Carbon and nitrogen losses from laying hens´ manure in manure management chains
Seppänen, Mari (2024)
Diplomityö
2024
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024082366202
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024082366202
Tiivistelmä
This study was conducted for Ductor corp. to investigate the loss of carbon and nitrogen content during the storage of chicken manure from laying hens. The effects of manure management chain length and conditions on manure´s carbon and nitrogen levels were examined. The study includes a literature review on chicken manure with a detailed focus on carbon and nitrogen. The study also describes the specific components of the management chain.
In experimental part three simulated conditions were used: summer storage, windy conditions, and a condition representing winter storage. In winter and summer storage conditions (+4 ±0.3 ºC and +21.5 ±1.4 ºC), a gas collection experiment was conducted, and the generated gas was analysed. A series of blowing tests were performed to represent windy conditions and the volatilized ammonia was captured in a citric acid solution.
Three replicate samples were taken for each condition and measurement point. The measurement points were at two and four months. The chicken manure used was fresh Finnish manure from laying hens directly from the chicken house. For each sample, dry matter content, organic matter content, total carbon, and total nitrogen were analysed.
In cold-stored manure, carbon losses were up to 24.8 % (w/w) and nitrogen losses were up to 41.2 % (w/w) during the experiment. At room temperature, carbon losses were up to 25.1 % (w/w) and nitrogen losses were up to 65.3 % (w/w) over four months. In windy conditions at room temperature, the manure dried quickly, and carbon losses were 41.4 % (w/w) and nitrogen losses were 55.7 % (w/w). Storage conditions have a clear effect on nitrogen loss, i.e., the formation of nitrogen dioxide and ammonia. The most nitrogen was volatilized in the test series carried out at room temperature. The most carbon was lost when the manure dried in windy conditions.
In the blowing test series, nitrogen was volatilized by an average of 60.4 % (w/w), of which ammonium nitrogen was 86.7 % (w/w) of the total nitrogen loss. The freshness of the manure had a direct effect on the amount of ammonium nitrogen concentration in the total nitrogen loss, the fresher the manure, the more of the lost nitrogen was ammonium nitrogen.
Optimizing the chicken manure management chain has a significant impact on greenhouse gas emissions and nutrient retention in manure, and consequently on its return to nature and plant use.
This study highlights the importance of proper manure storage conditions and management practices to minimize nutrient losses and environmental impact. The findings can be used to develop more sustainable manure management strategies for the chicken industry. Työ toteutettiin Ductor Oy:lle ja tarkoituksena oli selvittää kananlannan varastoinnin aikana syntyvien hiili- ja typpipitoisuuksien häviämää munivien kanojen lannasta. Työssä selvitettiin kananlannan hallintaketjun pituuden ja olosuhteiden vaikutuksia lannan hiilen ja typen määriin. Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen kananlannasta yleisesti sekä hiilen ja typen tarkemman katsauksen. Työssä on myös kuvattu hallintaketjun tarkemmat osa-alueet; kanalat, varastointimahdollisuudet sekä lannan jatkojalostusvaihtoehtoja painottuen biokaasuntuotantoon.
Kokeellisessa osassa simuloitavia olosuhteita oli kolme; kesävarastointi, tuuliset olosuhteet sekä talvikauden varastointia kuvaava olosuhde. Talvi ja kesävarastoinnin olosuhteissa (+4 ±0.3 ºC and +21.5 ±1.4 ºC) tehtiin kaasunkeräyskoe, muodostunut kaasu analysoitiin. Lisäksi toteutettiin puhalluskoesarja kuvaamaan tuulisia olosuhteita ja haihtunut ammoniakki otettiin talteen sitruunahappoliuokseen.
Kokeissa otettiin kolme rinnakkaista näytettä jokaista olosuhdetta ja mittauspistettä kohti. Mittauspisteet olivat kahden ja neljän kuukauden kohdilla. Käytetty kananlanta oli tuoretta suomalaista munivien kanojen lantaa suoraan kanalasta. Jokaisesta näytteestä analysoitiin kuiva-ainepitoisuus, orgaanisen aineen määrä, kokonaishiili ja kokonaistyppi.
Kylmässä säilytetystä lannasta hävisi kokeen aikana keskimäärin enimmillään hiiltä 24,8 massaprosenttina (m-%) ja typpeä 41,2 m-%. Huoneenlämpötilassa hiiltä hävisi keskimäärin enimmillään neljän kuukauden aikana 25,1 m-% ja typpeä 65,3 m-%. Tuulisissa olosuhteissa huoneenlämpötilassa lanta kuivui nopeasti ja hiiltä hävisi 41,4 m-% ja typpeä 55,7 m-%. Varastointiolosuhteilla on selvä vaikutus erityisesti typen häviöön, eli typpidioksidin ja ammoniakin muodostumiseen. Eniten typpeä haihtui huoneenlämpötilassa toteutetuissa koesarjoissa. Hiiltä hävisi eniten lannan kuivuessa tuulisissa olosuhteissa.
