Test af filterareal og demonstration af Farm AirClean – BIO modul fra SKOV A/S i en smågrisestald ved maksimumventilation

I 2006 introducerede SKOV A/S en ny udgave af sin biologiske luftrenser. Den blev introduceret som Farm AirClean BIOmodul. Samtidig fik Dansk Svineproduktion tilskud fra Landdistriktsprogrammet, Direktoratet for FødevareErhverv til at demonstrere tilgængelige teknikker til ammoniak og lugtreduktion fra svinestalde.

SKOV A/S opstillede deres første Farm AirClean - BIO 3U i en smågrisestald. Den blev en del af Landdistriktprogrammet og der blev afholdt en række demonstrationer for landmænd, konsulenter, myndigheder, firmaer og forskere.

Dansk Svineproduktion har tidligere afprøvet biologisk luftrensning fra SKOV A/S, hvor der blev fundet lugtreduktioner på 30 pct. om sommeren og 50 pct. om vinteren [1]. Den nye luftrenser adskilte sig på tre punkter fra den tidligere model:

• Renseren var opbygget i containere frem for i bygningsmæssige filterrum
• Der var mindre kar direkte under filtrene til cirkulationsvæsken fremfor nedgravede tanke i jorden
• Der var en vaskerobot som automatisk rengjorde filtrene

Ændringerne var foretaget for at billiggøre anlægget og reducere tiden til manuel vask af filtre.

Formålet med foreliggende afprøvning var dels at demonstrere SKOV A/S´s nye renser og dels at undersøge lugtreduktionen om sommeren med henholdsvis normalt og dobbelt frontareal af filteret. Sidstnævnte punkt omkring filterareal blev desuden testet i en slagtesvinestald med SKOV A/S´s tidligere model af biologisk luftrensning. Den nye model adskilte sig ikke fra den tidligere renser mht. filtermateriale, vandtilførsel og filterareal i forhold til luftmængde gennem renseren. SKOV A/S har dog anført at den nye renser projekteres med et lidt større filterareal i forhold til luftmængden, hvilket giver en lidt lavere gennemsnitlig lufthastighed gennem filteret. Tidligere var lufthastigheden gennem filteret 0,89 m/sek. ved maksimum belastning. I dag dimensioneres ud fra en lufthastighed på 0,77 m/sek. ved maksimum.

Demonstration og forsøg blev gennemført i en smågrisestald med 6 identiske sektioner á 670 stipladser. Desuden var der en bufferstald med 168 stipladser. I hver smågrisesektion var der 32 stier med dimensionerne 3,80 m × 2,00 m. Stierne var indrettet med 58 pct. fast gulv. Gulvet i lejet bestod af præfabrikerede betonelementer med varmeslanger. Spaltearealet havde dimensionerne 1,6 m x 2,0 m og bestod af støbejernsriste med 12 mm trædeflade og 13 mm gødningsåbning. Gødningskanalerne var tværgående, således at gødningskanalerne gik ind under det præfabrikerede faste gulv i inspektionsgangen. Overfladearealet af gødningskummen var 50 pct. af det samlede areal af sektionen. Der var tørfodring ad libitum og to-klima overdækninger. Der var diffus tilførsel af indblæsningsluft via 10 mm glasuld og Trolltex-plader.

Den totale ventilationskapacitet pr. smågrisesektion var 30.000 m³/time svarende til ca. 45 m³/time pr. stiplads. 50 pct. af udsugningsluften blev suget ud via gulvudsugningskanaler og 50 pct. via supplerende loftsventilatorer. Gulvudsugningskanalerne lå under de præfabrikerede elementer i lejearealet, og midt i hver sti række var der monteret rør med afgreninger, der ledte luften fra gulvudsugningskanalen og op til luftrensere placeret i loftsrummet.

Foto af staldanlægget fremgår af Appendiks 1.

Luftrensere og kanalanlæg

På loftet stod tre luftrensere af typen Farm AirClean – BIO 3U fra SKOV A/S. Luftrenserne var opbygget i containere med dimensionerne 5,4 m × 2,3 m × 2,5 m. Hver luftrenser havde en kapacitet på 30.000 m³/time og var tilkoblet gulvudsugningskanalerne i to smågrisesektioner. Der gik i alt fire stk. Ø600 rør ind i siden af hver container, og hvert rør var tilkoblet hver sin gulvudsugningskanal i de to smågrisesektioner. Rørene var fremstillet af polypropylen og isoleret med 5 cm glasuld. Efter den enkelte luftrenser var der monteret to stk. Ø800 afkast, der blæste den rensede luft ud.

