Biologisk luftrenser fra VengSystem

Strammere miljølovgivning i Danmark har medført, at der er i de senere år er kommet fokus på begrænsning af lugt- og ammoniakemissionen fra ejendomme med husdyrproduktion. Denne interesse har medført, at flere firmaer i Danmark og i udlandet arbejder med udvikling af miljøteknologier, der kan reducere udledning af lugt- og ammoniakemissionen fra staldanlæg. Et af dem er det danske firma VengSystem, som bla. udvikler og forhandler ventilationssystemer. VengSystem har udviklet en biologisk luftrenser, som pt. er monteret i én besætning. Tidligere afprøvninger fra Videncenter for Svineproduktion har vist, at biologiske luftrensere er i stand til at reducere ammoniak- og lugtemissionen fra svinestalde [1], [2], [3].

Formålet med nærværende erfaringsindsamling var at undersøge VengSystems prototype af en biologisk luftrensers reduktion af lugt- og ammoniakkoncentrationen i afgangsluften fra en smågrisestald om sommeren.

Afprøvningen blev gennemført i en smågrisestald med 450 stipladser (7-30 kg) fordelt på fem sektioner. Smågrisesektionerne var indrettet med fuldspaltegulv, tørfodring og gulvudsugning. Al ventilationsluft fra fire af sektionerne blev samlet i en fælles udsugningskanal ved siden af stalden, hvor den biologiske luftrenser fra VengSystem var tilkoblet. Ventilationsluften fra den sidste sektion blev ledt til luftrenseren via et Ø450 mm rør.

Opbygning af den biologiske luftrenser fra VengSystem

Luftrenseren bestod af et filtermodul af plast, som var placeret horisontalt, jf. figur 1. Filterelementet havde et volumen på 8,16 m3, idet det målte 3,60 m i længden, 1,80 m i bredden og 1,26 m i dybden. Oven på filteret var der monteret dyser, som befugtede filtermaterialet. Befugtningen var tidsreguleret samt temperaturreguleret i forhold til udetemperaturen, således at jo varmere det var, des mere blev filteret befugtet. Under filterelementet var en sump, hvor overskudsvandet automatisk blev lænset fra til gylleopbevaringen. Lænsningen af vand blev reguleret via niveauføler i sumpen.

        

Figur 1. Biologisk luftrenser fra VengSystem tilkoblet smågrisestald med fem sektioner. (billednr. 2276 og 2277)

Registreringer

For at dokumentere luftrenserens effektivitet med hensyn til at reducere lugt- og ammoniakkoncentrationen om sommeren, blev der foretaget målinger på ni måledage. Målingerne blev foretaget fra d. 12. august til og med d. 2. oktober.

Lugtmålingerne blev foretaget ved opsamling af en repræsentativ luftmængde før og efter luftrenseren. Der blev opsat en TeflonTM slange i hvert målepunkt henholdsvis før og efter filterelementet. TeflonTM slangen fra hvert målepunkt var monteret til en 30 l. nalophan pose. Den enkelte pose lå i en tæt lukket kasse. Der blev i kassen dannet et vakuum ved hjælp af en pumpe, hvorved posen blev fyldt med luft fra målestedet.. Poserne blev fyldt med 1,0 l. pr. minut, hvorved de blev fyldt over ca. 30 min. På hver måledag blev der opsamlet to luftprøver ved hvert målested, således at der i alt blev opsamlet 4 luftprøver hver måledag. Luftprøverne blev opsamlet henholdsvis mellem kl. 11-12 og umiddelbart efter kl. 12.30. De 4 luftprøver fra hver måledag blev sendt til Danish Meat Research Institute (DMRI), Roskilde til olfaktometrisk lugtanalyse, hvor de blev analyseret den følgende dag. Luftprøverne blev opsamlet og analyseret i henhold til Dansk Standard [4].

