Biologisk luftrensning har, i tidligere afprøvninger udført af Dansk Svineproduktion, vist sig at være i stand til at reducere emissioner af ammoniak og lugt fra ventilationsafkast fra stalde [1], [2], [3]. Flere af de hidtil afprøvede luftrensere har dog krævet, at ventilationsluften fra stalden blev samlet, hvilket medførte ekstraomkostninger i forbindelse med etablering af ventilationsanlægget og et øget energiforbrug grundet tryktab over kanalanlæg. Firmaet SKIOLD A/S har derfor en biologisk luftrenser som er indbygget i selve ventilationsafkastet under udvikling. En luftrenser integreret i ventilationsafkastet vil samtidig muliggøre udskiftning af eksisterende afkast med luftrensere, feks. i forbindelse med renovering af eksisterende stalde.

Biologisk rensning af luft fra stalde foregår ved, at luft ledes hen over en overflade med en biofilm bestående af mikroorganismer, som omsætter ammoniak og lugtstoffer. Som oftest er biologiske luftrenseres effektivitet ikke begrænset af mikroorganismernes kapacitet, men af hvor effektivt ammoniak og lugtstoffer kan overføres fra ventilationsluften til biofilmen [4]. SKIOLD A/S angiver, at man ved at tilføre vand til biofilmen på en ny måde i den udviklede luftrenser, kan gøre overførslen af disse stoffer mere effektiv. Det var derfor hypotesen, at der kunne opnås en højere ammoniak- og lugtreduktion end i andre biologiske luftrensere.

Det var erfaringsundersøgelsens formål at dokumentere, i hvor høj grad luftrenseren fra SKIOLD A/S kunne reducere ammoniak- og lugtkoncentrationen i ventilationsluften fra en slagtesvinestald om sommeren. Erfaringsundersøgelsen skulle ligeledes dokumentere vandforbrug, lænset vandmængde, tryktab over luftrenseren samt reduktion af svovlbrintekoncentrationen. Der blev ikke målt energiforbrug, hvorfor det ikke var muligt at opgøre de samlede driftsomkostninger.

Staldindretning

Målingerne blev gennemført i en slagtesvinestald med 340 stipladser. Stierne var indrettet med fuldspaltegulv. Der var restriktiv fodring med fem daglige udfodringer.

Ventilationssystemet i stalden var ligetryksventilation fra SKIOLD-Echberg. Den samlede ventilationskapacitet i stalden var i afprøvningsperioden ca. 30.000 m³/t, svarende til 88 m³/t pr. stiplads. Den ene af to eksisterende udsugningsenheder blev erstattet med en biologisk luftrenser med en integreret ventilator af fabrikatet Stienen. Anlægget var indreguleret således, at den første tredjedel af ventilationsluften blev taget ud gennem den biologiske luftrenser, mens den resterende luft ved højere ventilationsbehov blev ledt urenset ud gennem et supplerende Ø820 afkast. Derudover var der i loftet monteret en nødventilator, som kunne anvendes såfremt de to øvrige ventilatorer ikke kunne holde den ønskede temperatur i stalden ved høje udetemperaturer.

Figur 1: Principskitse af biologisk rørfilter fra SKIOLD A/S. I den pågældende stald var rørfiltret placeret midt i stalden og strakte sig højere over kip. Tegning: Mathias Andersen, AgroTech A/S. Billede nr. 1583

Luftrenser

Den biologiske luftrenser var 4,9 m lang, og indbygget i et Ø820 ventilationsafkast i polypropylen. Filtermaterialet i luftrenseren bestod af sekskantede glasfiberrør, som hver havde et tværsnitareal på 11,2 cm². På toppen af filtret var der placeret siveslanger, som befugtede filtermaterialet. Der var ligeledes installeret en ekstra dyse, som med et højere vandtryk skulle vaske filtret rent, såfremt der satte sig støv i filteret, eller tilføre ekstra vand i tilfælde af øget vandbehov (appendiks: figur 5). Luften blev suget gennem luftrenseren, idet ventilatoren var placeret i toppen af luftrenseren. Luftrenserens samlede længde var 6,4 m, og den var dimensioneret med en ønsket maksimal ydelse på 10-12.000 m³/time. Under luftrenseren var der opsat en drypbakke og en tank, som opsamlede overskudsvandet fra befugtningen. Da staldsektionens tag havde en forholdsvis lille hældning, strakte luftrenseren sig ca. 3 m over kip, (appendiks: figur 3).

