Tilsætning af brintoverilte til forsuret gylle i slagtesvinestald med drænet gulv

Et anlæg til brintoveriltebehandling af forsuret gylle blev afprøvet i fire identiske slagtesvinesektioner med ca. 300 stipladser i hver sektion. Stierne var indrettet med drænet gulv i lejearealet og spaltegulv i den resterende del. To sektioner var kontrolsektioner og indrettet med traditionel gylleudslusning fra 60 cm dybe kummer. I de to andre sektioner blev gyllen sluset ud en gang dagligt til en procestank, hvor gyllen blev forsuret og efterfølgende behandlet med brintoverilte, hvorefter den blev pumpet tilbage til stalden.

Der blev ikke fundet nogen statistisk sikker reduktion i lugtemissionen, men der blev fundet en statistisk sikker og høj ammoniakreduktion på 85 pct. (P<0,001) ved at brintoveriltebehandle og forsure gyllen. Der var ingen forskel i produktionsresultaterne.

Med de aktuelle prisrelationer og forbrug er brintoveriltebehandling af forsuret gylle urealistisk dyr. De samlede omkostninger til drift af anlægget alene beløber sig til 30-31 kr. pr. produceret slagtesvin, hvoraf forbruget af brintoverilte udgør 20 kr. Dette var årsagen til, at det daværende firma Staring Miljø A/S, i dag Infarm A/S stoppede videreudvikling af anlægget.

Baggrund

Gårdejer og opfinder Jens Østergård Jensen udviklede i 2000-02 et system til forsuring af gylle ved tilsætning af ca. 0,5 vægtprocent koncentreret svovlsyre i bunden af en procestank med gylle. Dette koncept blev senere solgt til Staring Miljø A/S, der sammen med Jens Østergård Jensen videreudviklede anlægget og markedsførte det. Udvikling, produktion og salg af forsuringsanlæg er i dag overgået til firmaet Infarm A/S.

I 2002-04 gennemførte Den rullende Afprøvning en undersøgelse af det første forsuringsanlæg [1]. Afprøvningen viste, at anlægget var effektivt til at forsure gyllen. Dette resulterede i en reduktion af ammoniakfordampning på 70 pct. fra stalden og efterfølgende også reduktion ved lagring og udbringning af gyllen. Imidlertid viste lugtmålingerne, at der ikke blev opnået nogen reduktion i lugtemissionen.

Staring Miljø A/S arbejdede videre med denne problemstilling og udviklede et ekstra modul til forsuringsanlægget, så den forsurede gylle kunne iltes ved tilsætning af brintoverilte. Tilførslen af brintoverilte blev styret, så der altid var ilt tilstede i den forsurede gylle.

Formålet med afprøvningen var at afklare, om det var muligt at opnå lugtreduktion ved at tilsætte brintoverilte til forsuret gylle.

Materiale og metode

Afprøvningen blev gennemført i en slagtesvinestald opdelt i seks identiske sektioner indrettet med drænet gulv i lejeareal og spaltegulv i den resterende del af stien, se illustrationer i appendiks A.

Af de seks sektioner indgik kun de fire sektioner i afprøvningen. To af disse sektioner blev etableret med forsuring og brintoveriltebehandling af gyllen, mens de to andre sektioner blev etableret som kontrolsektioner, hvor gyllen blev håndteret på traditionel vis med rørudslusning fra 60 cm dybe gyllekummer. I sektionerne med forsuret og brintoveriltebehandlet gylle skete returskylning af den behandlede gylle via det traditionelle 315 mm gyllerør, se skitser og billeder i appendiks A. De øvrige data vedr. staldindretning fremgår af tabel 1.

