Benefits of Biochar and its Applications for Runoff Water Management : Literature Review and Laboratory Report

Abstract

The use of bio-filter applications has potential in reducing the nutrient load carried into receiving waters by agricultural runoff water, which is the biggest cause of surface water quality problems in Finland. The combined nutrient removal performance of biochar, sphagnum moss and woodchips were assessed in an 11-day column study using synthetic wastewater as the influent. The measured parameters included total phosphorous, phosphates, total nitrogen, total organic carbon, conductivity and the pH value. The performance of the filter columns was satisfactory, apart from poor removal efficiency of phosphates and total phosphorous. This thesis consists of a literature review and a laboratory report. In the literature review, biochar is briefly discussed from several perspectives, with the emphasis being on its nutrient retention capacity. The discussion on the laboratory results is based on the literature review. This thesis work was carried out with guidance from Willow Partners, a Finnish company with expertise on the use of willow biochar for soil amendment and water treatment purposes.

I Finland uppmärksammas eutrofiering av ytvatten i ökande utsträckning. Eutrofieringen beror särskilt på kväve och fosfor som transporteras till vattnet framförallt på grund av jordbruk. Forskning kring biokol har ökat de senaste tio åren, och det verkar som om biokol kan fungera effektivt i vattenrening och återvinning av näringsämnen. Biokol undersöktes i laboratoriet tillsammans med mossa och träflis. I experimenten filtrerades konstgjort avloppsvatten och inskning av total fosfor, fosfater, totala kväve och totalt organisk kol mättes. Även förändringar i elektrisk ledningsförmåga och pH-värde registrerades. Med undantag av totala fosfor och fosfater, filtrerade materialet väl näringsämnena. Slutarbetet gjordes i samarbete Med Pajupojat Oy, som erbjöd filtermaterial och råd med teoridelen.

Kaupunkien hulevesien, sekä maatalouden valumavesien aiheuttamat ongelmat Suomen pintavesissä saavat yhä enemmän huomiota. Saaristomeren, sekä pienten järvien suurin ongelma on rehevöityminen, jota aiheuttaa valumavesien mukanaan tuomat fosfori ja typpi. Tutkimus biohiilen käytöstä maanparannusaineena ja aktiivihiilen korvikkeena vedenpuhdistuksessa on lisääntynyt kuluneen kymmenen vuoden aikana. Tätä lopputyötä varten tutkittiin biohiilen, rahkasammaleen sekä puuhakkeen ravinteidenpidätyskykyä 11 päivää kestäneessä laboratoriokokeessa. Näiden materiaalien kykyä pidättää fosfaatteja, kokonaisfosforia, kokonaistyppeä, sekä kokonaishiiltä mitattiin, sekä kirjattiin ylös myös muutokset pH-arvossa sekä sähkönjohtavuudessa. Fosforia ja fosfaatteja lukuun ottamatta materiaalien pidätyskyky oli tyydyttävä tai hyvä. Pajupojat Oy avusti tämän lopputyön tekemisessä, tarjoamalla sekä suodinmateriaalit, että ohjausta teoriaosuuden kirjoittamisessa ja laboratoriokokeiden suunnittelussa.