Registreringer

Der blev udtaget lugtprøver fra anlægget på fem måledage. Måledagene var fordelt over en 4 ugers periode, fra 20. august til 18. september 2008. Målingerne var fordelt med to målinger først i perioden og tre målinger sidst i perioden, idet der var problemer med udtørring af filtret midt i perioden. På alle måledage blev målingerne foretaget, mens ventilatoren i det biologiske rørfilter kørte på maksimal kapacitet, hvilket ved de tre første måledage skulle give en luftmængde på omkring 12.000 m³/t. Efter tre dages målinger blev ventilationsydelsen nedjusteret af SKIOLD A/S, således at luftrenseren ved maksimal ventilation skulle rense ca. 10.000 m³/t.

På måledagene blev der udtaget samtidige luftprøver fra udsugningsluften før og efter luftrenseren kl. 11 og kl. 12.30. Prøverne fra staldluften blev udtaget lige under indløbet til rørfiltret, mens prøverne af luften efter luftrenseren blev udtaget efter ventilatoren for at sikre en god opblanding af luften. I alt blev der udtaget 10 luftprøver før og 10 prøver efterluftrenseren. Luftprøverne blev opsamlet i 30 liter nalophan poser og kørt til lugtlaboratoriet på Slagteriernes Forskningsinstitut, Roskilde, til lugtanalyse den efterfølgende dag. Opsamlingen af luftprøverne og bestemmelse af lugtkoncentrationen (OU_E/m³) ved olfaktometri blev gjort i henhold til Dansk Standard [5]. Poserne blev fyldt med ca. 1 liter pr. minut, hvorved prøveudtagningen forløb over 30 minutter.

Udetemperatur og staldtemperatur blev målt med en VE 10 temperaturføler fra VengSystem A/S. Ventilationsydelserne i luftrenseren og den supplerende ventilation blev målt med Fancom målevinger. Udetemperaturer og staldtemperaturer samt ventilationsydelse blev opsamlet elektronisk. Desuden blev temperatur og relativ luftfugtighed registreret med TSI VelociCalc 8386-måler i forbindelse med udtagning af luftprøver.

Koncentrationerne af ammoniak, kuldioxid og svovlbrinte blev målt i luftstrømmen før og efter luftrenseren. Ammoniak og kuldioxid blev målt med sporgasrør (Kitagawa 105SD og 126SF), og svovlbrintekoncentrationen blev målt med Jerome 631-XE (Arizona Instrument LLC).

Tryktabet over det biologiske rørfilter blev målt én gang pr. måledag med både væskemanometer samt elektronisk tryktabsmåler (TSI VelociCalc 8386).

Ved hver måledag blev der udtaget en vandprøve fra drypbakken til analyse for pH. Forbrug af rent vand og produktion af lænsevand blev registreret elektronisk via VengSystem og aflæst herfra.

Dyrenes antal blev registreret, og deres vægt vurderet visuelt på alle måledage.

Beregninger og statistik

Ammoniak- og svovlbrintekoncentrationer; logaritmetransformerede lugtkoncentrationer før og efter det biologiske rørfilter samt de procentvise reduktionsgrader blev analyseret i en variansanalyse med proceduren MIXED i SAS under hensyntagen til gentagne målinger per dag.

Målingerne blev foretaget i perioden 20. august til 18. september 2008. Der var mellem 320 og 335 dyr i stalden på måledagene. Grisene voksede i perioden fra ca. 43 til ca. 68 kg.