Tabel 1. Stald- og stiindretning

Antal staldsektioner	6 hvoraf de 4 indgik i afprøvningen
Sektionsdimensioner, m	21,2 × 10,8
Loftshøjde, m	2,55
Antal stier pr. sektion	16
Stidimensioner, m	4,9 × 2,65
Gulvudformning	1/3 drænet gulv i lejeareal og 2/3 spaltegulv i aktivitets- og gødeareal
Inventar	Lukkede stiadskillelser, men åbne i gødeareal og mod gangareal
Ventilation	Diffust luftindtag og udsugning via tre stk. Skov DA 600-3 uden konus. To enheder var trinløst reguleret, mens den tredje var on/off-reguleret.
Undertryk ved maks. ventilation	30 Pa
Ydelse ved maks. ventilation	28.400 m³/time¹⁾
Fodringsprincip	Tørfodring ad lib fra rørudfodringsautomater
¹⁾ Ifølge prøverapport 911 fra DjF, Forskningscenter Bygholm [2] skulle hver af de anvendte udsugningsenheder yde 10.000 m³/time ved 30 Pa’s undertryk, dvs. en maksimal anlægsydelse på 30.000 m³/time. Årsagen til forskellen vurderes først og fremmest at være den manglende konus på udsugningsenhederne. Desuden vil et længere rørstykke og tilsmudsning af udsugningsenheden medføre en reduktion af ydelsen.

Registreringer

De primære registreringsparametre var ammoniak- og lugtemission.

Lugtemission

Fire-fem gange pr. hold slagtesvin blev der opsamlet en luftprøve via 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, se illustration i appendiks A. 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 en luftprøve pr. sektion i perioden kl. 11.00 til 14.00. Prøverne blev analyseret den efterfølgende dag på Slagteriernes Forskningsinstituts Lugtlaboratorium i Roskilde.

I forbindelse med hver udtagning af en lugtprøve blev følgende supplerende registreringer foretaget:

Dato og klokkeslæt for start og slut for udtagning af prøve
Luftydelse ved aflæsning af pct. ventilation i ventilationsstyring. Aflæsning af pct. ventilation blev efterfølgende omsat til luftydelse ved måling af luftydelse med en målevinge af typen Fancom AT(M) unit 80. Målevingen blev kalibreret på Forskningscenter Bygholms prøvestand. Anlæggets ydelse blev bestemt ved at måle samtlige udsugningsenheders ydelse 10 steder i reguleringsområdet fra minimum til maksimums ydelse.
Antal og vægt af svinene i hver sektion
Kuldioxidkoncentration med sporgasrør af fabrikatet Kitagawa type 126SF
Ammoniakkoncentration med sporgasrør af fabrikatet Kitagawa type 105SD
Temperatur ude og inde, henholdsvis start og slut for udtagning af prøve

Ud fra lugtkoncentration i OU_E, luftydelse samt antal og vægt af grise blev lugtemissionen beregnet i enheden OU_E/s pr. 1.000 kg dyr.

Ammoniakemission

Ammoniakemission blev bestemt ved at måle ammoniakkoncentration samt beregne luftydelsen indirekte ud fra kuldioxidbalancen. I kuldioxidbalancen beregnes luftydelsen ud fra, at der afgives 185 l kuldioxid pr. time pr. varmeproducerende enhed, vpe (1 vpe = 1000 W total varmeproduktion). Et forhold mellem ammoniak- og kuldioxidkoncentration i ppm på 0,010, hvor ammoniak- og kuldioxidkoncentration er korrigeret for koncentrationen i udeluft, svarer til et årligt ammoniaktab på 9,43 kg NH₃-N pr. varmeproducerende enhed [4].

For at beregne ammoniakfordampningen pr. slagtesvin er det nødvendigt med en omregning af ammoniak kuldioxid forholdet. Et forhold på 0,0105 mellem ammoniak- og kuldioxidkoncentration i ppm korrigeret for koncentrationen i udeluft, svarer til en ammoniakfordampning på 0,45 kg NH₃-N pr. slagtesvin fra 30 til 102 kg (vækstperiode på 84 dage). Dette svarer til ammoniakfordampningen fra et slagtesvin i stalde med drænet gulv i lejeareal. Et slagtesvin udskiller 3,18 kg N ifølge normtal for husdyrgødning 2005-06, hvoraf 14 pct. fordamper som ammoniak fra stalde med drænet gulv i lejeareal [5].

I VE18-udstyret, se appendiks A blev ammoniakkoncentration målt med en sensor af fabrikatet Dräger Polytron 1 med måleområdet 0-100 ppm. Kuldioxid blev målt med en sensor af fabrikatet Dräger Polytron IR CO₂ med måleområdet 0-5.000 ppm.

