Luftskiftets betydning for lugt- og ammoniakemission fra slagtesvinestalde

Lugtemissionen fra de danske svinestalde kan begrænses på flere niveauer. Først og fremmest ved kilden, dernæst i staldrummet og endelig ved afgangsluften fra stalden.

I tidligere afprøvninger blev der registreret en udtalt årstidsvariation i lugtemissionen fra slagtesvinestalde med gyllesystem. Om sommeren, hvor ventilationsbehovet er størst, er lugtemissionen også højest. Der blev i staldluften fra slagtesvin fundet en positiv lineær sammenhæng mellem ventilationsgrad og lugtemission i en undersøgelse udført af Dansk Svineproduktion [1]. Tilsvarende blev der i andre undersøgelser fundet en udtalt årstidsvariation i en slagtesvinebesætning [2], mens der blev fundet en mindre udtalt årstidsvariation i en drægtighedsstald[3].

Der er tidligere gennemført undersøgelser af køleanlægs effekt overfor lugtemission, men i disse undersøgelser har køleanlægget udelukkende været anvendt til at køle gyllen. I en undersøgelse blev kanalbunden under et linespilsanlæg i en drægtighedsstald kølet [3]. Som gennemsnit over året blev ammoniakemissionen reduceret med 31 pct. Der blev til gengæld ikke fundet nogen forskel i emissionen af lugt ved køling af kanalbunden. Tilsvarende har tidligere undersøgelser vist, at en lavere gylletemperatur reducerer ammoniakemissionen [4], [5]. I en hollandsk undersøgelse er det afprøvet om køleelementer, der lå i gyllens overflade, kunne reducere ammoniakemissionen [6], [7]. Elementerne blev kølet med et grundvandssystem, og afhængig af staldafsnit blev der opnået en reduktion af ammoniakemissionen på mellem 50 og 70 pct. Imidlertid havde dette system negative konsekvenser for gyllesystemets funktion, idet flydeelementerne vanskeliggjorde udslusning af gylle.

Formålet med denne afprøvning var at afklare, hvilken effekt en halvering af luftskiftet havde for lugt- og ammoniakemissionen fra slagtesvinestalde. For at kompensere for den reducerede luftmængde blev indblæsningsluften kølet, således at ønsket staldtemperatur stadig kunne opretholdes.

Undersøgelsen blev foretaget i en besætning med to ens staldsektioner. Hver staldsektion var indrettet med tre stier med plads til i alt 36 grise (0,75 m²/gris), se tegning og beskrivelse af sektionerne i appendiks. Stierne havde 1/3 drænet gulv i lejearealet, 2/3 spaltegulv i aktivitets- og gødearealet samt spaltegulv i gangarealet. Over gødearealet var der overbrusningsanlæg, som var indstillet til at overbruse 20 sekunder hver 45. minut ved udetemperaturer over 15 °C. Stalden blev undertryksventileret med diffus lufttilførsel. Luftafkastet bestod af en Ø400 ventilator fra Fancom med målevinge. Den maksimale ydelse var 3.400 m³/time.

Forsøget blev gennemført ved to hold grise (hold 1 og hold 2) i perioden fra august til november. Mellem de to hold grise blev forsøgs- og kontrolsektionen byttet rundt. Grisene blev indsat i sektionerne ved en gennemsnitlig vægt på 64 kg ved begge hold. Grisenes indsættelsesdato og leveringsdato samt ind- og afgangsvægt kan ses i appendiks, tabel A2. Under forsøget havde grisene ad libitum adgang til foder og vand.