Figur 2. Foto af Farm AirClean – BIO 3U fra SKOV A/S placeret på loftet i stalden (foto: Merete Lyngbye, billede nr. 1512 og 1548)

Farm AirClean – BIO 3U renser var en to-trins renser med to filtre svarende til dem, der blev anvendt i 1. generation af biologisk luftrensning fra SKOV A/S. Filtermaterialet havde typefortegnelsen ”biofilter”. Hvert filtertrin var 15 cm tykt, 2,0 m højt og 5,4 m bredt.

Der var en sump under hvert filter i hele filterets længderetning. Hvert filter blev overrislet med vand fra sumpen nedenfor. Der blev foretaget automatisk lænsning af vand fra sump 1. Det lænsede vand blev ført til gyllerøret, der leder både lænsevand og gylle fra gyllekanalerne videre ud til fortanken. Rent vand blev automatisk tilført sump 2, hvorfra der var direkte overløb til sump 1.

Der var en vaskerobot foran hvert filter, der automatisk skulle holde filtrene rene.

Stalden blev taget i brug i slutningen af maj 2006. For at såvel svineproducent som firmaer skulle have tid til at indkøre stald og luftrensningsanlæg, blev det valgt at køre et hold grise igennem stalden, inden målingerne startede i august 2006.

Behandlinger

Behandlingerne, der skulle sammenlignes ved maksimum ventilation, var normalt filterareal (5,4 m² og 15.000 m³/time) kontra dobbelt frontareal af filter (10,8 m² og 15.000 m³/time).

Sammenligningen blev foretaget ved maksimumventilation for at undersøge sommersituationen, hvor lugtemissionen fra smågrisestalde er størst [2].

Registreringer

Over en periode på 6 uger løbende fra 8. august til 20. september blev der gennemført 12 måledage med ammoniak og lugtregistreringer før og efter en luftrenser dels ved dobbelt frontareal af filteret og dels ved normalt filterareal. Ved hver anden måledag skulle der skiftevis måles på renser 1 og på renser 2, og der skulle foretages registreringer for to hold grise.

Når teknikeren ankom til besætningen på de 12 måledage blev den ene af de to stalde koblet fra luftrenseren. På denne måde var der dobbelt filterareal i forhold til normal drift. Herefter blev ventilationsanlægget finjusteret til at yde 15.000 m³/time gennem renseren. Ventilationsydelsen blev registreret med målevinger. Kl. 11.00 blev målingerne påbegyndt for dobbelt filterareal. Der blev udtaget to luftprøver før renseren og én luftprøve efter renseren. De to prøver før renseren blev udtaget i de to ventilationskanaler, der løb ind i renseren, og som var forbundet med hver sin gulvudsugningskanal i stalden. Luftprøverne blev opsamlet over 40 minutter i 30 liter Tedlar^® poser. Umiddelbart efter udtagning af luftprøver blev der registreret ammoniak- og kuldioxidkoncentration før og efter luftrenseren, staldtemperatur, relativ luftfugtighed, luftmængde, tryktab over filtre og kanalanlæg samt givet en bedømmelse af grisenes aktivitetsniveau. Bedømmelsen af grisenes aktivitetsniveau blev angivet ved antal procent af grise i sektionen, som stod op. I appendiks 2 er givet en liste over anvendt måleudstyr.

Efter der var foretaget registreringer med dobbelt filterareal, blev halvdelen af hvert filter dækket til med plader, og ventilationsanlægget blev igen finjusteret til at trække 15.000 m³/time gennem renseren. Kl. 13.30 startede målingerne med normalt filterareal, og registreringerne svarede fuldstændig til de registreringer, der blev foretaget ved dobbelt filterareal.

Tabel 1. Specifikation af behandlinger, der blev sammenlignet ved maksimum ventilation gennem renseren, dvs. ved 15.000 m³/time

Ved opstart og afslutning på dagens måleprogram blev temperatur og luftfugtighed registreret udenfor stalden i skyggesiden. Endelig blev højden af gylle i gødningskanalen målt og antallet af dyr og deres vægt blev visuelt vurderet. Sidstnævnte blev efterfølgende sammenholdt med indsættelsesvægt, daglig tilvækst og antal dage fra indsættelse.