Ammoniakkoncentration, kuldioxidkoncentration og temperaturer ude og i stalden blev målt en gang hver halve time. Kontrolmålinger med sporgasrør blev foretaget de dage, hvor der blev foretaget lugtmålinger. De elektroniske målinger med VE-18-udstyret blev korrigeret i forhold til kontrolmålingerne. Der blev beregnet et døgngennemsnit for forholdet mellem de enkelte ammoniak- og kuldioxidmålinger korrigeret for udekoncentration.

Sekundære registreringer

Ude- og staldtemperaturer blev logget med VE-10 sensorer en gang hver halve time
P-kontrol på sektionsniveau
Energiforbrug til svovlsyrebehandling samt skylning med gylle.
Svovlsyre- og brintoverilteforbrug pr. produceret slagtesvin
På de 14 måledage, hvor der blev foretaget lugtmålinger, blev der også foretaget måling af svovlbrintekoncentration i staldens udleveringsrum, der også blev skyllet med behandlet gylle.
pH-måling i gylleoverfladen under gangareal i hver sektion i forbindelse med lugtmålinger.

Statistik

Ved hjælp af SAS blev den logaritme-transformerede lugtemission beskrevet ved en generaliseret lineær model med systematisk effekt af behandling, grisenes vægt samt udetemperatur, og tilfældig effekt af hold, staldsektion samt måledag under hensyntagen til, at der var gentagne målinger på samme staldsektion og på samme dag.

Estimaterne for lugtemission er angivet ved en gennemsnitlig vægt af slagtesvin på 65 kg og en udetemperatur på 20 °C.

Ammoniakemissionen blev som lugtemissionen beskrevet ved en generaliseret lineær model med systematisk effekt af behandling, grisenes alder samt udetemperaturen, og tilfældig effekt af hold, staldsektion samt måledag.

Resultater og diskussion

Lugtemission

Der blev ikke fundet en statistisk sikker reduktion i lugtemissionen. Som det fremgår af figur 1-5 i appendiks B, der viser resultatet af de foretagne lugtmålinger fordelt på 14 måledage, var der en meget stor variation i lugtemissionen. Lugtkoncentrationen lå i intervallet 1.000 til 10.000 OU_E/m³. Den gennemsnitlige lugtemission estimeret ved 20 °C på 523 OU_E/s pr. 1.000 kg dyr i kontrolgruppen var lidt højere end standardværdien for slagtesvinestalde med drænet gulv i lejearealet på 450 OU_E/s pr. 1.000 kg dyr [5].

Det skal nævnes, at sammenligningen af lugtemission udelukkende vedrører staldene. Hvorvidt emission fra procestank og lagertank påvirker den samlede lugtemission fra gården, er det ikke muligt at udtale sig om, da der ikke er foretaget målinger.

Ammoniakemission

Som det fremgår af tabel 2 blev der opnået en statistisk signifikant reduktion i ammoniakemissionen ved forsuring og brintoveriltebehandling af gyllen. Det tilskrives først og fremmest, at pH blev reduceret med 1,5-2 pH-enheder, som det fremgår af figur 6 i appendiks B. Reduktionen af ammoniakemissionen ved behandling af gyllen var gennemsnitlig på 85 pct., hvilket var højere end den reduktion på 70 pct., der blev målt ved afprøvning af det første forsuringsanlæg [1]. Det er ikke muligt at afklare, hvorvidt den større reduktion skyldes tilsætning af brintoverilte, eller om det skyldes en mere effektiv forsuring af gyllen som følge af større driftsikkerhed efter, at forsuringsanlægget havde gennemgået en række forbedringer, bl.a. udbygget med vejeceller, større driftsikkerhed af pH-måler, stor procestank og returskylning via 315 mm gyllerør i stedet for lille procestank og returskylning via 110 mm rør. Derudover skal det også bemærkes, at syreforbruget var omkring det dobbelte af det forventede forbrug på ca. 5 kg koncentreret svovlsyre pr. kubikmeter gylle.

