Undersøgelse af luftrensning baseret på membranteknologi

BIOSCENT Technology ApS blev etableret i 2002 med det formål at videreudvikle membranløsninger til rensning af staldluft og gylle fra landbrug. Dansk Svineproduktion har i samarbejde med BIOSCENT Technology ApS gennemført en undersøgelse af et modelanlæg til rensning af staldluft. Formålet med undersøgelsen var, dels at undersøge om anlægget kunne reducere ammoniak og lugtkoncentrationen i luften fra en slagtesvinestald, og dels at undersøge om anlægget kunne fungere kontinuerligt over en længere periode.

Modelanlægget blev undersøgt i tilknytning til en slagtesvinestald med 380 stipladser. Stalden var indrettet med fuldspaltegulv og tørfodring ad libitum.

Undersøgelsen blev gennemført fra september 2005 til november 2005 og var opdelt i to dele. Den første del bestod af én indledende måledag, hvor der blev udtaget luftprøver. Den anden del bestod af en periode på seks uger, hvor anlægget fungerede kontinuerligt. I den anden del af undersøgelsen blev der udtaget luftprøver på to måledage, henholdsvis i midten og ved slutningen af den seks ugers periode.

Anlægget var udformet, så det rensede en del af luften fra den ene af de fire udsugningsenheder i stalden. I den første del af undersøgelsen var luftflowet gennem anlægget ca. 45 m³/time og i den anden del ca. 95 m³/time. Rørføringen mellem udsugningsenheden og anlægget bestod af et 200 mm uisoleret stålrør. Ved udsugningen var der monteret en tragt, som opfangede og sendte luften gennem anlægget, se appendiks 1.

Luften fra stalden blev sendt gennem et bundt parallelt liggende membranrør med en længde på 1 m og en indvendig diameter på 1,8 – 2,0 mm. Membranrørene var samlet i et stort metalrør, og omkring membranrørene blev der ledt en væske. Der var således ikke kontakt mellem luft og væske. Membranrørene fungerede ved, at gasser kunne passere over membranerne fra luft til væske. Der var indsat to moduler i forlængelse af hinanden, hvor det første var med syre (H₂SO₄) og det andet med base (NaOH). I den anden del af undersøgelsen blev der foretaget dagligt tilsyn, hvor blandt andet pH-værdien i syre- og basemodulet blev justeret manuelt. Det blev tilstræbt at holde en pH-værdi på ca. 2 i syremodulet og ca. 11 i basemodulet.

Der blev udtaget luftprøver fra anlægget på tre måledage. Ved hver af de tre måledage blev der udtaget samtidige luftprøver fra luftstrømmen før og efter modelanlægget på tre tidspunkter mellem kl. 10.30 og 14.00. I alt blev der udtaget 9 luftprøver før og efter anlægget.

Luftprøverne blev opsamlet i 30 liter Tedlar^® poser og kørt til lugtlaboratoriet på Slagteriernes Forskningsinstituts, Roskilde til lugtanalyse den efterfølgende dag, se appendiks 2. Opsamlingen af luftprøverne og bestemmelse af lugtkoncentrationen (OU_E/m³) ved olfaktometri blev gjort i henhold til Dansk Standard [1]. I standarden stilles der ingen krav om, hvor hurtigt luftprøverne skal opsamles, men det blev valgt at fylde poserne med 0,7 liter pr. minut, det vil sige, at poserne blev fyldt i løbet af ca. 40 minutter.

Ved hver af de tre måledage blev der målt ammoniak- og kuldioxidkoncentration (ppm) med sporgasrør i luftstrømmen før og efter anlægget (Kitagawa 105SD og 126SF). Ved de sidste to måledage blev der endvidere målt svovlbrintekoncentration (ppb) i luftstrømmen før og efter anlægget (Jerome 631-XE, Arizona Instrument LLC).