I forbindelse med opsamling af de enkelte luftprøver til olfaktometrisk bestemmelse af lugtkoncentrationen blev der foretaget måling af ammoniak-, kuldioxid- og svovlbrintekoncentrationen i de samme målepunkter. Ammoniakkoncentrationen blev målt med Kitagawa sporgasrør 105SD, mens kuldioxidkoncentrationen blev målt med Kitagawa sporgasrør 126SF. Målinger af svovlbrintekoncentrationen blev foretaget med en Jerome 631-XE svovlbrintemåler.
 
For at registrere luftydelsen i den fælles udsugningskanal var der på udsugningsenheden monteret en Fancom målevinge. Luftydelsen blev logget elektronisk hvert 10. minut. Der var ikke monteret målevinge på ventilationsrøret fra den sidste sektion, men der blev i forbindelse med opsamling af luftprøver foretaget måling af lufthastigheden i ventilationsrøret med en TSI VelociCalc 8347 måler. Ved at måle lufthastigheden kunne luftydelsen efterfølgende beregnes. Antallet af dyr og dyrenes vægt i staldsektionerne blev registreret ved prøveudtagningerne.

Luftens temperatur og relative fugtighed i procent blev målt i de to målepunkter ved luftrenseren i forbindelse med opsamling af hver luftprøve. Udeluftens temperatur og relative fugtighed i procent blev målt før opsamling af 1. luftprøve og efter opsamling af 2. luftprøve. Målinger af luftens temperatur og relative fugtighed i procent blev foretaget med en TSI VelociCalc 8347 måler. Luftrenserens samlede tryktab blev målt med et manometer. Vandforbrug til luftrenseren blev registreret med vandmåler. Hver gang vandstanden i sumpen nåede maksimum aktiverede niveauføleren lænsning af vandet til gylleopbevaring. Antallet af gange, der blev foretaget lænsning af vand blev registreret via VE PC log 7.1 fra VengSystem. På måledagene blev der foretaget måling af pH i sumpen under filterelementet.

Lugtemissionen pr. 1.000 kg dyr blev beregnet ud fra lugtkoncentration, ventilationsydelse samt gennemsnit-lig vægt og antallet af grise i staldsektionerne ved følgende formel:

 

[PageBreak]

Ammoniakemissionen blev beregnet ud fra ammoniakkoncentration, ventilationsydelse og antallet af grise i sektionerne ved følgende formel:

Svovlbrinteemissionen blev beregnet ud fra svovlbrintekoncentration, ventilationsydelse og antallet af grise i sektionerne ved følgende formel: 

 

Statistik

Ammoniakkoncentrationer og –emissioner, svovlbrintekoncentrationer og –emissioner samt de logaritme-transformerede lugtkoncentrationer og –emissioner før og efter luftrenseren blev analyseret i en variansanalyse med proceduren MIXED i SAS under hensyn til gentagne målinger pr. dag. De procentuelle reduktioner af ammoniak-, svovlbrinte- og lugtkoncentrationer blev ligeledes analyseret i variansanalyse med proceduren MIXED i SAS under hensyn til gentagne målinger pr. dag.

I afprøvningsperioden var den gennemsnitlige belægning af smågrise i de fem sektioner 437 smågrise (interval: 319 – 502) med en gennemsnitlig vægt på 20 kg (interval: 17 – 26 kg). Målingerne blev foretaget ved en gennemsnitlig udetemperatur på 15,0 ºC (interval: 11,4 – 18,6 ºC) og en relativ luftfugtighed på 87 % (Interval: 81 – 92 %).

Lugt
I tabel 1 er angivet lugtkoncentration og –emission henholdsvis før og efter luftrenseren fra VengSystem, samt den procentvise reduktion over luftrenseren. Ved at lede luften igennem den biologiske luftrenser blev lugtkoncentrationen statistisk sikker reduceret med 20 %. Sammenlignet med undersøgelsen af standardtal for lugtemission [5] var der generelt en meget høj lugtemission i denne stald. En primær årsag til dette var at stalden var indrettet med gulvudsugning og fuldspaltegulv. Ved at suge ventilationsluften ud under spaltegulvet stiger koncentrationen af lugt i luften, da den passerer gylleoverfladen. Til gengæld vil koncentrationen af lugt være mindre i staldrummet end i stalde med kun loftudsugning [6]. Målinger af lugtkoncentrationen på de enkelte måledage kan ses i figur A1 i appendiks.

