Bovema S-air to-trins luftrenser afprøvet i en smågrisestald under sommerforhold

Dansk Svineproduktion er i disse år med i udviklingen og afprøvningen af mange forskellige teknikker til rensning af ammoniak og lugt fra afgangsluften i svinestalde. Flere teknikker har vist at kunne reducere ammoniak med god effekt, hvorimod lugtreduktionen har været mere vanskelig [1], [2], [3], [4].

Det hollandske firma Bovema S-air B.V. har siden begyndelsen af 1990érne fabrikeret luftrensere, der er monteret i flere lande i Europa. Indtil nu har firmaet leveret komplet luftrensning til 350 svinebrug i Europa. Den afprøvede luftrenser fra Bovema S-air B.V. er en to-trins renser, som forhandles under navnet Bovema S-air. I Danmark forhandles den af FarmTech a/s. Luftrenseren Bovema S-air 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 luftrenseren er certificeret til at frarense mindst 95 pct. af ammoniakfordampningen [5]. På baggrund af dette certifikat er luftrenseren Bovema S-air en af de svovlsyrerensere, der kan vælges i de danske BAT-byggeblade.

Dansk Svineproduktion har afprøvet Bovema S-air luftrenseren i en slagtesvinestald over et års drift [6]. Afprøvningen viste, at Bovema S-air luftrenseren statistisk sikkert reducerede ammoniakkoncentrationen i luften fra slagtesvinestalden med 97 pct. Til gengæld var der ingen statistisk sikker effekt på luftrenserens evne til at reducere lugtkoncentrationen i luften fra stalden. Afprøvningen dokumenterede endvidere, at der var perioder med ustabilitet i luftrenserens drift. For at undersøge Bovema S-air luftrenseren i en smågrisestald blev nærværende afprøvning foretaget. 

Formålet med afprøvningen var primært at undersøge Bovema S-air luftrenserens evne til at reducere ammoniak- og lugtkoncentrationen i afgangsluften fra en smågrisestald om sommeren samt sekundært at opgøre syre-, vand- og el-forbrug til luftrenseren.

Afprøvningen blev gennemført i en smågrisestald med ni sektioner, som hver var indrettet med 12 stier á ca. 25 grise med opstaldning fra 7 til 30 kg, svarende til i alt 2.700 stipladser. Stiindretning var med 1/3 fast gulv, 1/3 drænet gulv og 1/3 støbejernsrist. Stalden var derudover indrettet med vådfodring, rum- og gulvvarme samt overdækket leje. Træklodser blev anvendt som rode- og beskæftigelsesmateriale. Ventilationsanlægget var fra Fancom med diffust tilførsel af luft via mineraluld og troltektplader, og afgangsluften fra de ni sektioner blev samlet i en fælles ventilationskanal via ø560 spjældmoduler med integreret målevinge placeret i loftet i de enkelte sektioner.

Anlægget var opbygget til delrensning af afgangsluften. Luften fra ventilationskanalen blev som udgangspunkt suget ud via to frekvensregulerede ventilatorer, hvortil Bovema S-air luftrenseren var tilsluttet. De to ventilatorer var dimensioneret til en samlet maksimal kapacitet på 25.000 m³/time. I tilfælde af at behovet for ventilation i stalden oversteg 25.000 m³/time, var der som supplerende udsugning yderligere to frekvensregulerede ventilatorer monteret i kanalens top, som kunne indkobles. Luften fra de to ventilatorer i kanalens top havde en samlet maksimal kapacitet på 48.000 m³/time og var ikke tilsluttet Bovema S-air luftrenseren. På de fire udsugningsventilatorer var der monteret målevinger, således at den aktuelle luftydelse gennem luftrenseren og den supplerende udsugning kunne registreres.

Opbygning af Bovema S-air luftrenseren

Luftrenseren Bovema S-air var opbygget som en kemisk to-trins renser, figur 1. Luftrenserens to trin bestod af filterelementer konstrueret af plast, hvor luften blev blæst igennem. Arealet af filterelementerne var på 3,84 m². Filterelementet i trin 1 blev overrislet med vand. I trin 2 blev filteret overrislet 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 én gang dagligt blev lænset ca. 100 liter vand, som blev ledt til gylletanken. I syredelen, trin 2, blev der lænset, når indholdet af ammoniumkvælstof oversteg et vist niveau. Den lænsede mængde væske blev opsamlet i en opsamlingstank, se appendiks figur 10.

Figur 1. Skitse af Bovema S-air luftrenseren. I det første trin, som luften fra stalden passerede, overrisledes filterelementet med vand, mens filterelementet i trin 2 overrisledes med svovlsyre (pH 1,5) inden luften blev ledt ud i det fri

Registreringer

I november 2005 blev stalden opført. Samtidig med staldens opførelse blev luftrenseren etableret, men på daværende tidspunkt kun med ammoniakrensningen via trin 2, syredelen. I juli 2006 blev luftrenseren udbygget med trin 1, vanddelen, således at to-trins renseren var i drift den 13. juli 2006, hvor også afprøvningen blev opstartet. Luftrenserens drift blev fulgt over tre måneder fra den 13. juli 2006 til og med den 13. oktober 2006. Efter én måneds indkøring af luftrenseren blev der på ti måledage foretaget målinger for at dokumentere luftrenserens effektivitet med hensyn til lugt- og ammoniakreduktion. Målingerne blev foretaget fra den 10. august 2006 til den 18. september 2006.