Puhalluskoesarjassa typpeä haihtui keskimäärin 60,4 m-%, josta ammonium-typpeä oli 86,7 m-% kokonaistypen häviöstä. Lannan tuoreudella oli suora vaikutus ammonium-typpipitoisuuden määrään kokonaistyppihäviöstä, mitä tuoreempaa lanta oli, suurempi osuus hävinneestä typestä oli ammonium-typpeä.
Kananlannan hallintaketjun optimoinnilla on merkittävä vaikutus kasvihuonekaasujen muodostumiseen sekä ravinteiden säilymiseen lannassa ja sen myötä päätymisessä takaisin luontoon ja kasvien käyttöön.
In experimental part three simulated conditions were used: summer storage, windy conditions, and a condition representing winter storage. In winter and summer storage conditions (+4 ±0.3 ºC and +21.5 ±1.4 ºC), a gas collection experiment was conducted, and the generated gas was analysed. A series of blowing tests were performed to represent windy conditions and the volatilized ammonia was captured in a citric acid solution.
Three replicate samples were taken for each condition and measurement point. The measurement points were at two and four months. The chicken manure used was fresh Finnish manure from laying hens directly from the chicken house. For each sample, dry matter content, organic matter content, total carbon, and total nitrogen were analysed.
In cold-stored manure, carbon losses were up to 24.8 % (w/w) and nitrogen losses were up to 41.2 % (w/w) during the experiment. At room temperature, carbon losses were up to 25.1 % (w/w) and nitrogen losses were up to 65.3 % (w/w) over four months. In windy conditions at room temperature, the manure dried quickly, and carbon losses were 41.4 % (w/w) and nitrogen losses were 55.7 % (w/w). Storage conditions have a clear effect on nitrogen loss, i.e., the formation of nitrogen dioxide and ammonia. The most nitrogen was volatilized in the test series carried out at room temperature. The most carbon was lost when the manure dried in windy conditions.
In the blowing test series, nitrogen was volatilized by an average of 60.4 % (w/w), of which ammonium nitrogen was 86.7 % (w/w) of the total nitrogen loss. The freshness of the manure had a direct effect on the amount of ammonium nitrogen concentration in the total nitrogen loss, the fresher the manure, the more of the lost nitrogen was ammonium nitrogen.
Optimizing the chicken manure management chain has a significant impact on greenhouse gas emissions and nutrient retention in manure, and consequently on its return to nature and plant use.
This study highlights the importance of proper manure storage conditions and management practices to minimize nutrient losses and environmental impact. The findings can be used to develop more sustainable manure management strategies for the chicken industry.
Kokeellisessa osassa simuloitavia olosuhteita oli kolme; kesävarastointi, tuuliset olosuhteet sekä talvikauden varastointia kuvaava olosuhde. Talvi ja kesävarastoinnin olosuhteissa (+4 ±0.3 ºC and +21.5 ±1.4 ºC) tehtiin kaasunkeräyskoe, muodostunut kaasu analysoitiin. Lisäksi toteutettiin puhalluskoesarja kuvaamaan tuulisia olosuhteita ja haihtunut ammoniakki otettiin talteen sitruunahappoliuokseen.
Kokeissa otettiin kolme rinnakkaista näytettä jokaista olosuhdetta ja mittauspistettä kohti. Mittauspisteet olivat kahden ja neljän kuukauden kohdilla. Käytetty kananlanta oli tuoretta suomalaista munivien kanojen lantaa suoraan kanalasta. Jokaisesta näytteestä analysoitiin kuiva-ainepitoisuus, orgaanisen aineen määrä, kokonaishiili ja kokonaistyppi.
Kylmässä säilytetystä lannasta hävisi kokeen aikana keskimäärin enimmillään hiiltä 24,8 massaprosenttina (m-%) ja typpeä 41,2 m-%. Huoneenlämpötilassa hiiltä hävisi keskimäärin enimmillään neljän kuukauden aikana 25,1 m-% ja typpeä 65,3 m-%. Tuulisissa olosuhteissa huoneenlämpötilassa lanta kuivui nopeasti ja hiiltä hävisi 41,4 m-% ja typpeä 55,7 m-%. Varastointiolosuhteilla on selvä vaikutus erityisesti typen häviöön, eli typpidioksidin ja ammoniakin muodostumiseen. Eniten typpeä haihtui huoneenlämpötilassa toteutetuissa koesarjoissa. Hiiltä hävisi eniten lannan kuivuessa tuulisissa olosuhteissa.
Puhalluskoesarjassa typpeä haihtui keskimäärin 60,4 m-%, josta ammonium-typpeä oli 86,7 m-% kokonaistypen häviöstä. Lannan tuoreudella oli suora vaikutus ammonium-typpipitoisuuden määrään kokonaistyppihäviöstä, mitä tuoreempaa lanta oli, suurempi osuus hävinneestä typestä oli ammonium-typpeä.
Kananlannan hallintaketjun optimoinnilla on merkittävä vaikutus kasvihuonekaasujen muodostumiseen sekä ravinteiden säilymiseen lannassa ja sen myötä päätymisessä takaisin luontoon ja kasvien käyttöön.