I kontrolsektionen blev indstillingen for maksimal ventilationskapacitet indstillet til 100 pct. (95 m³/time pr. stiplads) på ventilationsstyringen og 50 pct. heraf i sektionen med køleanlæg (forsøgssektionen). På styringen blev der indtastet den samme værdi for ønsket staldtemperatur. Når den ønskede staldtemperatur ikke kunne opretholdes i forsøgssektionen med 50 pct. ventilationskapacitet, gik køleanlægget i gang. Køleanlægget bestod af en køleflade, som var monteret på luftindtaget til sektionen. Selve kølefladen var tilkoblet en varmepumpe med en kapacitet på 7 kW. Vandtemperaturen til kølefladen var 7 °C ved hold 1 og 3 °C ved hold 2. Ved hold 2 blev der den 2. november i kontrolsektionen indsat en varmeblæser med en maksimal effekt på 9 kW, og den blev indstillet til at yde 4,5 kW. Årsagen til indsættelse af en varmekilde var for at kunne opretholde en forskel i ventilationsydelse på omkring 50 pct. mellem de to staldsektioner. I den aktuelle undersøgelse blev den maksimale kølingseffekt estimeret til 2016 W pr. sektion svarende til 56 W pr. stiplads.

Der blev foretaget lugtmålinger ved opsamling af en repræsentativ luftmængde i ventilationsafkastet. I ventilationsafkastet var der isat en Teflon™ slange, som var monteret til en 30 liter Tedlar^® pose. Opsamlingen blev foretaget i henhold til Dansk Standard [8]. Heri stilles ingen krav om, hvor hurtigt luftprøverne skal opsamles, men det blev valgt at fylde poserne med 0,7 liter pr. minut, det vil sige i løbet af 40 minutter.

Luftprøverne blev opsamlet på 6 måledage mellem den 2. september og den 27. september ved hold 1 og på 4 måledage fra den 9. november til den 17. november ved hold 2. Tidspunkterne for opsamling af luftprøver fremgår af appendiks, tabel A3. Luftprøverne blev fragtet til Slagteriernes Forskningsinstituts Lugtlaboratorium, Roskilde. Lugtkoncentrationen blev bestemt ved olfaktometermetoden i henhold til Dansk Standard [8].

Der blev endvidere opsamlet prøver af kemiske forbindelser i luften fra staldsektionerne. Ved hold 1 blev der opsamlet 3 prøver af kemiske forbindelser d. 2. september i hver af de to staldsektioner, og 2 prøver d. 6. september, 16. september og 27. september. Ved hold 2 blev der opsamlet 2 prøver henholdsvis d. 15. november og d. 17. november i hver af de to sektioner. Prøverne blev opsamlet på rør indeholdende partikler (Tenax TA), hvorpå lugtstofferne bindes, når staldluften suges igennem røret. En pumpe af fabrikatet Ripo blev indstillet til at yde et flow gennem røret på 100 ml/min. De kemiske forbindelser blev opsamlet i rørene i samme tidsperiode, som der blev opsamlet luft i poser til olfaktometrisk analyse. Det vil sige, at opsamlingstiden var 40 minutter. Rørene blev efterfølgende sendt til analyse for bestemmelse af kemiske forbindelser ved gaskromatograf med massespektrometri (GC/MS) hos LugtTek A/S. Rørene blev analyseret indenfor 14 dage fra prøveudtagning.

Udvalgte kemiske forbindelser blev i 2 perioder (2. september til 6. september og 15. november til 23. november) endvidere målt kontinuert ved hjælp af Membran-Inlet Masse-Spektrometri (MIMS). Den anvendte MIMS-metode til måling af kemiske forbindelser er udviklet af Teknologisk Institut, der ligeledes har gennemført målingerne og været ansvarlig for opgørelse af data registreret med MIMS. Metoden er baseret på, at en passende luftstrøm ledes forbi en silikonemembran, der er placeret umiddelbart foran ioniseringskilden på et masse-spektrometer. Flygtige organiske stoffer optages i membranen og diffunderer til den indvendige side heraf, hvorfra de frigives og detekteres af masse-spektrometret. De komponenter, der kunne detekteres, er listet i tabel 1. Nulpunktskorrektion af instrumentet blev foretaget automatisk på stedet ud fra ren luft genereret ved hjælp filtrering med aktivt kul. Der blev skiftevis målt i 30 minutter på luften fra de to sektioner, således at en målecyklus varede 60 minutter.

