Aplinkai nekenkiančios bioaktyviosios trąšos turi būti praturtintos augalų augimą ar maisto medžiagų pasisavinimą skatinančių medžiagų. Vienos iš tokių medžiagų galėtų būti mikrodumbliai.

Sudėtinėse biriosiose trąšose dažniausiai yra visų pagrindinių elementų, reikalingų augalams, t. y. azoto, fosforo ir kalio bei mikroelementų. Apie 30–40 proc. trąšų prarandama dėl dirvos struktūros, meteorologinių ir klimato sąlygų. Iš dirvos išplaunamos trąšos teršia aplinką, sukelia nemažai ekologinių problemų.

Didžiausią problemą iš trąšose esančių medžiagų sudaro azotas, nes nemaži jo kiekiai dėl greito koncentruotų azoto trąšų tirpimo ir nesubalansuoto naudojimo patenka į gruntinius vandenis. Ši problema įvardijama kaip vienas svarbesnių ES žaliojo kurso veiksmų plano uždavinių, todėl ieškoma būdų, kaip sukurti koncentruotas, efektyvias, bet kartu minimaliai kenksmingas trąšas. Tokios trąšos galėtų būti gaminamos naudojant mikrodumblius. Jų biomasei kaupti reikia, kad azoto ir fosforo junginiai būtų gaunami auginimo terpės ruošimui naudojant kituose procesuose susidarančias atliekas. Nuotekose ar atliekose auginamų mikrodumblių biomasę naudoti maistui ar kosmetikai neleidžiama, todėl tokioje terpėje užaugintus dumblius būtų tikslinga panaudoti bioaktyviosioms trąšoms gaminti.

Taip galima išspręsti du aktualius klausimus – sumažinti atliekų kiekį ir pagaminti naujos kartos koncentruotas ir ne tokias kenksmingas trąšas. Gryna mikrodumblių biomasė pasižymi lėtu, atitinkančiu augalų poreikius azoto, fosforo ir kalio atpalaidavimu.

Mikrodumbliai patrauklūs ir tuo, kad jiems auginti nereikia žemės ūkio paskirties plotų, be azoto ir fosforo junginių, naudoja anglies dvideginį, o jų antrinis panaudojimas leidžia sukurti uždarą ciklą.

Esant šviesos šaltiniui, dumbliai fotosintezės metu naudoja neorganinę anglį (fiksuoja anglies dioksidą) savo ląstelių gamybai. Anglies dioksidas šiuo atveju biomasės produkcijos procese vaidina itin svarbų vaidmenį, kadangi didžiausią mikrodumblių ląstelių dalį (45–50 proc. sausosios masės) sudaro anglis. Dumblių gebėjimas konvertuoti anglies dioksidą į biomasę prisideda prie klimato atšilimo mažinimo.

Atliekų panaudojimas mikrodumbliams auginti

VDU Žemės ūkio akademijos Aplinkos instituto Aplinkos technologijos cheminių ir biocheminių tyrimų laboratorijoje atlikti mikrodumblių Chlorella sp. auginimo tyrimai. Tai žaliadumbliai, kurie priklauso chlorelinių šeimai, chlorelės genčiai, o pasirinkti dėl to, kad yra plačiai paplitę mūsų šalies vandens telkiniuose.

Mikrodumbliai buvo auginami miksotrofinėmis sąlygomis, auginimo terpėje esant organinės ir neorganinės kilmės maisto medžiagų. Siekiant sumažinti savikainą, atlikti tyrimai mitybinėje terpėje esantį azotą pakeičiant pigesniais šaltiniais negu natrio nitratas, didesnį dėmesį skiriant tinkamų atliekų panaudojimui. Tam naudotas sąvartyno filtratas, biodujų gamybos atlieka – skystoji frakcija po biodujų gamybos iš nuotekų dumblo ir skystoji frakcija po biodujų gamybos iš spirito žlaugtų.

Skystosiose atliekose analizuotas azoto kiekis ir į mitybinę terpę buvo įmaišytas toks atliekų kiekis, kad naudojant atliekines žaliavas, kaip azoto šaltinį, mitybinėje terpėje būtų nuo 0,1 g/l iki 0,15 g/l. Be to, minėtose atliekose yra fosforo junginių, kurie taip pat reikalingi mikrodumblių biomasei kaupti.