Reduktioner af ammoniak og lugt

Resultaterne for luftrenserens reduktion af ammoniak, lugt og svovlbrinte fremgår af tabel 1. Der var statistisk sikker forskel på ventilationsluftens koncentration af ammoniak før og efter luftrenseren. Ammoniak blev reduceret fra gennemsnitligt 11,3 ppm til 6,5 ppm, svarende til en gennemsnitlig reduktionsgrad på 44 pct.

Der var ligeledes statistisk sikker forskel på koncentrationen af lugt i luften før og efter luftrenseren. Den gennemsnitlige lugtkoncentration blev reduceret fra 3820 OU_E/m³ til 2980 OU_E/m³ i den rensede luft. Den gennemsnitlige, procentuelle lugtreduktion på 19 pct. blev ikke fundet statistisk sikker, men dog med en tendens (p=0,06). For at påvise en statistisk sikker lugtreduktion i størrelsesordenen 20 pct. kræves et større antal måledage end de fem, der blev foretaget i denne erfaringsundersøgelse.

Der var derimod ikke statistisk sikker forskel på koncentrationerne af svovlbrinte før og efter luftrenseren. Der blev målt forholdsvis høje koncentrationer af svovlbrinte, sammenlignet med målinger fra andre slagtesvinestalde med fuldspaltegulv, hvor der blev målt koncentrationer på 66 til 200 ppb i ventilationsluften [6], [7].

Tabel 1:

Ammoniak-, lugt- og svovlbrintekoncentration før og efter luftrenseren samt den gennemsnitlige procentuelle reduktionsgrad. 95 pct. konfidensinterval er angivet i parentes.

	Ammoniakkoncentration gennemsnit (ppm)	Lugtkoncentration gennemsnit (OUE/m3)	Svovlbrintekoncentration gennemsnit (ppb)
Før luftrenser	11,3 (9,3 – 13,4)	3820 (2470 – 5910)	440 (153 – 727)
Efter luftrenser	6,5 (4,5 – 8,6)	2980 (1930 – 4610)	410 (124 – 697)
Signifikansniveau	P<0,001	P=0,04	N.S.
Gns. Reduktionsgrad (pct.)	44 (18 – 70)	19 (-2 – 39)	-
Signifikansniveau	P<0,01	P=0,06	-

Data for luftmængder gennem luftrenser og supplerende ventilation samt udetemperaturer fremgår af tabel 2 i appendiks. De tre første måledage var ydelsen gennem luftrenseren gennemsnitligt 11.950 m³/t, herefter blev ydelsen nedreguleret af SKIOLD A/S, så der blev renset gennemsnitligt 9.250 m³/t ved maksimum. Den supplerende ventilation var indkoblet på alle måledagene med ydelser, der varierede mellem 810 m³/t og 13.300 m³/t. Der var en højere samlet ventilationsydelse de tre første måledage sammenlignet med de to sidste måledage. Udetemperaturen lå mellem 8,8 og 21,1 grader over døgnet i hele måleperioden, mens den gennemsnitlige udetemperatur lå i intervallet 13,0 til 19,2 grader i de tidsrum, hvor målingerne blev foretaget.

Måledata for ammoniak, lugt og svovlbrinte er angivet i appendiks (figur 7, figur 8 og figur 9). Heraf fremgår det, at både lugt- og svovlbrintekoncentrationerne i stalden var markant højere de sidste to måledage end de første tre måledage, hvilket blandt andet kan tilskrives, at den samlede ventilationsmængde disse dage var lavere end først i perioden.

Reducerede svovlforbindelser, herunder svovlbrinte, menes at bidrage kraftigt til lugtkoncentrationen i ventilationsluft fra svinestalde [8]. De målte, høje svovlbrintekoncentrationer kan derfor have medvirket til et generelt højt lugtniveau i stalden. En lav, eller helt fraværende svovlbrintereduktion i luftrenseren sammenholdt med en målt gennemsnitlig lugtreduktion på 19 pct., indikerer dog, at andre lugtstoffer end svovlbrinte har betydning i den pågældende stald. Luftrenseren har således været i stand til at fjerne andre betydende lugtstoffer end de reducerede svovlforbindelser, og det er muligt, at en forbedret evne til fjernelse af reducerede svovlforbindelser vil øge luftrenserens lugtreduktion.