Tabel 1. Kemiske forbindelser, der kunne detekteres ved hjælp af Membran-Inlet Masse-Spektrometri (MIMS)

Gennem hele forsøgsperioden blev der desuden hver time foretaget måling af kuldioxidkoncentration, ammoniakkoncentration, ventilationsydelse, staldtemperatur og udetemperatur med Veng VE18 måleudstyr fra Veng System A/S. I VE18-udstyret blev ammoniakkoncentrationen målt med en sensor af fabrikatet Dräger Polytron 1 med måleområdet 0-100 ppm. Kuldioxid blev målt med en sensor af fabrikatet Vaisala med måleområdet 0-5000 ppm. Ved hver anden måling blev der ledt udeluft gennem ammoniak- og kuldioxidsensorerne. Endvidere blev luften, der skulle analyseres for ammoniak og kuldioxid, forvarmet til 34 °C, inden den blev pumpet ind i måleapparaterne, for at sikre en korrekt måling.

Udover de elektroniske målinger blev der én gang om dagen foretaget kontrolmålinger af ammoniak- og kuldioxidkoncentrationen med Kitagawa sporgasrør. De elektroniske målinger med VE18-udstyret af koncentrationen af ammoniak og kuldioxid blev efterfølgende korrigeret i forhold til kontrolmålingerne.

Lugtemissionen blev beregnet ud fra den analyserede lugtkoncentration, ventilationsydelsen, som blev målt med en Fancom målevinge under opsamlingen, samt vægt og antal grise i staldsektionen:

hvor L: Lugtkoncentrationen, OU_E/m³; Q: Ventilationsydelsen, m³/time; W: Total kg gris i staldsektionen, kg.

Ammoniakemissionen blev beregnet ud fra ammoniakkoncentration, ventilationsydelse og antal grise i staldsektionen ved følgende formel:

Statistik

Ammoniakemission og den logaritmetransformerede lugtemission blev undersøgt statistisk med en t-test. Kemiske forbindelser analyseret med GC/MS blev analyseret i en variansanalyse med systematisk effekt af hold under hensyn til gentagne målinger pr. dag. Kemiske forbindelser analyseret med MIMS af Teknologisk Institut blev ikke analyseret statistisk.

Lugt målt olfaktometrisk
Ved både hold 1 og 2 var lugtemissionen reduceret fra forsøgssektionen med lavere luftskifte i forhold til kontrolsektionen, jf. tabel 2. På dagene med lugtmålinger var luftskiftet gennemsnitlig reduceret med 48 pct. i forsøgssektionen ved hold 1 og det medførte en lugtreduktion på 33 pct. med 95 pct. konfidensintervallet [21 - 45] i forhold til kontrolsektionen (P<0,001). Ved hold 2 var luftskiftet gennemsnitlig reduceret med 52 pct. i forsøgssektionen, og det medførte en lugtreduktion på 47 pct. med 95 pct. konfidensintervallet [39 - 54] i forhold til kontrolsektionen (P<0,001). Det lavere luftskifte i forsøgssektionen medførte en statistisk sikker højere lugtkoncentration ved begge hold i forhold til kontrolsektionen. I appendiks, figur A2 er de gennemsnitlige lugtemissioner fra hver sektion ved hver måledag illustreret.

Tabel 2. Lugtkoncentration og lugtemission i forsøgs- og kontrolsektion ved de to hold grise

Kemiske forbindelser målt med GC/MS
De procentuelle forskelle i emissionen af de kemiske forbindelser målt med GC/MS mellem forsøgssektionen med reduceret lufteskifte i forhold til kontrolsektionen er vist i tabel 4. De kemiske forbindelser, der er angivet i tabel 3, var de forbindelser, som LugtTek A/S kunne analysere på dette tidspunkt. Det skal understreges, at den anvendte metode til bestemmelse af de kemiske forbindelser stadig var under udvikling, da denne afprøvning blev gennemført.

Et reduceret luftskifte i forsøgssektionen medførte, at den gennemsnitlige emission af flere kemiske forbindelser var reduceret i forhold til kontrolsektionen. Den gennemsnitlige emission af toluen, nonanal og phenol i forsøgssektionen var statistisk sikker lavere i forhold til kontrolsektionen. Derudover var der tendens til at emissionen af smørsyre ligeledes var reduceret som følge af lavere luftskifte i forsøgssektionen. Emissionen af hexansyre var statistisk sikker lavere i forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen ved hold 1, men til gengæld var emissionen af hexansyre højere i forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen ved hold 2.