Tabel 2. Koncentration og emission af ammoniak og lugt

Ammoniak	Kontrol	Svovlsyre + brintoverilte	Signifikans
Emission, kg NH₃-N pr. slagtesvin¹⁾ 95 pct. konfidensinterval¹⁾	0,43 0,39-0,46	0,06 0,03-0,10	P<0,001
Lugt
Antal hold Antal målinger Koncentration, OU_E/m³ - 95 pct. konfidensinterval Emission, OU_E/s pr. 1000 kg²⁾ - 95 pct. konfidensinterval	6 28 3754 2664-5291 523 343-797	6 28 2863 2031-4034 439 289-670	NS
¹⁾ Standardiseret til 50 dage efter indsættelse, en udetemperatur på 10 °C og en staldtemperatur på 20 °C ²⁾ Standardiseret til 65 kg og en udetemperatur på 20 °C

Der blev foretaget en lineær korrektion af de kontinuerlige ammoniakmålinger på baggrund af kontrolmålingerne, se figur 2 i appendiks C. Gennemsnit af alle målinger for hvert hold er vist i tabel 3.

Tabel 3. Gennemsnit af ammoniakmålinger og supplerende registreringer

Hold

Sektion

Antal målinger

Ude

°C

Stald

°C

NH₃

ppm

CO₂ diff ¹⁾ ppm

Ammoniakemission

Kg NH₃-N pr. prod. slagtesvin

1. kontrol

2. forsøg

3. forsøg

4. kontrol

1815

2054

2389

2523

12,9

13,1

13,5

13,8

18,3

19,2

20,7

20,3

12,0

1,9

2,7

6,5

1105

1078

1002

784

0,48

0,08

0,13

0,44

1. kontrol

2. forsøg

3. forsøg

4. kontrol

3750

3815

3994

3698

18,1

17,8

16,6

15,7

19,9

21,4

21,2

8,8

0,9

2,8

7,5

727

481

737

707

0,55

0,09

0,17

0,50

1. kontrol

2. forsøg

3. forsøg

4. kontrol

3637

3334

2715

6,0

5,4

4,2

15,6

16,7

18,5

17,6

15,4

1,5

3,0

11,3

1744

1508

2008

1572

0,38

0,05

0,06

0,32

¹⁾ Denne kolonne indeholder forskellen mellem kuldioxidkoncentration ude og inde. For at få koncentrationen i stalden skal man tillægge den gennemsnitlige udekoncentration, der blev målt til 379 ppm.

Produktionsresultater

Der blev ikke fundet nogen forskel i produktionsresultaterne mellem forsøg og kontrol, se tabel 4.

Tabel 4. Produktionsresultater

Produktion

Kontrol

Svovlsyre + brintoverilte

Antal hold

Antal producerede slagtesvin

Vægt indsættelse, kg

Slagtevægt, kg

Daglig tilvækst, g

Foderforbrug, FEsv

Kødprocent, pct.

Døde og kasserede, pct.

1764

26,8

83,4

920

2,57

60,0

1,8

1807

29,7

83,7

928

2,56

59,8

1,7

Elforbrug samt forbrug af syre og brintoverilte

Det daglige forbrug af el til drift af forsuringsanlægget lå på 80-90 kWh, forbruget af syre var 50-60 kg pr. dag, mens forbruget af brintoverilte var ca. 50 liter pr. dag. Da forsuring og brintoveriltebehandling omfattede tre sektioner med i alt 900 stipladser svarede det til et elforbrug på 8-9 kWh pr. produceret slagtesvin, et forbrug af koncentreret svovlsyre på 5-6 kg pr. produceret slagtesvin og et brintoverilteforbrug på 5 liter pr. produceret slagtesvin, når der regnes med fire hold slagtesvin årligt.

Hvis elprisen sættes til 0,6 kr. pr. kWh, koncentreret svovlsyre koster 1 kr. pr. kg og brintoverilte til 4 kr. pr. liter, så har der været en ekstra driftsomkostning på 30-31 kr. pr. produceret slagtesvin.

Det registrerede syreforbrug var mere en dobbelt så stort som forventet ved et forsuringsanlæg. Normalt forventes et syreforbrug på 5 kg syre pr. ton gylle, mens der i denne afprøvning er brugt 5-6 kg pr. slagtesvin, der ifølge normtal for husdyrgødning [5] udskiller 0,50 m³ gylle. Hvorvidt merforbruget skyldes brug af brintoverilte eller andre forhold er uafklaret.