Lugt

I figur 1 ses lugtkoncentrationen for alle lugtprøver. Det ses af figur 1, at lugtkoncentrationen ved alle samtidige udtagninger af luftprøver var lavere efter luften havde passeret anlægget. I gennemsnit blev lugtkoncentrationen reduceret fra 3155 OU_E/m³ (stdafv=1035) til 1479 OU_E/m³ (stdafv=764). Dette svarede til en reduktion i lugtkoncentrationen på ca. 50 pct. Ved andre typer af luftrensere er der kun set en tilsvarende renseeffektivitet ved biologisk luftrensning [2], [3]. Det bør dog bemærkes, at der var forskelle i lugtkoncentrationen mellem måledagene og inden for de enkelte måledage. Dette ses specielt ved måledag 3, hvor der var store forskelle mellem den første og de sidste to udtagninger af luftprøver. Disse forskelle kan skyldes ændringer i ventilationsanlæggets drift, eller den variation der er ved bestemmelse af lugtkoncentrationen. Luftflowet gennem anlægget var lavere ved den første måledag sammenlignet med de sidste to måledage, men der var ikke nogen effekt af dette på renseeffektiviteten.

Ammoniak, kuldioxid og svovlbrinte

Det ses af tabel 1, at ammoniak- og kuldioxidkoncentrationen i staldluften var stigende fra måledag 1 til måledag 3. Dette var et udtryk for, at luftydelsen og dermed udskiftningen af luften i stalden aftog i løbet af undersøgelsen, som følge af aftagende udetemperatur. Ved alle måledage blev ammoniakkoncentrationen reduceret til et niveau tæt på 0 ppm uanset niveauet for ammoniakkoncentrationen før anlægget. Dette var på niveau med resultater set ved luftrensningsanlæg, hvor ventilationsluften vaskes med syre [4]. Svovlbrintekoncentrationen blev ligeledes reduceret til et niveau tæt på 0 ppb, hvilket ikke er målt tidligere ved andre typer af luftrensningsanlæg.

pH-værdi i syre- og basemodulet

I figur 2 ses målingerne af pH-værdien i syre- og basemodulet over den seks ugers periode. I løbet af de seks uger var der to korte perioder, hvor anlægget var stoppet på grund af driftsforstyrrelser. Ved syremodulet var der enkelte dage, hvor pH-værdien steg til ca. 5. Dette skyldtes, at den stærke syre H₂SO₄ var opbrugt og pH-værdien var derfor bestemt af ligevægten mellem HSO₄^- og SO₄^2-. På trods af driftsforstyrrelser og enkelte afvigelser i pH-værdien, så var pH-værdien i gennemsnit 10,6 i basemodulet og 2,2 i syremodulet, hvilket var tæt på det ønskede (hhv. 11 og 2). Undersøgelsen viste imidlertid, at det er nødvendigt med en automatisk regulering af pH-værdien i syre- og basemodulet for at minimere udsvingene i pH-værdien.

Anlægget var i stand til at reducere ammoniak- og svovlbrintekoncentrationen i staldluften til et niveau tæt på 0. I gennemsnit blev lugtkoncentrationen i staldluften reduceret fra 3155 OU_E/m³ (stdafv=1035) til 1479 OU_E/m³ (stdafv=764). Anlægget kunne fungere kontinuerligt over en periode på seks uger, når pH-værdien i syre- og basemodulet dagligt blev justeret manuelt.

Undersøgelsen har vist, at membranteknologi er en potentiel metode til at rense staldluft. For at vurdere metodens anvendelighed og økonomi i praksis har Bioscent Technology ApS igangsat aktiviteter med at udvikle et anlæg, som kan håndtere den samlede luftmængde fra en hel stald. Efterfølgende vil det blive afprøvet om der kan opnås en tilsvarende reduktion i ammoniak, svovlbrinte- og lugtkoncentrationen, som i den nærværende undersøgelse.

Deltagere
Tekniker Thomas Lund Sørensen