Ligeledes var der også generelt en statistisk sikker højere emission af indol og skatol i forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen. En øget emission af disse kemiske forbindelser fra forsøgssektionen med et lavere luftskifte i forhold til kontrolsektionen kan ikke umiddelbart forklares.

Tabel 3. Procentvis ændring i emissionen af kemiske forbindelser målt med GC/MS fra forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen. En positiv værdi viser en reduktion i emissionen af den kemiske forbindelse som følge af et reduceret luftskifte og modsat en forøgelse, hvis ændringen er negativ. Hvis der var statistisk sikker forskel på hold, er den procentvise ændring angivet for hvert hold

Kemiske forbindelser målt med MIMS
Resultaterne af on-line MIMS-målinger for hvert af de to hold grise er vist i figur 1, 2, 3 og 4, som viser den relative effekt af reduceret luftskifte på emissionen af de målte kemiske forbindelser. Hvis resultatet er mindre end 1 på figurerne, betyder det, at emissionen af de kemiske forbindelser var reduceret fra forsøgssektionen med reduceret luftskifte i forhold til kontrolsektionen. Modsat var emissionen højere fra forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen, hvis den relative effekt var over 1.

Hold 1
Ved hold 1 blev der i dagtimerne registreret en reduktion på emissionen af RCOOH, p-cresol og ROS, men ikke af skatol, figur 1 og 2. Den procentuelle ændring i emissionen af RCOOH, p-Cresol, skatol og ROS i perioden fra kl. 12.00 til kl. 18.00 ved hold 1 er vist i tabel 4, hvilket også var tidspunktet på døgnet, hvor prøver til olfaktometri og GC/MS blev udtaget. ROS er dermed den komponent, der bedst forklarer den olfaktometriske lugtreduktion på 33 pct. som blev målt ved hold 1. Den lavere emission af RCOOH og øget emission af skatol fra forsøgssektionen i dagtimerne er i overensstemmelse med GC/MS analyserne af de kemiske forbindelser, jævnfør tabel 4.

Om natten var der til gengæld forhøjede emissioner af alle komponenter fra forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen. For RCOOH var emissionen reduceret særlig markant i dagtimerne fra forsøgssektionen, men til gengæld var emissionen langt højere om natten fra forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen end for de øvrige stoffer.

Figur 1. Relativ effekt af reduceret luftskifte på emissionen af carboxylsyrer (RCOOH) og p-cresol (hold 1). Hvis den relative effekt er mindre end 1, betyder det, at emissionen af komponenten er lavere i forsøgssektionen med reduceret luftskifte i forhold til kontrolsektionen. Resultaterne er vist som en gennemsnitlig døgnvariation for perioden 2. september til 6. september (figur: Anders Feilberg, billede nr. 9084)

 

Figur 2. Relativ effekt af reduceret luftskifte på emissionen af reducerede organiske svovlforbindelser (ROS) og skatol (hold 1). Hvis den relative effekt er mindre end 1, betyder det, at emissionen af komponenten er lavere i forsøgssektionen med reduceret luftskifte i forhold til kontrolsektionen. Resultaterne er vist som en gennemsnitlig døgnvariation for perioden 2. september til 6. september (figur: Anders Feilberg, billede nr. 9085)

Tabel 4. Gennemsnitlig ændring i emissionen af komponenter fra forsøgssektionen med reduceret luftskifte i forhold til kontrolsektionen i perioden kl. 12.00 til kl. 18.00 ved hold 1. En positiv værdi viser en reduktion i emissionen af den kemiske forbindelse som følge af et reduceret luftskifte og modsat en forøgelse hvis ændringen er negativ

Hold 2
Ved hold 2 observeredes ikke samme gentagne døgnvariation som for hold 1. Resultaterne er derfor vist for hele den periode, hvor der blev gennemført MIMS-målinger (15. november til 22. november). Der er beregnet et gennemsnit af resultaterne således, at hvert punkt i figur 3 og 4 svarer til 6 målinger af 30 minutter.

