Delrensning med to-trins Bovema S-air luftrenser i en slagtesvinestald

Det hollandske firma Bovema S-air B.V. har siden begyndelsen af 1990’erne fabrikeret luftrensere, der er monteret i flere lande i hele Europa. Indtil nu har firmaet leveret komplet luftrensning til 350 svinebrug i Holland og resten af Europa. Bovema S-airs luftrenser forhandles i Danmark af firmaet FarmTech a/s. Som det første sted i Danmark havde firmaet solgt et anlæg med central ventilationskanal med Bovema S-air luftrenser til slagtesvinestalden, hvor afprøvningen fandt sted.

Luftrenseren er afprøvet i Holland i forbindelse med det såkaldte ”Groen Label” certificeringssystem, hvor Groen Label certifikat gives til tekniske løsninger, der kan fjerne en stor del af ammoniakken fra staldluften. Bovema S-air ECO 95+ luftrenser er certificeret til at frarense mindst 95 pct. af ammoniakfordampningen [1]. På baggrund af dette certifikat er luftrenseren fra Bovema S-air et af de svovlsyrerenser man kan vælge i de danske BAT-byggeblade.

Imidlertid er der i Holland kun foretaget relativt få målinger af denne og andre luftrensere med syre med hensyn til at reducere lugten [2]. Disse målinger har ikke vist nogen eller kun en ringe evne til at reducere lugten. Af denne årsag havde Bovema S-Air valgt at udbygge deres traditionelle luftrenser med et lugtrensningsmodul. Dette modul bestod af et filterelement, der blev sat ind foran syrerensningsmodulet. Filteret blev konstant overrislet med vand, der cirkulerede i et separat system. Der blev kontinuerligt tilsat vand i takt med, at vandet fordampede samt en lille del blev lænset til gyllekanal.

Det var afprøvningens formål at dokumentere, i hvor høj grad to-trins luftrenseren fra Bovema S-air kunne reducere ammoniak- og lugtemissionen fra en slagtesvinestald.

To-trins luftrenseren fra Bovema S-Air blev etableret i forbindelse med en nyetableret slagtesvinestald med 1.600 stipladser fordelt på fem sektioner. Slagtesvinestalden var indrettet med vådfodring, diffust luftindtag og delvist fast gulv i en tredjedel af lejearealet.

Ventilationssystemet var af fabrikatet Fancom og opbygget med en central ventilationskanal i loftsrummet. Ventilationskanalen var uisoleret og opbygget af OSB-krydsfinersplader. Anlægget var opbygget til delvis rensning af afgangsluften, dvs. at luften blev suget ud via dels tre frekvensregulerede ventilatorer i gavlen, hvortil Bovema S-airs luftrenser var tilsluttet, dels fire on/off-regulerede ventilatorer monteret i kip med afkast til det fri. Ventilatorerne i gavlen havde en maksimal kapacitet på ca. 45.000 m³/time, mens de fire ventilatorer i staldens kip havde en maksimal kapacitet på ca. 100.000 m³/time. På alle afkast fra sektionerne samt på ventilatorer til luftrenser var der monteret målevinger til måling af luftydelsen. Se i øvrigt figur A3-A8 i appendiks A.

Opbygning af Bovema S-air luftrenseren

Luftrenseren Bovema S-air var opbygget som en kemisk to-trins renser, se figur 1. Luftrenserens to trin bestod af filterelementer, hvor luften blev blæst igennem. Filterelementerne i trin 1 blev overrislet med vand. I trin 2, som luften passerede, overrisledes filterelementerne med en svovlsyreopløsning, hvor der blev tilstræbt en pH-værdi på ca. 1,5. Under hvert filterelement var et kar, hvori den recirkulerede væske blev opbevaret. I luftrenserens vanddel, trin 1, var lænsestrategien, at der dagligt blev lænset 100 liter, som blev ledt til gyllekanalen. I syredelen, trin 2, blev der lænset, når indholdet af ammoniumkvælstof oversteg et vist niveau. 