Lugtmålingerne 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 [7]. 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 ved hvert målested. Luftprøverne blev opsamlet henholdsvis mellem kl. 12-13 og efter kl. 13.30.

De seks luftprøver fra hver måledag blev sendt til Slagteriernes Forskningsinstitut, Roskilde til olfaktometrisk lugtanalyse, hvor de blev analyseret den følgende dag. Lugtprøverne blev analyseret af et lugtpanel i henhold til Dansk Standard [7].

Efter opsamling af de enkelte luftprøver blev der foretaget måling af ammoniak- og kuldioxidkoncentrationen ved de tre målesteder. Målingerne af ammoniakkoncentration blev foretaget med Kitagawa sporgasrør 105SD, mens kuldioxidkoncentrationen blev målt med Kitagawa sporgasrør 126SF.

Luftydelsen i de enkelte staldafsnit og på hver af de fire ventilatorer blev kontinuerligt logget hver 10. minut via Fancom F-central. Antallet af dyr og dyrenes vægt i staldsektionerne blev registeret ved prøveudtagningen. Dyrenes vægt blev udover den visuelle vurdering også sammenholdt med indsættelsesvægten, daglig tilvækst og antallet af dage fra indsættelse.

Sekundært blev luftens temperatur og relative fugtighed målt før og efter luftrenseren ved opsamling af hver luftprøve. Udeluftens temperatur og relative fugtighed blev målt før opsamling af 1. luftprøve og efter opsamling af 2. luftprøve. Målinger af luftens temperatur og relative fugtighed blev foretaget med en TSI VelociCalc 8347. Luftrenserens tryktab blev målt med et manometer. Energiforbrug til henholdsvis drift af luftrenser, de to ventilatorer, der pressede luft gennem luftrenseren og de to supplerende ventilatorer, blev registreret separat med elmålere.

Lugtemissionen blev beregnet ud fra den analyserede lugtkoncentration og ventilationsydelsen 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.

Ved de ti måledage fra den 10. august 2006 til den 18. september 2006, hvor der blev foretaget ammoniak- og lugtmålinger på luftrenseren, var den gennemsnitlige belægning i stalden på 2.606 ± 130 smågrise med en gennemsnitlig vægt på 18,8 ± 2,5 kg. Målinger af temperaturer, ammoniak- og lugtkoncentrationer på de enkelte måledage kan ses i appendiks figur 1-4.

Ammoniak

Ved at lede luften fra smågrisestalden gennem trin 1 i Bovema S-air luftrenseren blev der målt en statistisk sikker højere ammoniakkoncentration, tabel 1. Dette skyldtes formentligt, at der indstillede sig en ligevægt mellem koncentration af ammoniak i luften og ammoniumsindholdet i vandet, som recirkuleredes over trin 1. Det formodes at koncentrationen af ammoniak i afgangsluften var højere om natten end om dagen. Det vil da få ammoniumsindholdet i væsken til at stige om natten. Det ekstra høje indhold af kvælstof i vandet vil derefter fordampe i dagtimerne, hvorved der registreres en højere ammoniakkoncentration efter trin 1 end før trin 1. Ammoniakkoncentrationerne fra de enkelte målinger kan ses i appendiks figur 1.

Efter luften havde passeret luftrenserens trin 2 blev der registreret en statistisk sikker lavere ammoniakkoncentration og dermed ammoniakemission på den del af luften, som blev ledt gennem luftrenseren. Bovema S-air luftrenseren var 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 

Der blev ikke fundet nogen statistisk sikker forskel på lugtkoncentrationen ved at lede luften fra smågrisestalden gennem Bovema S-air luftrenseren, tabel 2. Lugtkoncentrationen blev ikke reduceret ved at lede luften gennem trin 1 eller gennem både trin 1 og trin 2. Lugtkoncentrationerne fra de enkelte målinger kan ses i appendiks figur 2. Målingerne viste, at trin 1 i luftrenseren ikke reducerede ammoniak- eller lugtkoncentrationen i afgangsluften fra en smågrisestald. Firmaet Bovema S-air B.V. har som konsekvens af dette besluttet at indstille markedsføringen af vanddelen, trin 1, før 2. generation er udviklet. Den gennemsnitlige lugtemission fra stalden var på måledagene 637 OU_E/s/1000 kg dyr (95 pct. konfidensinterval: 510 – 796), hvilket i nogen grad skyldtes svineri på det faste gulv i stierne.

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

Syre-, vand- og elforbrug samt drift mv.

