Obrana doktorskog rada :: Jona Šurić, mag. ing. agr.

Application Waste Water Sewage Sludge via Production of the Energy crop Virginia Mallow
(Sida hermaphrodita L.)

13.3.2026. u 10:00 sati, Velika vijećnica Sveučilišta u Zagrebu Agronomskog fakulteta (VI. paviljon)

Mentori doktorskog rada:

• prof. dr. sc. Neven Voća, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet
• izv. prof. dr. sc. Tomislav Karažija, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet

Povjerenstvo za obranu doktorskog rada:

• prof. dr. sc. Josip Leto, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet
• prof. dr. sc. Milan Poljak, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet
• izv. prof. dr. sc. Dajana Kučić Grgić, Sveučilište u Zagrebu Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Sažetak doktorskog rada:
Mulj iz uređaja za pročišćavanje otpadnih voda (UPOV) predstavlja neizbježan nusprodukt obrade otpadnih voda te istodobno izazov i potencijalnu priliku u kontekstu održivog gospodarenja resursima. Iako se često percipira kao izvor onečišćujućih tvari, uključujući teške metale i mikro onečišćivače, znanstvena istraživanja potvrđuju da mulj sadrži značajne količine organske tvari i esencijalnih hraniva poput dušika i fosfora. Njegova poljoprivredna primjena predstavlja primjer provedbe načela kružnog gospodarstva, budući da omogućuje zatvaranje ciklusa hranjivih tvari povratom u tlo i smanjenjem potrebe za mineralnim gnojivima. U ovom istraživanju analiziran je utjecaj četiri različite doze mulja iz UPOV-a (0, 1,66, 3,32 i 6,64 t ha⁻¹ suhe tvari) na prinos, energetski sastav i potencijal iskoristivosti biomase virdžinijskog sljeza (Sida hermaphrodita L.), višegodišnje energetske kulture pogodne za uzgoj na marginalnim tlima. Posebna pažnja posvećena je promjenama u kemijskom sastavu tla, s naglaskom na sadržaj biogenih elemenata i potencijalnu akumulaciju teških metala. Istraživanje je provedeno u dva različita roka žetve kako bi se utvrdio optimalan kompromis između prinosa biomase i njezinih energetskih svojstava. Rezultati su pokazali da primjena mulja iz UPOV-a nije rezultirala statistički značajnim razlikama u prinosu biomase u odnosu na kontrolni tretman, iako je uočen blagi trend povećanja prinosa kod srednjih i viših doza. Također, zabilježeno je povećanje ukupnog dušika u tlu u tretmanima s muljem, no te razlike nisu bile statistički značajne u odnosu na kontrolu. S druge strane rezultati koncentracije P₂O₅ i K₂O u tretmanima iznosili su u prosjeku 24,01 i 12,5 mg 100 g⁻¹, a u kontroli 25,83 i 13,5 mg 100 g⁻¹ što su nešto niže vrijednosti. Koncentracije pojedinih teških metala (Zn, Mn, Fe) u tlu nisu rezultirale statistički značajnim razlikama, bez obzira što su kod Cu, Ni i Mo utvrđene niže koncentracije u tretmanima u odnosu na netretirano tlo. Koncentracija žive (Hg) ostala je nepromijenjena bez obzira na količinu primijenjenog mulja iz UPOV-a. Analiza energetskih svojstava pokazala je da kasniji, proljetni rok žetve rezultira nižim udjelom vlage i pepela što su povoljnije karakteristike biomase za izravno izgaranje, dok ranija žetva omogućuje veći ukupni prinos. Time je potvrđeno postojanje kompromisa između kvantitete i kvalitete biomase, pri čemu optimalan rok žetve ovisi o namjeni biomase i primijenjenoj tehnologiji konverzije. Dobiveni rezultati potvrđuju da kontrolirana primjena mulja iz UPOV-a može predstavljati održivu agrotehničku mjeru u proizvodnji energetske biomase, uz očuvanje kvalitete tla i poštivanje okolišnih standarda, čime se doprinosi razvoju kružnog gospodarstva i učinkovitijem gospodarenju resursima.
Ključne riječi: mulj, prinos, energetski sastav, kvaliteta tla, virdžinijski sljez

Abstract:
Sewage sludge from wastewater treatment plants (WWTP) represents an unavoidable by product of wastewater treatment and simultaneously a challenge and a potential opportunity in the context of sustainable resource management. Although it is often perceived as a source of contaminants, including heavy metals and micropollutants, scientific research confirms that sewage sludge contains significant amounts of organic matter and essential nutrients such as nitrogen and phosphorus. Its agricultural application represents an example of circular economy principles, as it enables the closure of nutrient cycles through their return to soil and reduces the need for mineral fertilizers. This study investigated the effects of four different application rates of WWTP sludge (0, 1.66, 3.32, and 6.64 t ha⁻¹ dry matter) on biomass yield, energy composition, and the utilization potential of Virginia Mallow (Sida hermaphrodita L.), a perennial energy crop suitable for cultivation on marginal soils. Special attention was given to changes in soil chemical properties, with emphasis on the content of biogenic elements and the potential accumulation of heavy metals. The research was conducted at two different harvest times in order to determine the optimal trade-off between biomass yield and its energy properties. The results showed that the application of WWTP sludge did not result in statistically significant differences in biomass yield compared to the control treatment, although a slight increasing trend was observed at medium and higher application rates. An increase in total soil nitrogen was recorded in sludge treated plots; however, these differences were not statistically significant relative to the control. The concentrations of P₂O₅ and K₂O in the treated plots averaged 24.01 and 12.5 mg 100 g⁻¹, respectively, compared to 25.83 and 13.5 mg 100 g⁻¹ in the control, indicating slightly lower values in the treatments. Concentrations of certain heavy metals (Zn, Mn, Fe) did not show statistically significant differences, while lower concentrations of Cu, Ni, and Mo were observed in treated soils compared to untreated soil. Mercury (Hg) concentrations remained unchanged regardless of the applied sludge rate. Analysis of energy related properties demonstrated that the later, spring harvest resulted in lower moisture and ash contents, which represent more favorable characteristics for direct combustion, whereas the earlier harvest provided a higher total biomass yield. These findings confirm the existence of a trade off between biomass quantity and quality, with the optimal harvest time depending on the intended biomass use and the applied conversion technology. The obtained results indicate that the controlled application of WWTP sludge may represent a sustainable agronomic practice in energy biomass production, while maintaining soil quality and complying with environmental standards, thereby contributing to the development of a circular economy and more efficient resource management.
Keywords: sewage sludge, biomass yield, energy properties, soil health, Virginia Mallow