Kaip papildomas organinės anglies šaltinis į mitybinę terpę buvo įterpiamas techninis glicerolis, susidarantis kaip šalutinis biodyzelino gamybos produktas.Atsižvelgiant į tai, kad mikrodumbliai biomasės kaupimui kaip anglies šaltinį naudoja anglies dvideginį, atlikti tyrimai į mikrodumblių auginimo talpas tiekiant dujas, kurių sudėtyje buvo azoto ir CO₂.

Atlikus tyrimus nustatyta, kad mikrodumblių Chlorella sp. auginimo terpėje esantis neorganinio azoto šaltinis gali būti pakeistas skystomis atliekomis, susidarančiomis biodujų gamyboje iš spirito žlaugtų ar nuotekų dumblo bei sąvartynuose. Didžiausia mikrodumblių biomasės išeiga gaunama mitybinėje terpėje esant 0,08 g/l azoto, gauto iš sąvartyno filtrato.

Techninis glicerolis pagreitina mikrodumblių biomasės kaupimo procesą ir padidina jos išeigą iki 20,6 proc., kai jo koncentracija mitybinėje terpėje 6 g/l. Auginant mikrodumblius miksotrofinėje auginimo terpėje esant skystųjų atliekų ir techninio glicerolio, optimali anglies dvideginio koncentracija yra 30 procentų.

Biomasės cheminės analizės rezultatai

KTU Cheminės technologijos fakulteto Fizikinės ir neorganinės chemijos katedros Trąšų technologijos laboratorijoje buvo kuriamos bioaktyviosios koncentruotos azoto trąšos su mikrodumblių priedu. Atsižvelgiant į tai, kad dažniausiai trąšoms naudojama sausa mikrodumblių biomasė, kuriai išdžiovinti reikia didelių energijos sąnaudų, tyrimuose buvo naudojama papildomai neapdorota dumblių biomasės suspensija.

Naudojant drėgną mikrodumblių biomasę (suspensiją) kaip žaliavą trąšoms gaminti, siekta išvengti energijos sąnaudų juos džiovinant, ir kartu sutaupyti tam tikrą vandens kiekį pačiame trąšų granuliavimo procese.

Nustačius drėgmės kiekį įvairiuose mikrodumblių suspensijos bandiniuose, konstatuota, kad, nepriklausomai nuo biomasės auginimo ir atskyrimo būdo, drėgmės kiekis suspensijoje didelis (83,84–84,58 proc.) ir skiriasi mažai, todėl žaliavų mišiniai granuliavimui papildomai nebuvo drėkinami.

Atlikus cheminės sudėties analizę nustatyta, kad sausojoje skirtingai augintoje mikrodumblių biomasėje yra labai mažos vandenyje tirpių (vadinasi, lengvai pasisavinamų) pagrindinių augalų maisto medžiagų (0,3 proc. azoto, 0,1–0,5 proc. fosforo ir 0,4 proc. kalio) koncentracijos, o bandinius skaidant sieros rūgštimi, nustatytos daug didesnės azoto ir fosforo koncentracijos (3,5–5,4 proc. azoto, 1,2– 2,1 proc. fosforo ir 0,3–0,5 proc. kalio).

Sausus dumblius suskaidžius druskos rūgštimi, nustatytos pakankamai didelės antrinių augalų maisto medžiagų – kalcio (6,4–13,4 proc.) ir magnio (4,9–5,2 proc.) koncentracijos. Taigi, sausojoje mikrodumblių biomasėje yra mažai pagrindinių, tačiau daug antrinių (iš jų ryškiai išsiskiria kalcis) mineralinėse rūgštyse tirpių maisto medžiagų.

Buvo nustatytos ir mikroelementų koncentracijos mikrodumblių suspensijoje, kurios buvo gerokai didesnės dumblius suskaidžius sieros rūgštimi. Didžiausia buvo geležies koncentracija (0,19 ir 0,26 proc.), o cinko, mangano ir vario koncentracijos daug mažesnės (0,013–0,038 proc.).

Bandiniuose nustatyta labai nedidelė švino koncentracija (0,001–0,0018 proc.), o chromo ir nikelio kiekiai tokie maži, kad nesiekia prietaiso aptikimo ribos. Tikėtina, kad pagrindinių ir antrinių maisto medžiagų, taip pat ir mikroelementų, koncentracija mikrodumblių biomasėje labiausiai priklauso nuo auginimo terpės sudėties.