Tabel 1. Lugtkoncentration og –emission før og efter luftrenseren, samt den procentvise reduktion over luftrenseren. 95 % konfidensinterval er angivet i parentes.

Ammoniak
I tabel 2 er angivet ammoniakkoncentration og –emission henholdsvis før og efter luftrenseren fra VengSystem samt den procentvise reduktion over luftrenseren. Der blev registreret en statistisk sikker reduktion af ammoniakkoncentrationen på 21 % ved at lede luften fra smågrisestalden igennem luftrenseren. I forbindelse med målingerne blev der målt en gennemsnitlig pH på 8,1 i vandet i sumpen under filterelementet, jf. figur A2 i appendiks. Dette indikerede, at ammoniakreduktionen primært skyldtes en udvaskning af ammoniak med overrislingsvandet. Mikrobiel omsætning af ammoniak er en syredannende proces, som vil bevirke en sænkning af pH i vandet i sumpen. Under drift modvirkes dette pH fald af tilførslen af ammoniak til filteret, da ammoniak er en base. Er der balance mellem tilførsel og mikrobiel omsætning af ammoniak stabiliseres pH omkring 7 [7]. Set over hele måleperioden som gennemsnit var der således ikke tegn på mikrobiel omsætning af ammoniak. Der var dog en dag i perioden, hvor pH i sumpen var under 8. Denne dag blev der også registreret den største forskel i ammoniakkoncentrationen før og efter luftrenseren, hvilket kunne indikere en mikrobiel omsætning af ammoniak, jf. figur A2 og A3 i appendiks. Ved de sidste fire måledage blev der registreret en mindre ammoniakreduktion sammenlignet med den første del af måleperioden. Der var samtidig en mindre befugtning af filteret i denne periode, hvilket kunne være årsagen til den mindre ammoniakreduktion, jf. figur A3 og A4 i appendiks. Den målte ammoniakemission før luftrenseren var på niveau med tidligere målinger i smågrisestalde med fuldspaltegulv [5].

Tabel 2. Ammoniakkoncentration og –emission før og efter luftrenseren, samt den procentvise reduktion over luftrenseren. 95 % konfidensinterval er angivet i parentes.

Svovlbrinte
I tabel 3 er angivet svovlbrintekoncentration og –emission henholdsvis før og efter luftrenseren, samt den procentvise reduktion over luftrenseren. Koncentrationen af svovlbrinte blev statistisk sikker reduceret med 17 % ved at lede luften igennem luftrenseren. Reduktionen af svovlbrintekoncentrationen var på niveau med lugtreduktionen. I andre undersøgelser af biologiske luftrensere er der også set en reduktion af svovlbrintekoncentrationen, når der har været en reduktion af lugtkoncentrationen [2], [8], [9]. Målinger af svovlbrintekoncentrationen på de enkelte måledage kan ses i figur A5 i appendiks.

Tabel 3. Svovlbrintekoncentration og –emission før og efter luftrenseren, samt den procentvise reduktion over luftrenseren. 95 % konfidensinterval er angivet i parentes.

Vandforbrug og generel drift
I måleperioden blev der i gennemsnit anvendt 653 l. vand pr. dag til at befugte filterelementet i luftrenseren, jf. figur A4 i appendiks. Det registrerede vandforbrug svarede til 1,5 l. pr. stiplads pr. dag eller 91 l. pr. produceret smågris (7-30 kg). Med en vandpris på 3,50 kr. pr. kubikmeter svarede det til en omkostning på 32 øre pr. produceret smågris. Målingerne blev foretaget over en relativ kort periode om sommeren, hvor der generelt var et større ventilationsbehov og dermed større overrisling af filterelementet end om vinteren. Det registrerede forbrug af vand må derfor vurderes at være højere, end hvad der kan forventes for et helt år som gennemsnit. På grund af nedbrud på PC’en med loggeprogrammet fra VengSystem blev den lænsede mængde vand fra luftrenseren ikke logget i hele afprøvningsperioden. På baggrund af to perioder á 11-13 dage kunne det beregnes, at der gennemsnitlig blev lænset 220 l. vand pr. dag. Dette svarede til, at der gennemsnitlig blev lænset 31 % af den tilførte mængde vand. I afprøvninger af andre luftrensningssystemer blev der registreret lænsningsmængder på mellem 7 og 34 % af den tilførte vandmængde, idet en relativ stor del af vandmængden fordamper, når staldluften ledes gennem luftrenseren [1], [3], [8], [9].