Primære registreringer

Lugtmålinger blev foretaget ved opsamling af en repræsentativ luftmængde før trin 1, mellem trin 1 og trin 2 og efter trin 2 ved luftrenseren. Ved hvert af de tre målesteder blev der opsat en Teflon^TM slange, der var monteret til en 30 liter Tedlar^® 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. Prøverne blev udtaget i henhold til Dansk Standard [3]. Heri angives ikke, hvor hurtigt luftprøverne skal opsamles, men det blev valgt at fylde poserne med 1,0 liter pr. minut, hvorved poserne blev fyldt over ca. 30 min. På hver måledag blev der opsamlet to luftprøver henholdsvis mellem kl. 12-13 og efter kl. 13.30. I alt 6 luftprøver blev sendt til Slagteriernes Forskningsinstitut for analyse den følgende dag. I perioden august 2005 til april 2006 blev der foretaget målinger 15 dage, to dage blev der dog kun udtaget 3 luftprøver.

Et komplet sæt lugtmålinger omfattede følgende registreringer:

• Dato og klokkeslæt for start og slut for udtagning af luftprøven
• Lugtkoncentration angivet i OU_E
• Ventilationsprocenten og luftydelse aflæst på styreenheden under målingen.
• Kuldioxidkoncentration ude og inde ved anvendelse af sporgasrør af fabrikatet Kitagawa SF 126SF
• Ammoniakkoncentration ude og inde ved anvendelse af sporgasrør af fabrikatet Kitagawa 105 SD
• Temperatur ude og inde, henholdsvis start og slut for udtagning af prøve. Temperaturer blev aflæst på ventilationsstyreenhed.

Sekundære registreringer

Der blev foretaget følgende registreringer:

• Tryktab over filteret målt med manometer
• Elforbrug til ventilation og luftrensningssystemets pumper
• Syre- og vandforbrug
• Mængde og indhold af kvælstof og svovl i den opsamlede rensevæske analyseret for pH, total-N, NH₃-N, tørstof og total-S
• Produktionsmæssige forhold, afvigelser ved luftrensningsanlæg mv. noteredes i logbog.

Lugtemissionen blev beregnet ud fra den analyserede lugtkoncentration og ventilationsydelsen ved følgende formel:

Ammoniakemissionen før og efter luftrenseren blev beregnet ud fra de enkelte målinger ammoniakkoncentration og ventilationsydelse ved følgende formel:

Statistik

De logaritme transformerede lugtkoncentrationer og -emissioner før trin 1, mellem trin 1 og trin 2, og efter trin 2 ved luftrenseren blev analyseret i en variansanalyse med proceduren MIXED i SAS under hensyn til gentagne målinger pr. dag. Ammoniakkoncentrationer og -emissioner før trin 1, mellem trin 1 og trin 2, og efter trin 2 ved luftrenseren blev analyseret efter samme model som for lugtemissionen. De procentuelle reduktioner af ammoniak- og lugtkoncentrationer blev analyseret i en variansanalyse med proceduren MIXED i SAS under hensyn til gentagne målinger pr. dag.

Resultater og diskussion

Ved målingerne fra den 22. august 2005 til den 3. april 2006, hvor der blev foretaget ammoniak og lugtmålinger på luftrenseren, var den gennemsnitlige belægning i stalden på 1.140 ± 316 slagtesvin med en gennemsnitlig vægt på 60 ± 15 kg. I alt blev der foretaget 28 komplette måleserier. De enkelte målinger vedrørende luftydelse og temperatur samt ammoniak- og lugtmålinger fremgår af figur B1-B7 i appendiks B.

Ammoniak

Målingerne viste, at trin 1 i Bovema S-air luftrenseren ikke reducerede ammoniakkoncentrationen. Som det fremgår af figur B6 i appendiks B, var ammoniakkoncentrationen endda højere efter trin 1 ved mange målinger i efteråret 2005. Det skyldtes formentlig, at der i den væske, som recirkuleres over trin 1, indstiller sig en ligevægt mellem koncentrationen af ammoniak i luften og ammoniumindholdet i væsken. Om natten, hvor koncentrationen af ammoniak i afgangsluften er høj, vil ammoniumindholdet i væsken stige. Det ekstra høje indhold af kvælstof i væsken vil derefter fordampe igen i dagtimerne, hvorved der kan registreres en højere ammoniakkoncentration efter trin 1 end før trin 1.

