Elutionsverhalten von Biokohlesubstraten (BKS) und Boden ... · PDF fileSowohl bei den Biokohlesubstraten als auch bei den Boden/BKS -Mischungen zeigt sich der Einfluss der Biokohle

Workshop Biochar goes practice 2014, 09./10. Dezember 2014, BerlinRen Schatten09.12.2014
1
Elutionsverhalten von Biokohlesubstraten (BKS) und
Boden/BKS-Mischungen
Ren Schatten, Robert Wagner, Christian Krger, Bojtscho Rangelov und Konstantin Terytze
Freie Universitt Berlin, FB Geowissenschaften, AG Geokologie
Research forinnovationclim
ateprotection
sustainability
WORKSHOP Biochar goes practice 201409.-10. Dezember 2014 in Berlin

2
Research forinnovationclim
ateprotection
sustainability
WORKSHOP Biochar goes practice 201409.-10. Dezember 2014 in Berlin
Inhaltsverzeichnis
1) Einfhrung2) Material & Methoden3) Elutionsverhalten (Biokohle)substrate4) Elutionsverhalten Boden/BKS-Mischungen5) Wirkung der Biokohle6) Neues aus der Normung7) Zusammenfassung & Ausblick

3
1) Einfhrung
Es besteht grundstzlich die Gefahr einer Mobilisierung und Auswaschung von Nhr- und Schadstoffen aus hergestellter Biokohle (BK), Biokohlesubstraten (BKS) sowie mit organischen Schadstoffen (PAK, MKW) kontaminierten Bden und Boden/BKS-Mischungen
Relativ wenige Verffentlichungen zur Thematik existent (v.a. Zugabe von Biokohle in Bden; kaum Daten zur Elution von Biokohlesubstrate vorhanden)
Zielstellung: Untersuchung des Freisetzungsverhaltens und die Beurteilung der o.g. Materialien hinsichtlich ihrer Umweltwirkung mithilfe von Leaching-/Elutionsversuchen
Ausgewaschene Nhrstoffe stehen der Pflanze nicht mehr zur Verfgung
Ausgewaschene Nhr-/Schadstoffe stellen ein Gefhrdungspotenzial fr die Umwelt dar(z.B. Grundwasserverunreinigungen mit Nitrat und organischen/anorg. Schadstoffen)
Beladung der Biokohle mit Nhrstoffen; Sorption von Stickstoff (NH4/NH3; NO3) an Biokohle(Kammann et al., 2011, 2012; Glaser und Kammann, 2013)
Hufig behandelte Forschungsfragen (Literaturauswahl):
Alterung der Biokohle (Oberflchenoxidation, -aktivierung) (Kammann, 2012; Lehmann, 2009)
Reduzierte Auswaschungen von Nitrat, Ammonium und Phosphor (Yao et al., 2012)
Reduzierte Auswaschungen von PAK, Calcium, Magnesium und Phosphor (Major et al., 2012)

4
1) Einfhrung
Que
lle:M
ajor
, J.;
C. S
tein
er; A
. Dow
nie
und
J. L
ehm
ann
(200
9): B
ioch
arE
ffect
s on
Nut
rient
Lea
chin
g; In
: Leh
man
n, J
. und
Jos
eph
S. (
Hrs
g.):
Bio
char
for E
nviro
nmen
tal M
anag
emen
t: S
cien
ce a
nd T
echn
olog
y,
Ear
thsc
anU
K, L
ondo
n, S
. 271
-287
(Vermutete) Effekte von Biokohle auf die Nhrstofffreisetzung:

5
1) Einfhrung
Durchfhrung der Elutionsversuche im Rahmen zweier Forschungsprojekte: TerraBoGa (UEP II; SenStadtUm des Landes Berlin und EFRE) Schlieung von
Kreislufen durch Energie- und Stoffstrommanagement bei Nutzung der Terra-Preta-Technologie im Botanischen Garten im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Klimaschutz Modellprojekt Urban Farming (www.terraboga.de)
LaTerra (Nachhaltiges Landmanagement; BMBF) Nachhaltige Landnutzung durch regionales Energie- und Stoffstrommanagement bei Nutzung der Terra-Preta-Technologie auf militrischen Konversionsflchen und ertragsschwachen Standorten (laterra-forschung.de)
Prfung der Umweltwirkung der (Biokohle)substrate und Bden mittels Elutionsuntersuchungen, Pflanzen- und Biotests

6
2) Material & Methoden
13 (Biokohle)substrate (bislang) Wassergehalt: 15-40 %
pH-Wert: 6,6-7,9
Organische Substanz: 14-42 %
Nhrstoffe und Schwermetalle halten die Richt- bzw. Grenzwerte der BGK* ein
15 Boden/BKS-Mischungen (bislang)(PAK; PAK+BKS; PAK+BK; MKW; MKW+BKS) Wassergehalt: 5-20 %
pH-Wert: 4,9-7,8
Organische Substanz: 2-12 %
PAK-Gehalte: 43-133 mg/kg TS
MKW-Gehalte: 515-2.900 mg/kg TS
*Bundesgtegemeinschaft Kompost e.V.