Forbrug og lænsning af vand

På grund af problemer med luftrenserens vandure er vandforbrug og produktion af lænsevand kun opgjort for perioden 3. september til 18. september. Der blev i denne periode forbrugt 6,1 m³ vand til befugtning af filtret, svarende til 410 liter/dag, mens der i samme periode blev lænset 2,1 m³ vand, svarende til 140 liter/dag. Det betyder, at ca. 65 pct. af det tilførte vand fordampede, mens resten blev ført til gylletank.

Firmaet oplyser dog, at der var problemer med en trykregulator på vandforsyningen, som bevirkede uregelmæssigheder i tilførslen af vand til luftrenseren, hvorfor tallene for dagligt vandforbrug og lænsevandsproduktion dækker over variationer på dagsbasis. Der blev også observeret en tendens til, at filtret udtørrede, særligt langs afkastets sider, hvor der nogle steder kunne ses en tør, støvet overflade på luftkanalerne nederst i filtret (appendiks: figur 6). Vandforbrug og lænsevandsproduktion bør således moniteres over en længere periode med stabil drift for at få fastlagt omkostninger til vand, og produktion af lænsevand til gylletank.

Lænsevandets pH lå mellem 8,0 og 8,2 på alle måledage. Dette er højt for en biologisk luftrenser, der omsætter ammoniak, da den mikrobielle omsætning af ammoniak er en syredannende proces, som vil bevirke en sænkning af pH i filtervandet [9]. Under drift modvirkes denne syredannelse af tilførslen af ammoniak til filtret, idet opløsningen af ammoniak i vand er basedannende, og er der balance mellem tilførsel og omsætning af ammoniak, stabiliseres pH omkring neutral (pH 7). Dette er ligeledes set i andre luftrensningsanlæg med biologisk omsætning af ammoniak, hvor der er målt pH-værdier omkring eller lige under 7 [1], [10]. Den høje pH-værdi i filtervandet fra det biologiske rørfilter indikerer, at den biologiske omsætning ikke kan følge med ventilationsluftens tilførsel af ammoniak, hvilket kan være med at til forklare de målte ammoniak-reduktioner på gennemsnitligt 44 pct., og en ammoniakkoncentration efter rørfiltret på gennemsnitligt 6,5 ppm.

En stabil, velfungerende vandtilførsel er nødvendig for at opretholde en effektiv biologisk omsætning af både ammoniak og lugtstoffer. Problemerne med vandtilførslen kan have medvirket til et ustabilt miljø for mikroorganismerne i rørfiltret og påvirket den mikrobielle aktivitet og omsætning af ammoniak og lugtstoffer.

Drift og tryktab

Tryktabet over det biologiske rørfilter lå på de tre første måledage på 175 til 208 Pa og på de to sidste måledage, hvor den maksimale ydelse forinden var blevet nedreguleret, på 160 til 175 Pa.

Et højt tryktab i størrelsesordenen 160 til 200 Pa vil bevirke et højt energiforbrug, ligesom der kan være risiko for nedsat ventilationskapacitet i stalden i tilfælde af, at luftrenseren tilstoppes over tid. Dette er ligeledes erfaret i tidligere afprøvninger [2]. Målingerne på filtret blev foretaget ca. 8 uger efter opstart af luftrenseren, og det var ikke forventet at filtret var tilstoppet. Luftrenserens energiforbrug bør måles over et års normal drift, for at fastlægge omkostningerne til energi.

Efter den sidste måledag blev tryktabet over luftrenseren ved luftmængder i intervallet 3.000 til 9.500 m³/t målt (appendiks: figur 10). Heraf fremgår det, at såfremt luftydelsen falder fra ca. 9.000 m3/t til 6.000 m³/t, mindskes tryktabet fra 180 Pa til ca. 80 Pa. Denne sammenhæng kan anvendes i den videre udvikling af luftrenseren til en vurdering af den mest optimale dimensionering af luftrenseren, under hensyntagen til energiforbrug.