Efter luften havde passeret luftrenserens trin 2 blev der registreret en statistisk sikker lavere ammoniakkoncentration og -emission. Bovema S-air luftrenseren var dermed i stand til at reducere koncentrationen af ammoniak i afgangsluften fra stalden til et niveau tæt på nul.

Tabel 1. Ammoniakkoncentration og -emission før trin 1, mellem trin 1 og 2 og efter trin 2 i luftrenseren samt den procentvise reduktion over de to trin. 95 pct. konfidensinterval er angivet i parentes

Lugt

I den statistiske analyse af måledata blev målingen den 11. oktober 2006 udeladt, da luftrenseren havde været ud af drift i timerne før målingerne blev foretaget. Der blev ikke fundet nogen statistisk sikker forskel på lugtkoncentration ved at lede luften fra slagtesvinestalden gennem både trin 1 og trin 2 ved Bovema S-air luftrenseren, se tabel 2. Men lugtkoncentrationen gennem trin 1 var dog reduceret med 13 %. Lugtkoncentrationerne fra de enkelte målinger kan ses i appendiks B figur B3-B5. Den gennemsnitlige lugtemission fra stalden var 389 OU_E/s/1000 kg dyr (95 pct. konfidensinterval: 250 - 606). Det var et relativt højt niveau, hvilket tilskrives udtalt svineri på det faste gulv sommer og efterår 2005.

Tabel 2. Lugtkoncentration og -emission før trin 1, mellem trin 1 og 2 og efter trin 2 i luftrenseren samt den procentvise reduktion over de to trin. 95 pct. konfidensinterval er angivet i parentes

Syreforbrug, lænset vand og syre samt elforbrug

Syreforbrug, lænset vand og syre samt elforbrug er vist i tabel 3 samt i figur B8-B10 i appendiks B. Syreforbrug blev målt i perioden 6. november 2005 til 3. april 2006, og det gennemsnitlige forbrug var 7,6 liter pr. døgn. Det skal bemærkes, at forbruget er målt i vinterperioden, og det må forventes at være lavere i sommerperioden. Under forudsætning af at 96 pct. svovlsyre har en massefylde på ca. 1,8 kg/l, og et svovlsyremolekyle kan binde to ammoniakmolekyler, kan det beregnes, at den forbrugte mængde svovl kunne binde 3,9 kg NH₃-N pr. dag svarende til godt 160 g NH₃-N pr. time. Dette stemmer pænt overens med punktmålingerne af ammoniakemission før og efter luftrenseren, se figur B7 i appendiks B.

Den 3. april 2006 umiddelbart før gødningssæsonen, blev der udtaget en prøve af den lænsede væske i den tankvogn, der blev brugt til lagring af ammoniumkvælstof fra syrerensningen, se billede A7 i appendiks A. N-indholdet var noget lavere, end det forventede indhold på ca. 5 pct. En mulig årsag til afvigelsen var ifølge firmaet, at der var sket en utilsigtet fortynding med vand fra trin 1, i en periode dråbefanget fra filter 1 havde været vendt forkert. Den daglige opsamling af kvælstof kan beregnes til ca. 3,5 kg NH₃-N, når der lænses 104 liter væske pr. dag med en massefylde på ca. 1,15 kg/liter.

Tabel 3. Forbrug af syre, lænset vand fra luftrenser og el i afprøvningsperioden. Syreforbrug er målt i perioden 6. november 2005 til 3. april 2006. Lænsede væsker er målt i perioden 17. august 2005 til 3. april 2006. Elforbrug er målt i perioden 17. august 2005 til 3. juli 2006

Tabel 4. Analyse af væske fra syrerenser udtaget den 3. april 2006 fra tankvogn

Det årlige elforbrug til luftrensning og ventilation kan henholdsvis beregnes til 5.830 og 62.940 kWh. Sidstnævnte må dog forventes at være lidt underestimeret, idet der mangler 45 dages sommerventilation fra sommerperioden i gennemsnittet. Ifølge firmaet skulle man forvente et forbrug på ca. 3.000 kWh ved en syrerrenser med en pumpe til cirkulering af rensevæske og cirka det dobbelte ved en to trins luftrenser med to pumper. Det målte forbrug stemmer således godt overens med det forventede forbrug.