Apibendrinant 60 °C temperatūroje išdžiovintų dumblių biomasės cheminės analizės rezultatus, konstatuota, kad juose yra mineralinėse rūgštyse tirpių pagrindinių ir antrinių maisto medžiagų bei mikroelementų ir nėra sunkiųjų metalų, todėl mikrodumblių biomasės suspensija gali būti naudojama kaip žaliava bioaktyviosioms trąšoms gaminti.

Taip pat buvo atlikti mikrodumblių biomasės suspensijos instrumentinės analizės tyrimai. Rentgenostruktūrinės analizės rezultatai leidžia teigti, kad mikrodumblių biomasės struktūra yra amorfinės medžiagos. Infraraudonųjų spindulių spektrometrinių tyrimų metu registruotos ir identifikuotos absorbcinės juostos patvirtina cheminės analizės rezultatus. Pagal terminės analizės rezultatus galima daryti išvadą, kad pradinės žaliavos yra stabilios iki 100 °C temperatūros, todėl trąšas granuliuojant ir džiovinant reikia palaikyti tinkamą temperatūros režimą.

Kaip sekėsi gaminti trąšas su priedais

Kaip pagrindinis trąšų komponentas buvo naudotas karbamidas. Tai didelės koncentracijos (apie 46 proc. N) populiarios azoto trąšos, kurias naudojant žemės ūkyje patiriami palyginti dideli azoto nuostoliai. Buvo siekiama įvertinti galimybę, kad mikrodumblių priedas turėtų sumažinti azoto nuostolius ir taip padidintų maisto medžiagų pasisavinimo efektyvumą.

Granuliuojant karbamidą su įvairiu mikrodumblių biomasės suspensijos priedo kiekiu geriausi rezultatai gauti, kai buvo dedama 13,8; 14,5 ir 15,3 proc. dumblių suspensijos, tačiau didžiausias prekinės frakcijos kiekis sudarė tik 39–46 proc. Todėl toliau buvo tiriamos galimybės į esamą žaliavų mišinį įdėti kitos bioaktyvios jungiančiosios medžiagos – melasos.

Į žaliavas buvo dedamas skirtingas melasos kiekis, o kitos granuliavimo sąlygos išlaikytos tokios pačios. Nustatyta, kad geriausiomis savybėmis (didžiausiu prekinės frakcijos kiekiu ir didžiausiu statiniu stipriu) pasižymėjo trąšos, kuriose, esant skirtingam mikrodumblių biomasės suspensijos kiekiui, buvo įdėta 2 proc. melasos. Granuliuojant bandinius, kuriuose yra įvairūs priedų kiekiai, matyti bendra tendencija, t. y. nepakankamas prekinės frakcijos kiekis, todėl tęsiant eksperimentą buvo atlikti returo įtakos produkto kokybei tyrimai. Granuliuoti žaliavų mišiniai, į kuriuos pridėta 20 proc. returo (mažesnio nei 1 mm skersmens dalelių, kurios atlieka granulių formavimo centrų funkciją).

Granuliuojant bandinius su returu, melasos priedas buvo labai efektyvus, nes stipriai padidėjo stambesnių frakcijų išeiga, tačiau prekinės frakcijos kiekis nepadidėjo. Geriausia prekinės frakcijos išeiga (apie 48,5 proc.) gaunama, kai į sausų žaliavų mišinį, kuriame yra 20 proc. returo, pridedama 14,5 proc. mikrodumblių biomasės ir 2 proc. melasos. Šių trąšų granulių stipris 16,05–18,66 N/gran., o drėgmė nesiekia 1 procento.

Norint įvertinti tokių trąšų poveikį dirvožemiui, buvo nustatyta amonifikuojančių ir azotą asimiliuojančių bakterijų koncentracija. Gauti rezultatai leidžia teigti, kad bioaktyvių priedų (mikrodumblių ir melasos) praturtintų azoto trąšų naudojimas padidina dirvožemio derlingumui svarbių amonifikuojančių ir azotą asimiliuojančių bakterijų koncentracijas.

Apibendrinant atliktus tyrimus, galima teigti, kad karbamidas su mikrodumblių biomasės ir melasos priedu daro teigiamą įtaką dirvožemiui, o tai lemia mažesnius azoto nuostolius ir efektyvesnį trąšų poveikį.