Konklusion

Brug af brintoverilte til forsuret gylle er urealistisk dyr, da de samlede omkostninger til drift af anlægget alene beløber sig til 30-31 kr. pr. produceret slagtesvin. Heraf udgør forbruget af brintoverilte 20 kr. Af denne årsag har firmaet ingen planer for at færdigudvikle et anlæg til brintoveriltetilsætning til forsuret gylle.

Referencer

[1]	Pedersen, P., 2004: Svovlsyrebehandling af gylle i slagtesvinestald med drænet gulv. Meddelelse nr. 683, Landsudvalget for Svin.
[2]	DJF, Forskningscenter Bygholm 1997: Prøverapport nr. 911. Skov Udsugningsenheder DA 600. Type ECT 632-6, ECT632-8, DA 600-1, DA 600-2 og DA 600-3
[3]	Dansk Standard: (2003): Luftundersøgelse – Bestemmelse af lugtkoncentration ved brug af dynamisk olfaktometri. DS/EN 13725:2003.
[4]	http://www.staldvent.dk/
[5]	Normtal for husdyrgødning. Kvælstof, fosfor og kalium – normtal 2006. http://www.manure.dk/
[6]	Riis, A. L., 2006: Nye standardtal for lugtemission fra danske svinestalde om sommeren. Meddelelse nr. 742, Landsudvalget for Svin.

Deltagere:

     Tekniker Ib Dahl Jensen, Dansk Svineproduktion
     Tekniker Ann Edal, Dansk Svineproduktion
     Statistiker Mai Britt Friis-Nielsen, Dansk Svineproduktion

Afprøvning: 849 Brintoveriltetilsætning til forsuret gylle

Appendiks A

Figur 1. Afprøvningen blev gennemført i samme besætning som den første afprøvning af forsuringsanlæg fra Staring Miljø A/S blev gennemført [1]. Billedet viser dels noget af anlægget og installationerne fra den første afprøvning, dels den nyere version af forsuringsanlæg kombineret med en stor procestank og palletank med brintoverilte i baggrunden. Selve forsuringsanlægget var placeret på vejeceller, og dosering af svovlsyren blev styret efter vægt. Svovlsyretanken kunne rumme godt 5 tons koncentreret svovlsyre, som har en vægtfylde på 1,84 kg/l. Svovlsyretanken var lavet af almindelig sort jern og var dobbeltskroget som ekstra sikring i tilfælde af lækage. For at forhindre tæring i tanken skulle det forhindres, at der kom fugtig luft i tanken. Derfor var svovlsyretanken udstyret med en tørrepotte placeret over tanken, hvor al luft udefra skulle passere. Fra tanken blev svovlsyre doseret til bunden af procestanken indtil det ønskede pH på ca. 5,5 blev opnået. Efter en hvileperiode – en periode hvor svovlsyren fik tid til at reagere – blev gyllen beluftet for dels at ilte den behandlede gylle for at undgå svovlbrintedannelse, dels drive kuldioxid af for at holde pH på et lavt niveau. Den efterfølgende tilsætning af brintoverilte blev styret ved at måle redoxpotentialet i den forsurede gylle i procestanken. Redoxpotentialet er et udtryk for hvor meget ilt der er til stede i procestanken. Tilsætning af brintoverilte var så stor, at der altid var ilt til stede i procestanken. (billede nr. 0164)

Figur 2. Billederne viser afprøvningsstalden ude- og indefra. Stierne var indrettet med drænet gulv i lejeareal ved ydervæggen og traditionelt spaltegulv i den resterende del. Der blev tildelt tørfoder ad lib fra rørudfodringsautomater. (billede nr. 5695 og 5694)

Figur 3. Skitsen viser hvordan afprøvningsstalden var indrettet. I alt indgik ca. 1200 stipladser fordelt på fire identiske sektioner. To sektioner (sektion 1 og 4) var udformet på traditionel vis med almindelige 60 cm dybe gyllekummer og 315 mm rørudslusning til fortank. De to forsøgssektioner (sektion 2 og 3) havde ligeledes 315 mm rørudslusning til en procestank, hvor gylle blev behandlet med svovlsyre og brintoverilte, og herefter pumpet tilbage til stalden via 315 mm udslusningsrør. (billede nr. 0590)