I forbindelse med målingerne blev ventilationsanlægget indstillet til maksimal ventilationsydelse. Fra staldsektionerne blev der samlet ventileret med en gennemsnitlig luftydelse på 11.000 m3/time, hvilket svarede til en luftydelse på 26 m3/time/dyr, jf. figur 2. I smågrisesektionerne blev der praktiseret holdvis drift, men den samlede luftydelse fra de fem sektioner svarede til en smågrisestald med kontinuerlig drift. Luftydelsen gennem luftrenseren i forbindelse med målingerne resulterede i en luftbelastning på 1.700 m3/time pr. kvadratmeter filter og på 1.350 m3/time pr. kubikmeter filter. Tryktabet over filterelementet i luftrenseren i forbindelse med målingerne var gennemsnitlig 4,3 Pa, jf. figur 2. Det relative lave tryktab over luftrenseren må forventes kun at have medført en mindre forøgelse i elforbruget til ventilation i forhold til at lede luften direkte ud. Elforbruget til ventilation blev ikke registreret i afprøvningsperioden, og det var derfor ikke muligt at beregne de samlede forbrugsomkostninger pr. produceret smågris.

Figur 2. Luftydelse gennem luftrenseren og tryktab over filterelementet på måledagene. 

Ved at lede luften fra smågrisestalden igennem VengSystems prototype af en biologisk luftrenser under sommerforhold blev lugt- og ammoniakkoncentrationen statistisk sikker reduceret med henholdsvis 20 og 21 %. Der var ligeledes en statistisk sikker reduktion af svovlbrintekoncentrationen på 17 %. I forbindelse med målingerne blev der målt en gennemsnitlig pH på 8,1 i vandet i sumpen under filterelementet. Dette indikerede, at ammoniakreduktionen primært skyldtes en udvaskning af ammoniak med overrislingsvandet og ikke en mikrobiel omsætning af ammoniak.

Til befugtning af filtermaterialet blev der anvendt 1,5 l. vand pr. stiplads pr. dag i afprøvningsperioden, hvilket svarede til 91 l. pr. produceret smågris (7-30 kg). I forbindelse med målingerne kørte ventilationsanlægget med maksimal luftydelse fra smågrisestalden, hvilket svarede til en gennemsnitlig luftydelse på 26 m3/time/dyr. I smågrisesektionerne blev der praktiseret holdvis drift, men den samlede luftydelse fra de fem sektioner svarede til en smågrisestald med kontinuerlig drift. Tryktabet over filterelementet i luftrenseren i forbindelse med målingerne var gennemsnitlig 4,3 Pa. Det relative lave tryktab over luftrenseren må forventes kun at have medført en mindre forøgelse i elforbruget til ventilation i forhold til at lede luften direkte ud. Elforbruget til ventilation blev ikke registreret i afprøvningsperioden, og det var derfor ikke muligt at beregne de samlede forbrugsomkostninger pr. produceret smågris. Den biologiske luftrenser fra VengSystem bør fortsat udvikles med henblik på at opnå højere reduktionseffektiviteter for lugt og ammoniak.

   
Deltagere
Gruppeleder Thomas Lund Sørensen, Videncenter for Svineproduktion.
Tekniker Tommy Nielsen, Videncenter for Svineproduktion.
Statistikkonsulent Mai Britt Friis-Nielsen, Videncenter for Svineproduktion.

Finansiering af projektet
Projektet har fået tilskud fra EU og Fødevareministeriets Landdistriktprogram og har Projekt ID: 0809/68.

Afprøvning: 996