Perspektiver i forhold til delrensning for ammoniak

I forbindelse med reduktion af udledningen af ammoniak fra stalde er der mulighed for at anvende delrensning af ventilationsluft. I delrensning udnyttes det forhold, at store mængder ammoniak-kvælstof kan opsamles fra en forholdsvis lille luftmængde i perioder med lave ventilationsydelser. Modelberegninger udført af Danmarks Jordbrugsforskning viser effekten af at rense staldluft i luftrensere med forskellig renseeffektiviteter, figur 2. Af denne figur fremgår det, at delrensning af 33 pct. af ventilationsluften i en luftrenser med en effektivitet på 50 pct. medfører en samlet ammoniakreduktion over året på ca. 40 pct.

Figur 2: Reduktion af ammoniakemission som funktion af kapacitet for en luftrenser med henholdsvis høj og lav renseeffektivitet. Fra [11].

Udføres en tilsvarende beregning for en luftrenser med en ammoniakreduktion på 44 pct. vil der fremkomme en kurve for den samlede ammoniakreduktion, der ligger lidt under kurven for en luftrenser med 50 pct. renseeffektivitet.

En biologisk luftrenser fra SKIOLD A/S var i stand til at reducere koncentrationen af ammoniak i ventilationsluft fra en slagtesvinestald fra 11,3 ppm til 6,5 ppm og i gennemsnit med 44 pct. Lugtkoncentrationen blev reduceret fra 3.820 til 2.980 OU_E/m³, med en tendens til en gennemsnitlig reduktionsgrad på 19 pct.

Tryktabet blev målt til mellem 160 og 208 Pa ved maksimal ventilationsydelse. Et højt tryktab vil bevirke et højt energiforbrug, og risiko for reduceret ventilationskapacitet i tilfælde af at filtret over tid tilstoppes med støv.

Der bør foretages målinger over længere tids stabil drift for at fastlægge det biologiske rørfilters renseeffektivitet og driftsstabilitet under både sommer- og vinterforhold. Samtidig bør der måles energiforbrug, så de samlede driftsomkostninger kan fastlægges.

Firmaet vil videreudvikle anlægget, så vandtilførslen stabiliseres, tryktabet reduceres samt ammoniak- og lugtreduktionen øges.

Afprøvningen blev foretaget med tilskud fra Landdistriktsprogrammet under FødevareErhverv (DFFE), Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri.

[1]	Jensen, T.L. & Hansen, M.J. (2006): Slagtesvinestald med biologisk luftrensning fra SKOV A/S. Meddelelse nr. 737, Landsudvalget for Svin.
[2]	Riis, A.L., Lyngbye, M., Feilberg, A. (2008): Afprøvning af vertikalt biofilter efter amerikansk princip. Meddelelse nr. 819, Dansk Svineproduktion.
[3]	Riis, A.L. & Jensen, T.L. (2007): BIO-REX Hartmann Bio-Filter afprøvet ved en slagtesvinestald. Meddelelse nr. 807, Dansk Svineproduktion.
[4]	Riis, B.L. et al. (2004): Biologisk lugtrensning på DAKA i Løsning. Undersøgelser af stofdynamikken i filtret i bestræbelsen på at identificere de vigtigste begrænsninger for renseeffektiviteten. Rapport fra BioCenter Østjylland.
[5]	Dansk Standard: (2003): Luftundersøgelse – Bestemmelse af lugtkoncentration ved brug af dynamisk olfaktometri. DS/EN 13725:2003.
[6]	Lyngbye, M. & Sørensen, G. (2006): Benzoesyre i foder til slagtesvin – effekt på ammoniak og lugtemission. Meddelelse nr. 738, Landsudvalget for Svin.
[7]	Hansen, M.J. & Lyngbye, M. (2006):Undersøgelse af luftrensning baseret på membranteknologi. Erfaring nr. 0604, Dansk Svineproduktion.
[8]	Feilberg, A. et al. (2006): Udvikling af måleteknik for optimering og beskrivelse af lugtbegrænsende teknologier til husdyrbrug. Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen, nr. 22.
[9]	Henze, M. et al. (1992): Spildevandsrensning: Biologisk og kemisk. Polyteknisk forlag, 2. udgave, 1. oplag.
[10]	DLG-Prüfbericht 5702 (2007): Abluftreinigunsanlage ”Dorset-Rieselbettfilter”. DLG e.V. Testzentrum, Technik & Betriebsmittel.
[11]	Kai, P., Strøm, J.S. & Jensen, B. (2007): Delrensning af ammoniak i staldluft. Grøn Viden Husdyrbrug nr. 47, Institut for Jordbrugsteknik, Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet.

