkomen. 3

4 Runderdrijfmest Berekende SE (%) Schröder et al. Verdoes (pers. Methode (2009) med.) SE drogestof 30% 50% 30% 50% % ds in de vaste fractie 25% 25% 17% 28% Massa dik Gem. SE(%) Gem. gehalte (kg/ton) Parameter SE(%) SE(%) SE(%) SE(%) Parameter onbewerkt dun dik Massa Massa vocht vocht ds ds os os Ntot Ntot Nm Nm Norg Norg P2O P2O K2O K2O MgO MgO Na2O Na2O Ne Nr Tabel 2. Scheidingsefficiënties en berekende gemiddelde gehalte voor dik en dun voor varkensdrijfmest uitgaande van de scheidingsefficiënties die in de praktijk voorkomen. Varkensdrijfmest Berekende SE (%) Schröder et al. Verdoes (pers. Methode (2009) med.) SE drogestof 30% 50% 30% 50% % ds in de vaste fractie 25% 25% 25% 34% Massa dik Gem. SE(%) Parameter SE(%) SE(%) SE(%) SE(%) Parameter onbewerkt dun dik Massa Massa vocht vocht ds ds os os Ntot Ntot Nm Nm Norg Norg P2O P2O K2O K2O MgO MgO Na2O Na2O Stdev. Stdev. Gem. gehalte (kg/ton) Ne Nr Toepassing in het kader van de EMW 2016 Vanuit ASG is aangegeven dat in de praktijk de vijzelpers bij runderdrijfmest wordt gehanteerd en de centrifuge/decanter bij varkensdrijfmest. Omdat Verdoes (bijlage 1) voor een aantal componenten een indicatie geeft van de scheidingsefficiënties van een aantal bestanddelen (DS, Ntot, P2O5, K2O; deels met spreiding) ligt het voor de hand om van het gemiddelde van de benoemde scheidingsefficiënties van deze bestanddelen uit te gaan voor runderdrijfmest (vijzelpers) en varkensdrijfmest (centrifuge). De spreiding is met name weergegeven voor DS en fosfaat, waarvan aangenomen mag worden dat deze goed gecorreleerd zijn, doordat nagenoeg al het overgrote deel van het fosfaat in de DS is opgeslagen. Verder stellen we aannamen bij voor die componenten waarvan de scheidingsefficiëntie niet bekend is, te weten: 1) Organische stof: Aanname voor 100% geassocieerd met DS en heeft dus eenzelfde scheidingsefficiëntie. 2) Nmin: De aanname dat Nmin volledig is opgelost en zich via de waterfase zich verdeeld, is niet in overeenstemming met de summiere cijfers die zijn gepubliceerd (Den Boer et al., 2012; Hjort et al., 2010; Sommer et al., 2015). De verhouding Nmin / Ntot in de dikke en dunne fractie van RDM bedraagt gemiddeld resp. 43% en 53% (Den Boer et al., 2012). Voor VDM is dit resp. 63% en 75% (decanter Sommer et al., 2015). De waargenomen spreiding is echter groot. Voorstel is om deze gemiddelde percentages aan te houden voor de berekening van het Nmin gehalte. Deze berekeningswijze betekent dat uitgaande van Ntot van de ingaande mest, zowel de massa en het Nmin-gehalte in de dikke en dunne fractie berekend kan worden en is wordt ook het Nmin-gehalte van 4

5 de ingaan de mest berekend. Dit kan een afwijking betekenen ten opzichte van mogelijke gegevens van de Nmin gehalte in de mest. De berekende SENmin kan wel weer universeel toegepast worden. 3) Norg: wordt berekend uit het verschil tussen Ntot en Nmin, zowel in de dikke en de dunne fractie en ook van de ingaande mest. 4) Natrium: Aanname dat Na2O eenzelfde scheidingsefficiëntie als K2O. 5) Magnesium: Als tweewaardig kation beter geassocieerd met DS dan Na, K, NH4 en verder zijn veel Mg zouten neergeslagen in mest, waaronder bijv. struviet. Aanname MgO is voor 80% geassocieerd met de droge stof en 20% in oplossing. Op grond hiervan kan ook voor de ontbrekende componenten de scheidingsefficiënties ingeschat worden en zijn de gehalten berekend aan de hand van ingaande mestsamenstelling van Den Boer et al. (2012); zie tabel 3 en 4. De gele cellen zijn de berekende waarden van de ingaande mest uitgaande van de SE van Ntot en de Nmin fracties die in de dikke en de dunne massa worden berekend. 5

6 Tabel 3. Runderdrijfmest massa (kg) gehalten in producten (kg/ton) totaal nat droog SE onbewerkt nat droog Parameter Parameter vocht % vocht ds % ds os % os Ntot % Ntot Nm % Nm Norg % Norg P2O % P2O K2O % K2O MgO % MgO Na2O % Na2O Ne Nr Tabel 4. Varkensdrijfmest massa (kg) gehalten in producten (kg/ton) totaal nat droog SE onbewerkt nat droog Parameter Parameter vocht % vocht ds % ds os % os Ntot % Ntot Nm % Nm Norg % Norg P2O % P2O K2O % K2O MgO % MgO Na2O % Na2O Ne Nr Afgesproken wordt om in de EMW 2016 in MAMBO uit te gaan van 1. de ingaande mestsamenstelling van MAMBO te hanteren voor runderdrijfmest en varkensdrijfmest (CBS Dierlijke mest en mineralen 2013; zie bijlage 4); 2. de ingeschatte scheidingsefficiënties van tabel 3 (in rood) te hanteren voor rundrijfmest (vijzelpers) en die van tabel 4 voor varkensmest (centrifuge); 3. Vergelijking 8 en 9 hanteren om de samenstelling van de mestfactie dik en dun te berekenen voor MAMBO toepassingen. 6