Billede nr. 4236 Billede nr. 3479

Figur 4. Lugtmålinger blev udført ved, at der over en periode på 30 minutter blev fyldt en 30 liter Tedlar^® pose med luft. Før udtagning af lugtprøven blev posen konditioneret ved at fylde og efterfølgende tømme den for staldluft. Posen blev fyldt indirekte ved at suge luft ud fra den beholder, der omgav posen. Efterfølgende blev poserne transporteret til et lugtlaboratorium, hvor prøverne blev analyseret olfaktometrisk, ved at et lugtpanel lugtede til lugtprøven i forskellige fortyndinger (billede nr. 8189)

Figur 5. Målingen af luftydelsen til brug ved fastlæggelse af lugtemission blev foretaget ved hjælp af en målevinge. Billedet viser en Ø800 enhed med målevinge af fabrikatet Fancom. Luftydelsen var proportional med målevingens omdrejningshastighed (billede nr. 0601)

Figur 6. Kontinuerlige ammoniak- og kuldioxidmålinger blev foretaget med VE 18 Multisensor fra VengSystem. I hver sektion var der placeret en pumpe ved udsugningsenheden, der pumpede 1-2 liter luft pr. minut til VE 18 Multisensor placeret i forrum. I VE 18 var der et ventilarrangement, så der kunne skiftes mellem luftprøver fra fem kanaler, hvoraf den ene kanal blev brugt til udeluft som reference, mens de fire andre målte på de enkelte staldsektioner. Luftprøverne blev herefter analyseret for koncentrationen af ammoniak og kuldioxid. Udstyret var indstillet således, at der måltes 6 minutter på udeluft og 6 minutter på staldluft. I slutningen af hver måleperiode umiddelbart før der blev skiftet kanal, blev måleværdien lagret. Systemet anvendte en elektrokemisk ammoniaksensor af fabrikatet Dräger Polytron I. Denne ammoniaksensor krævede et system, hvor der skiftedes mellem udeluft og staldluft. Der blev løbende foretaget kontrolmålinger med sporgasrør (billede nr. 3431 og 5697)

Figur 7. Kontrolmålinger samt målinger ammoniak- og kuldioxidkoncentration i forbindelse med lugtmålinger blev foretaget med sporgasrør af fabrikatet Kitagawa. Ammoniakmåling ved sporgasrør sker ved en kemisk reaktion. I det viste ammoniakrør Kitagawa 105SD var det en reaktion af ammoniak med fosforsyre. Detektionsgrænsen var på 0,2 ppm for ammoniakrøret (billede nr. 0181)

Appendiks B

Figur 1. Gennemsnitlig vægt af slagtesvin de dage der blev foretaget lugtmålinger. (billede nr. 0591)

Figur 2. Lugtkoncentration angivet i OU_E. (billede nr. 0592)

Figur 3. Ventilationsydelse ved de foretagne lugtmålinger, m³/time pr. slagtesvin. (billede nr. 0593)

Figur 4. Lugtemission i OU_E pr. sekund pr. 1.000 kg dyrevægt. (billede nr. 0594)

Figur 5. Figuren viser reduktion i lugtkoncentration ved sammenligning af samtidige målinger i sektioner med svovlsyre- og brintoveriltebehandling af gyllen og med kontrolsektioner. (billede nr. 0595)

Figur 6. Gyllens surhedsgrad på de dage hvor der blev foretaget lugtmålinger. (billede nr. 0596)

Figur 7. De målte ammoniakkoncentrationer samtidig med udtagning af lugtprøver. (billede nr. 0597)

Appendiks C: Kontrolmålingeraf kuldioxid og ammoniak

Figur 1. Kontrolmålinger af kuldioxidkoncentration med sporgasrør af fabrikatet Kitagawa 126 SF. (billede nr. 0598)

Figur 2. Kontrolmålinger af ammoniakkoncentration med sporgasrør af fabrikatet Kitagawa 105 SD. (billede nr. 0599)