Ved hold 2 blev der ikke observeret samme reduktion i emissionen af de kemiske forbindelser fra forsøgssektionen med reduceret luftskifte i forhold til kontrolsektionen, figur 3 og 4. For såvel RCOOH som p-cresol og skatol, observeredes der højere emission fra forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen. Kun for ROS observeres en mindre reduktion fra forsøgssektionen. For måleresultater i tidsrummet 12.00 – 18.00, samme tidsrum som de olfaktometriske lugtmålinger, blev der i gennemsnit observeret en reduktion af ROS på 33 ± 10 procent fra forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen.

Analyser af skatol i staldluften med både GC/MS og MIMS viste alle en øget emission som følge af et reduceret luftskifte. Derved må det antages, at skatol ikke har nævneværdig betydning for lugtemissionen målt olfaktometrisk, da denne netop var reduceret fra forsøgssektionen med et lavere luftskifte i forhold til kontrolsektionen. Igangværende undersøgelser søger at afklare den nærmere sammenhæng mellem kemiske forbindelser i staldluften og lugt målt olfaktometrisk.

Figur 3. Relativ effekt af reduceret luftskifte på emissionen af carboxylsyrer (RCOOH) og p-cresol (hold 2). Hvis den relative effekt er mindre end 1, betyder det, at emissionen af komponenten er lavere i sektionen med reduceret luftskifte. Hvert punkt svarer til 6 målinger af 30 minutter (figur: Anders Feilberg, billede nr. 9081)

Figur 4. Relativ effekt af reduceret luftskifte på emissionen af reducerede organiske svovlforbindelser (ROS) og skatol (hold 2). Hvis den relative effekt er mindre end 1, betyder det, at emissionen af komponenten er lavere i sektionen med reduceret luftskifte. Hvert punkt svarer til 6 målinger af 30 minutter (figur: Anders Feilberg, billede nr. 9083)

Temperaturer, luftskifte, kuldioxid og ammoniak
Det lavere luftskifte i forsøgssektionen medførte, at koncentrationen af ammoniak blev forøget i forhold til kontrolsektionen, tabel 5. Modsat ammoniakkoncentrationen var der en lavere ammoniakemission fra forsøgssektionen med reduceret luftskifte i forhold til kontrolsektionen. Ved det første hold grise blev ammoniakemissionen fra forsøgssektionen reduceret 11 procent med 95 pct. konfidensintervallet [8 - 13] i forhold til kontrolsektionen (P<0,001). Ved det andet hold grise blev ammoniakemissionen reduceret 8 procent med 95 pct. konfidensintervallet [4 - 11] som følge af reduceret luftskifte (P<0,001). Tilsvarende medførte en begrænsning af luftydelsen ved at køle den indtagne luft en højere koncentration af kuldioxid i forsøgssektionen ved begge hold grise (P<0,001). Ved hold 1 blev der registreret en statistisk sikker højere staldtemperatur i forsøgssektionen med køling af den indtagne luft i forhold til kontrolsektionen. En mulig forklaring kunne være, at den anvendte køleflade ikke kunne opretholde den ønskede staldtemperatur i forsøgssektionen som følge af begrænsningen i ventilationsydelsen i forhold til kontrolsektionen.

Det skal understreges at det ikke vil være økonomisk realistisk at foretage køling af indblæsningsluften med en varmepumpe, hvis varmen ikke kan udnyttes om sommeren til andre formål. I denne undersøgelse blev den maksimale kølingseffekt estimeret til 2016 W pr. sektion svarende til 56 W pr. stiplads. Der bør derfor udvikles alternative metoder til køling af indblæsningsluften. Eksempelvis bør det undersøges om jordkøling kan være en økonomisk realistisk metode under danske forhold.

Tabel 5. Temperatur, luftskifte, kulidioxidkoncentration, ammoniakkoncentration og ammoniakemission i forsøgs- og kontrolsektion ved de to hold grise

Ved at halvere luftskiftet og samtidig opretholde den ønskede staldtemperatur ved at køle indblæsningsluften til stalden er der fundet en markant reduktion i lugtemissionen fra slagtesvinestalde. Ved hold 1 var luftskiftet fra forsøgssektionen på dagene med lugtmålinger gennemsnitlig reduceret med 48 procent, hvilket medførte en lugtreduktion på 33 pct. med 95 pct. konfidensintervallet [21 - 45] i forhold til kontrolsektionen. Ved hold 2 var luftskiftet gennemsnitlig reduceret med 52 pct., og det medførte en lugtreduktion på 47 pct. med 95 pct. konfidensintervallet [39 - 54].