Det målte energiforbrug til ventilation vil svare til 39,3 kWh pr. stiplads årligt eller ca. 10 kWh pr. produceret slagtesvin. Det er i den høje ende sammenlignet med, at et normalt ventilationsanlæg uden luftrensning bruger 6-8 kWh pr. produceret slagtesvin. Ved Den rullende Afprøvning er der registreret elforbrug til ventilation varierende fra 4-12 kWh pr. produceret slagtesvin.

Driftsikkerhed

Som det fremgår af tabel 5, har der været en række driftsforstyrrelser ved luftrenser, ventilationsanlæg og den centrale ventilationskanal. Disse elementer var alle delelementer af luftrensningsanlægget.

Tabel 5. Forhold vedrørende drift, luftrensning, ventilation mm., som blev noteret i logbog i afprøvningsperioden 17. august 2005 til 3. juli 2006

De driftsforstyrrelser, der var ved selve luftrenseren, var bl.a. et udslag af, det var en ny type med to trin i stedet for kun et trin med syrerensning, der blev afprøvet. Selve syredelen fungerede stort set problemfrit.

Med hensyn til dimensionering og styring af ventilationsanlæg var der en række problemer. Anlægget var opbygget som delrensning, hvor det kun var ca. en tredjedel af maksimal ventilationskapacitet, der kunne renses. Det gav sig til tider udslag i meget fluktuerende ventilationsydelser i de enkelte staldafsnit, fordi samspillet mellem styring af ventilationen i de enkelte staldafsnit samt fordeling af luften mellem frekvensregulerede ventilatorer til luftrenser og trinvis indkoblede ventilatorer til det fri ikke var god nok. Det må derfor frarådes at lave en opbygning med on/off indkobling af supplerende ventilation til det fri fra en central kanal, fordi det giver voldsomme tryksvingninger og dermed fluktuerende ventilationsydelser i de enkelte staldafsnit. Denne opbygning af ventilationsanlæg laver firmaet ikke mere.

Udformning og materialevalg ved den centrale ventilationskanal var ikke acceptabel. Som det fremgår af billede A4 og A5 i appendiks A, var der massive kondensproblemer samt svampevækst på kanaloverfladen, som følge af at kanalen ikke var isoleret og lavet i OSB-krydsfinerplader. Generelt skal centrale ventilationskanaler være isolerede. Da svampevækst på krydsfinersplader selv i isolerede kanaler ikke kan undgås, må det af hensyn til holdbarheden frarådes at anvende krydsfinersplader.

Logbogen viste, at regelmæssig kontrol og vedligehold af luftrenser var nødvendig for dels at undgå driftsforstyrrelser, dels at opdage driftsforstyrrelser så tidlig som muligt.

Afprøvningen har vist, at Bovema S-air luftrenseren statistisk sikkert kunne reducere ammoniakkoncentrationen i den del af staldluften, som blev ledt igennem renseren. Ammoniakreduktionen over luftrenseren var gennemsnitlig 96,9 pct. med 95 pct. konfidensintervallet [95,7;98,2]. Der var ingen statistisk sikker reduktion i lugtkoncentration målt olfaktometrisk ved at lede luften gennem Bovema S-air luftrenseren. Lugtmålingerne over det første trin (vandfilteret) viste, at der var en lille statistisk sikker lugtreduktion på 13 pct. med 95 pct. konfidensintervallet [0;25].

Afprøvningen viste, at selv om syrerensningen var effektiv, så kræver en tilfredsstillende løsning med centralkanal og delrensning af luften også, at mange andre forhold som dimensionering og styring af ventilationsanlæg samt udformning og materialevalg ved central ventilationskanal forbedres. Belært af erfaringerne fra det første anlæg opbygges de nye anlæg på en anden måde. Specielt vedr. opbygning af den centrale ventilationskanal er isolering nødvendig, og materialer som krydsfinerplader må frarådes.

    
Deltagere
Statistiker Mai Britt Friis-Nielsen, Dansk Svineproduktion
Tekniker Ann Edal, Dansk Svineproduktion
Konsulent Henriette Viuf Steinmetz, Dansk Svineproduktion

Afprøvning: Afprøvning 860 Bovema S-Air to-trins luftrenser