I tabel 3 er angivet syre- og vandforbruget til luftrensning samt elforbruget til luftrenseren og ventilation i afprøvningsperioden. I hele perioden blev der anvendt 108 liter svovlsyre til at frarense ammoniakken i den del af staldluften, som blev ledt gennem renseren. 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 ca. 25 g NH₃-N pr. time. Dette stemmer meget pænt overens med den beregnede ammoniakemission på 26,6 g NH₃-N pr. time i tabel 1.  

Generelt var ammoniakkoncentrationen i staldluften på et meget lavt niveau, jf. tabel 1. Det medførte, at massefylden i den recirkulerede væske i trin 2 kun steg fra 1,02 til 1,06 fra den 10. august til den 13. oktober 2006. I den 3 måneders afprøvningsperiode blev der ikke opsamlet en mængde ammoniumkvælstof svarende til niveauet for lænsning. Der blev først lænset fra trin 2 den 1. december 2006 efter 4½ måneders drift.

Vandforbruget til luftrenseren blev i afprøvningsperioden registeret til 94.447 liter svarende til 1.027 liter pr. dag, tabel 3. Der blev kun lænset 9.684 liter vand fra luftrenseren i perioden. Årsagen til den store forskel mellem vandforbruget og den lænsede mængde vand skyldtes den almindelige fordampning, som luften gennem luftrenseren medførte, figur 2. Som det ses af tabel 3, krævede ventilationen væsentlig mere el end selve luftrenseren. Elforbruget til ventilation igennem luftrenseren var også noget højere end elforbruget til den supplerende ventilation, når der tages højde for den noget lavere luftydelse igennem luftrenseren i forhold til den supplerende ventilation. Årsagen, til at elforbruget til ventilationen gennem luftrenseren var højere end elforbruget til den supplerende ventilation. skyldtes, at ventilatorerne skulle overvinde det tryktab, der var over luftrenseren. Det skal understreges, at elforbruget til ventilation og særligt til den supplerende ventilation registreret i afprøvningsperioden ikke er repræsentativt for hele året. I vinterhalvåret vil der ikke være behov for nær den samme ventilation som om sommeren, hvorved elforbruget til ventilationen over året naturligvis vil være mindre.

Tabel 3. Forbrug af syre, vand og el i afprøvningsperioden, 13. juli til 13. oktober 2006

Luftydelse gennem luftrenseren og ved den supplerende ventilation samt tryktabet over luftrenseren ved de enkelte måletidspunkter for lugtmålingerne er illustreret i figur 2. Den 18. september var den sidste dag, der blev foretaget lugtmåling. Det ses af figur 2, at luftydelsen gennem luftrenseren og den supplerende ventilation var nogenlunde stabilt ved de enkelte måledage fra den 10. august til og med den 11. september. I perioden fra den 11. september til den 21. september faldt luftydelsen gennem luftrenseren fra gennemsnitlig 24.000 m³/time til ca. 17.000 m³/time. I samme periode blev der observeret et øget tryktab gennem luftrenseren fra ca. 110 Pa ved normal drift og op til 190 Pa. Årsagen til dette var, at filterelementerne i denne periode blev tilstoppet pga. støv og svampevækst, se figur 3 og 4. Det var bemærkelsesværdigt, at denne tilstopning skete over en periode på under 10 dage. Det understreger vigtigheden af, at luftrensningsanlæg kræver løbende tilsyn og jævnlige vask af filterelementerne for at sikre en jævn luftgennemstrømning i luftrenseren.

Figur 2. Luftydelsen gennem luftrenseren og den supplerende ventilation samt tryktabet over luftrenseren ved de enkelte måledage

 

Figur 3. Tilstoppet filterelement af støv og svampevækst. (Foto: Thomas Ladegaard Jensen, billede nr. 9850)

 

Figur 4. Dråbefanget efter filterelementet i trin 1. Dråbefanget buler ud for neden som følge af et øget tryktab i gennem luftrenseren idet filterelementet er tilstoppet af støv og svampevækst. (Foto: Thomas Ladegaard Jensen, billede nr. 9849)

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 98,9 pct. (95 pct. konfidensinterval: 98,3 – 99,6). Ved at lede luften gennem Bovema S-air luftrenseren var der derimod ingen statistisk sikker lugtreduktion målt ved olfaktometri. Som konsekvens af dette har firmaet Bovema S-air B.V. besluttet at indstille markedsføringen af vanddelen, trin 1, i luftrenseren, som et filter til lugtreduktion, før 2. generation er udviklet.

I den sidste del af den tre måneders afprøvningsperiode blev det observeret, at filterelementet i luftrenseren i løbet af ca. 10 dage blev tilstoppet med støv- og svampevækst. Det understreger vigtigheden af, at luftrenseren kræver jævnlige tilsyn og rengøring for at sikre en jævn luftgennemstrømning igennem renseren.

  
Deltagere
Statistiker Mai Britt Friis-Nielsen, Dansk Svineproduktion
Tekniker Michelle Christiansen, Dansk Svineproduktion
Ventilationskonsulent Peter Hansen, Danish Exergy Technology – DXT

Afprøvning: 860