Et reduceret luftskifte i forsøgssektionen medførte, at den gennemsnitlige emission af toluen, nonanal og phenol i forsøgssektionen var statistisk sikkert lavere i forhold til kontrolsektionen. Derudover var der tendens til, at emissionen af smørsyre ligeledes var reduceret som følge af lavere luftskifte i forsøgssektionen. Modsat var der generelt en statistisk sikkert højere emission af indol og skatol fra forsøgssektionen i forhold til kontrolsektionen. Ved målinger med MIMS blev der ligeledes fundet en øget emission af skatol ved at reducere luftskiftet. På den baggrund må det antages, at skatol ikke har nævneværdig betydning for lugtemissionen generelt, da denne målt olfaktometrisk netop var reduceret som følge at et lavere luftskifte.

Målinger med MIMS viste bl.a., at emissionen af reducerede organiske svovlforbindelser blev reduceret i stalden med halveret luftskifte. Ved hold 1 var reduktionen 38 ± 11 pct. og ved hold 2 var reduktionen 33 ± 10 pct. i tidsrummet kl. 12.00-18.00.

Ammoniakemissionen blev reduceret fra forsøgssektionen med halveret luftskifte i forhold til kontrolsektionen. Ved hold 1 blev ammoniakemissionen fra forsøgssektionen reduceret med 11 procent med 95 pct. konfidensintervallet [8 - 13] i forhold til kontrolsektionen. Ved hold 2 blev ammoniakemissionen tilsvarende reduceret med 8 procent med 95 pct. konfidensintervallet [4 - 11] som følge af et reduceret luftskifte.

Det skal understreges, at det ikke vil være økonomisk realistisk at foretage køling af indblæsningsluften med en varmepumpe, hvis varmen ikke kan udnyttes om sommeren til andre formål.

Deltagere:
Statistiker Mai Britt Friis Nielsen
Stationsleder John Lund, Forsøgsstation Sjælland II, Roskilde.
Tekniker Roald Koudal, Landsudvalget for Svin.

Afprøvning: 737

Tabel A1. Produktionsforholdene i de to staldsektioner

Figur A1. Skitse af staldsektionerne (tegning: Anders Leegaard Riis, billede nr. 6106)

Tabel A2. Indsættelse- og leveringsdato samt ind- og afgangsvægt for de to hold grise

Tabel A3. Tidspunkter for opsamling af luftprøver til olfaktometrisk bestemmelse af lugtkoncentration

Figur A2. Lugtemissionen fra forsøgssektionen med reduceret luftskifte og kontrolsektionen med normalt luftskifte ved to hold grise. Hvert punkt dækker over 1 til 3 olfaktometriske lugtmålinger for den enkelte måledag, som angivet i tabel A3
(figur: Anders Leegaard Riis, billede nr. 9082)

 

Figur A3. Luftydelsen i forsøgssektionen med køling af den indtagne luft og i kontrolsektionen med normalt luftskifte ved to hold grise
(figur: Anders Leegaard Riis, billede nr. 9086)

Figur A4. Temperatur i forsøgssektionen med køling af den indtagne luft og i kontrolsektionen med normalt luftskifte sammenlignet med udetemperaturen ved to hold grise
(figur: Anders Leegaard Riis, billede nr. 9088)

Figur A5. Kuldioxidkoncentration i forsøgssektionen med køling af den indtagne luft og i kontrolsektionen med normalt luftskifte ved to hold grise
(figur: Anders Leegaard Riis, billede nr. 9087)

 

Figur A6. Ammoniakkoncentration i forsøgssektionen med køling af den indtagne luft og i kontrolsektionen med
normalt luftskifte ved to hold grise (figur: Anders Leegaard Riis, billede nr. 9089)