7
2) Material & Methoden
Schtteltest W/F 2:1 DIN 19527: 2012-08 (org. Stoffe)
DIN 19529: 2009-01 (anorg. Stoffe)
24h-berkopfschtteln( hoher mechanischer Abrieb)
Zentrifugation d. Eluate bei 4000g: 159min. Bden & 90min. Substrate
Sulentest div. W/F (0,3:1; 1:1; 2:1; 4:1)
DIN 19528: 2009-01 (org.+anorg. Stoffe)
Perkolation im Aufwrtsstrom( Vermeidung prferenzielle Fliewege)
Zentrifugation der Eluate bei 4000g: 30min. Bden & 15min. Substrate
Erhebung von Eluatvolumen, Trbung, pH-Wert, elektrische Leitfhigkeit, Farbe und Geruch sowie Nhrstoffe, PAK, MKW, Schwermetalle und Kohlenstoff (TC/TIC/TOC)

8
3) Elutionsverhalten (Biokohle)kompost
0 2 4 61
10
100
1000
10000
W/F [L/kg TS]
Nitr
at (N
O3-
) [m
g/L]
NO3--Konzentration im Eluat
GA2 IR0%
GA2 IR15%
GA2 F0%
GA2 F15%
0 2 4 60
5
10
15
20
25
30
35
W/F [L/kg TS]Ph
osph
or (P
) [m
g/L]
P-Konzentration im EluatGA2 IR0%
GA2 IR15%
GA2 F0%
GA2 F15%
0 2 4 60
200
400
600
800
1000
1200
1400
W/F [L/kg TS]
Kaliu
m (K
) [m
g/L]
K-Konzentration im Eluat
GA2 IR0%
GA2 IR15%
GA2 F0%
GA2 F15%
0 2 4 60
100
200
300
400
500
600
W/F [L/kg TS]
Calc
ium
(Ca)
[mg/
L]
Ca-Konzentration im Eluat
GA2 IR0%
GA2 IR15%
GA2 F0%
GA2 F15%
0 2 4 60
20
40
60
80
100
120
140
W/F [L/kg TS]
Mag
nesi
um (M
g) [m
g/L]
Mg-Konzentration im Eluat
GA2 IR0%
GA2 IR15%
GA2 F0%
GA2 F15%
0 2 4 60
102030405060708090
100
W/F [L/kg TS]
Schw
efel
(S) [
mg/
L]
S-Konzentration im Eluat
GA2 IR0%
GA2 IR15%
GA2 F0%
GA2 F15%

9
3) Elutionsverhalten (Biokohle)kompost
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
NO3 P K Mg Ca S
mg/
kg T
S ku
mul
iert
GA8 oBK
GA8 mBK
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Ca K Mg P S NO3-
mg/
kg T
S ku
mul
iert
GA2 IR oBK
GA2 IR mBK
GA2 F oBK
GA2 F mBK
Kumulierte freigesetzte Nhrstoffgehalte
Freisetzungen der o.g. Makronhrstoffe und der Mikronhrstoffe (Mangan, Kupfer, Molybdn) i.d.R. gut mit den wenigen Literaturangaben vergleichbar
Co-kompostierte Biokohle fhrt i.d.R. zu einer reduzierten Freisetzung von NO3-, P, Mg, Ca, S (teilw. erhhte Freisetzung von K, da Biokohle selbst einen hohen K-Gehalt aufweist)

10
eluierbare Anteile liegen alle unter 0,2 % (!) vom PAK-Gesamtgehalt, trotz hoher Eluat-Konzentrationen (>0,2g/L)
keine Verschiebung der PAK-Einzelverbindungen erkennbar
zeitlich verzgerte Wirkung der BKS und BK erkennbar
lsungsvermittelnde Eigenschaften des TOC/DOC sowie trbungsabhngige kolloidale Austrge erhhen die Freisetzung
4) Elutionsverhalten Boden/BKS-Mischungen
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
PAK PAK+ 50Vol-% BKS PAK + 15Vol-% BK
Ante
il vo
m P
AK-G
esam
tgeh
alt [
%] Frhjahr 2012
Herbst 2012
Herbst 2013
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4
Trb
ung
[FN
U]
W/F [L/kg TS]
Trbung nach ZentrifugationPAK
PAK+BKS
PAK+BK
0 1 2 3 40
102030405060708090
100
W/F [L/kg TS]TO
C [m
g/l]
TOCPAK
PAK+BKS
PAK+BK
Prozentuale Freisetzung vom PAK-Gesamtgehalt

11
5) Wirkung der Biokohle
Prozentuale Abweichung vom Substrat ohne Biokohle
0-10-20 +10 +20 +30 +40
Reduzierung der Nhrstofffreisetzung in % (Angabe d. Spannweiten; n=4-6)Biokohlesubstrate (BKS) Botanischer Garten Berlin-Dahlem
Nitrat
+50
Phosphor
KaliumBKS frisch
BKS gelagert
BKS frisch
BKS gelagert
BKS frisch
BKS gelagert
Schttelversuch
Sulenversuch

12
5) Wirkung der Biokohle
0-20-40 +20 +40 +60 +80
Reduzierung der Schadst

Documents

Elutionsverhalten von Biokohlesubstraten (BKS) und Boden ... · PDF fileSowohl bei den Biokohlesubstraten als auch bei den Boden/BKS -Mischungen zeigt sich der Einfluss der Biokohle