    
Deltagere:
Thomas Lund Sørensen, tekniker
Mai Britt Friis Nielsen, statistikkonsulent

Afprøvning: 1002

Figur 3: Biologisk luftrenser ”CleanTube” fra SKIOLD A/S. Luftrenseren er integreret i et Ø820 afkast som i den pågældende stald strakte sig ca. 3 meter over kip. Over filtret er placeret en målevinge og en ventilator. Foto: Karen Sørensen. Billede nr. 31580

      

Figur 4: Biologisk luftrenser ”CleanTube” med drypbakke og beholder til vandopsamling. Luftrenseren var i prototypen understøttet på gulvet på grund af usikkerhed om tagkonstruktionens bæreevne. Stalden var ligetryksventileret, bag rørfiltret ses den ene af staldens indblæsningsenheder. Foto: Karen Sørensen. Billede nr. 41581

Figur 5: Biologisk luftrenser fra SKIOLD A/S set fra oven. Filtermaterialet befugtes med siveslanger, i midten ses en dyse som skal aktiveres i tilfælde af tilstopning eller utilstrækkelig befugtning. Foto: Mathias Andersen, AgroTech A/S. Billednr. 51582

       

Figur 6: Nærbillede af kanalerne i den biologiske luftrenser. Kanalerne ved filtrets yderside havde en tendens til at udtørre. Foto: Karen Sørensen. Billede nr. 1583

Figur 7: Koncentrationer af ammoniak før og efter biologisk rørfilter fra SKIOLD A/S. Et mindre, samlet ventilationsbehov på de to sidste måledage betød at koncentrationen af lugt steg i den luft der skulle renses. Billede nr. 1594

      

Figur 8: Lugtkoncentrationer før og efter luftrenser fra SKIOLD A/S. Et mindre, samlet ventilationsbehov på de to sidste måledage medvirkede til at koncentrationen af lugt steg i den luft der skulle renses. Billede nr. 1595

Figur 9: Koncentrationer af svovlbrinte før og efter biologisk rørfilter fra SKIOLD A/S. Et mindre, samlet ventilationsbehov på de to sidste måledage medvirkede til at koncentrationen af lugt steg i den luft der skulle renses. Billede nr. 1596

     

Tabel 2:

Luftydelser gennem biologisk rørfilter og supplerende ventilator under prøveudtagning på fem måledage. Ydelserne er gennemsnit af 8 logninger foretaget i VengSystem.

Dato	Tidspunkt	Udetemperatur (°C)	Ydelse luftrenser (m3/t)	Ydelse supplerende ventilator (m3/t)	Samlet ydelse (m3/t)
20-08-08	11:14 – 11:44	19,2	12.350	11.120	23.470
	12:40 – 13:10	18,6	12.410	12.415	24.825
28-08-08	11:00 – 11:30	17,4	12.080	9.190	21.270
	12:00 - 13:00	18,0	11.840	13.300	25.140
10-09-08	11:02 – 11:33	16,6	11.640	4.200	15.840
	12:32 – 13:02	17,3	11.370	8.600	19.970
15-09-08	11:00 – 11:30	15,1	9.170	870	10.040
	12:30 – 13:00	15,6	9.020	930	9.950
18-09-08	11:00 – 11:31	13,0	9.390	1.080	10.470
	12:35 – 13:04	13,8	9.400	810	10.210

      

Figur 10: Tryktab over biologisk luftrenser fra SKIOLD A/S ved ventilationsydelser i intervallet 3.000 til 9.500 m3/t. Billede nr. 1597