7 Bijlage 1 Gemiddelde scheidingsefficiënties (pers. med. Verdoes) Definitie scheidingsrendement: het percentage van een component dat na scheiding in de dikke fractie terecht komt. 1 m 3 drijfmest levert ca. 150 kg dikke fractie en ca. 850 kg dunne fractie op. Varkensdrijfmest Droge stof N-totaal P2O5 K2O Verse mest % (NB. oude mest 20-30) Vergiste mest % Verse mest % Vergiste mest % Zeefbandpers* Verse mest 50-95* * 12 % *: onvoldoende gegevens over scheidingsrendement zeefbandpers. Zeefbandpers wordt bedreven in combinatie met nageschakelde flotatie-tank (Dissolved Air Flotation) en gebruik van vlokmiddelen (zuur, metaalzouten, kationisch polymeer). Rundveedrijfmest Droge stof N-totaal P2O5 K2O Verse mest % Vergiste mest % Verse mest % Vergiste mest % Deze cijfers zijn voor gemiddelde varkens- en rundveedrijfmest afkomstig uit mestopslag en voor gemiddeld digestaat, gescheiden zonder toevoeging van vlokmiddelen. Het scheidingsrendement van de centrifuge voor droge stof en fosfaat kan aanmerkelijk worden verhoogd door toevoeging van polymeer; er wordt dan echter méér en nattere dikke fractie geproduceerd (door verdunningswater polymeerbereiding). geeft hoogste scheidingsrendement, zowel voor varkensdrijfmest als voor rundveedrijfmest. is minder geschikt voor varkensdrijfmest, met name voor vergiste varkensmest. Voor een droge, rulle dikke fractie (beddingmateriaal ligboxen) is een vijzelpers het meest geschikt. Er wordt dan bij voorkeur zeer verse mest gescheiden. 7

8 Bijlage 2 Scheidingsefficiënties Runderdrijfmest conform methodiek Schröder et al. (2009) en Verdoes (zie data bijlage 1). Voor aannamen OS, Norg, Nmin, MgO, K2O en Na2O: zie tekst. Runderdrijfmest Schröder et al. (2009) Schröder et al. (2009) Verdoes (pers. med.) Verdoes (pers. med.) SE drogestof 30 % 50 % 30 % 50 % % ds in de vaste fractie 25 % 25 % 150 kg 17% %DS vast 150 kg 28% %DS vast massa's in producten (kg) massa's in producten (kg) massa's in producten (kg) massa's in producten (kg) onbewerkt dun dik SE% onbewerkt dun dik SE% onbewerkt dun dik SE% onbewerkt dun dik SE% Parameter Parameter Parameter Parameter Massa Massa Massa Massa vocht vocht vocht vocht ds ds ds ds os os os os Ntot Ntot Ntot Ntot Nm Nm Nm Nm Norg Norg Norg Norg P2O P2O P2O P2O K2O K2O K2O K2O MgO MgO MgO MgO Na2O Na2O Na2O Na2O gehalte in producten (kg/ton) gehalte in producten (kg/ton) gehalte in producten (kg/ton) gehalte in producten (kg/ton) onbewerkt dun dik onbewerkt dun dik onbewerkt dun dik onbewerkt dun dik Parameter Parameter Parameter Parameter Massa Massa Massa Massa vocht vocht vocht vocht ds ds ds ds os os os os Ntot Ntot Ntot Ntot Nm Nm Nm Nm Norg Norg Norg Norg P2O P2O P2O P2O K2O K2O K2O K2O MgO MgO MgO MgO Na2O Na2O Na2O Na2O Ne Ne Ne Ne Nr Nr Nr Nr

9 Bijlage 3 Scheidingsefficiënties Varkensdrijfmest conform methodiek Schröder et al. (2009) en Verdoes (zie data bijlage 1). Voor aannamen OS, Norg, Nmin, MgO, K2O en Na2O: zie tekst. Varkensdrijfmest Schröder et al. (2009) Schröder et al. (2009) Verdoes (pers. med.) Verdoes (pers. med.) SE drogestof 40 % 55 % 40 % 55 % % ds in de vaste fractie 25 % 25 % 150 kg 25% %DS vast 150 kg 34% %DS vast massa's in producten (kg) massa's in producten (kg) massa's in producten (kg) massa's in producten (kg) onbewerkt dun dik SE% onbewerkt dun dik SE% onbewerkt dun dik SE% onbewerkt dun dik SE% Parameter Parameter Parameter Parameter Massa Massa Massa Massa vocht vocht vocht vocht ds ds ds ds os os os os Ntot Ntot Ntot Ntot Nm Nm Nm Nm Norg Norg Norg Norg P2O P2O P2O P2O K2O K2O K2O K2O MgO MgO MgO MgO Na2O Na2O Na2O Na2O gehalte in producten (kg/ton) gehalte in producten (kg/ton) gehalte in producten (kg/ton) gehalte in producten (kg/ton) onbewerkt dun dik onbewerkt dun dik onbewerkt dun dik onbewerkt dun dik Parameter Parameter Parameter Parameter Massa Massa Massa Massa vocht vocht vocht vocht ds ds ds ds os os os os Ntot Ntot Ntot Ntot Nm Nm Nm Nm Norg Norg Norg Norg P2O P2O P2O P2O K2O K2O K2O K2O MgO MgO MgO MgO Na2O Na2O Na2O Na2O Ne Ne Ne Ne Nr Nr Nr Nr

10 Bijlage 4 CBS Dierlijke Mest en Mineralen 2013

11 Bijlage 4 CBS Dierlijke Mest en Mineralen 2013 (vervolg) 11