Dagen efter blev de udtagne luftprøver analyseret for lugtkoncentration (OU_E/m³) på lugtlaboratoriet på Slagteriernes Forskningsinstitut i Roskilde. Opsamling af luftprøver og analyse af lugtkoncentrationen blev udført i henhold til Dansk Standard [3].

Databehandling og statistik

Den statistiske analyse af ammoniakdata blev foretaget på differencen mellem ammoniakkoncentrationen samt -emissionen før og efter det biologiske luftrensningsanlæg. Ammoniakemissionen blev beregnet ud fra lugtkoncentrationen og luftydelsen ved hjælp af nedenstående formel.

Der blev foretaget to målinger af lugtkoncentrationen inden filteret. Det logaritmiske gennemsnit af disse målinger blev anvendt som koncentration før filteret. Den statistiske analyse af lugtdata blev foretaget på differencen mellem den logaritme transformerede lugtemission før og efter det biologiske luftrensningsanlæg. I modellen for både ammoniakkoncentrationen og lugtemissionen indgik behandlingen (normalt og dobbelt filterareal) som systematisk effekt, mens ammoniakkoncentrationen og lugtemissionen før filteret indgik som kovariat.

Lugtemissionen blev beregnet ud fra lugtkoncentrationen og luftydelsen ved hjælp af nedenstående formel.

Planen var, at der ved hver anden måledag skulle have været målt på luftrenser 1 og ved hver anden måledag på luftrenser 2, og at forløbet gennem to hold grise skulle have været fulgt. Men grundet driftsproblemer kunne denne systematiske tilgang ikke tilgodeses. I stedet for at aflyse målingerne blev det valgt at foretage målingerne på én af de andre rensere, der kørte uden alarmer og med en konduktivitet af væsken i sump 1 på en minimumsværdi specificeret af SKOV A/S. Endvidere blev filtrene ikke vasket med vaskerobot grundet driftsproblemer. I stedet blev filtrene vasket manuelt én gang om ugen.

Lugt

I figur 3 og figur 4 ses henholdsvis lugtkoncentration og lugtemission før og efter Farm AirClean – BIO 3U fra SKOV A/S. Måledag 8 blev udtaget af den statistiske behandling af data, da der denne dag i forbindelse med lugtmålinger blev tildelt usædvanligt store mængder spåner i stierne, der langt overstiger normal praksis. 

Figur 3. Målinger af lugtkoncentration før og efter biologisk luftrensning fra SKOV A/S ved normalt og dobbelt filterareal (Figur: Merete Lyngbye, billede nr. 1519)

Figur 4. Målinger af lugtemissionen før og efter biologisk luftrensning fra SKOV A/S ved normalt og dobbelt filterareal (Figur: Merete Lyngbye, billede nr. 1520)

Tabel 2. Gennemsnit af logaritmetransformerede lugtkoncentrationer og lugtemissioner samt procentuel lugtreduktion. 95 pct. konfidensinterval er angivet i parentes

I tabel 2 er angivet det logaritmiske gennemsnit af lugtkoncentration og lugtemission før og efter Farm AirClean – BIO 3U ved normalt og dobbelt frontareal af filter.

Farm AirClean – BIO 3U gav en statistisk sikker reduktion af lugtkoncentration og lugtemission ved både dobbelt frontareal af filter og normalt filterareal (P<0,05). Den gennemsnitlige lugtreduktion var 28 pct.

Den gennemsnitlige lugtemission før renseren var 669 OU_E/sek./1.000 kg gris, og den gennemsnitlige lugtemission efter renseren var 476 OU_E/sek./1.000 kg gris.

I sammenligningen af dobbelt og normalt frontareal af filteret var der dog ingen statistisk sikker forskel (P=0,15). Skulle der have været vist en statistisk sikker forskel mellem dobbelt og normalt filterareal, skulle forskellen have været langt større. I forsøget var spredningen på de procentuelle forskelle på emissionen før og efter filteret 20 pct. Hvis der skal eftervises en forskel på 15 pct., som fx kunne være forskellen mellem dobbelt og normalt frontareal af filter, skulle der have været foretaget målinger over 30 dage for at få en styrke på 80.

Det bør bemærkes, at lugtemissionen før anlægget var højere end standardtallet for lugtemission fra en smågrisestald (380 OU_E/sek./1.000 kg gris) [4]. Årsagen, til at lugtemissionen før luftrenseren var højere end standardtallet, kan muligvis tilskrives, at der ved opstart af besætningen, var problemer med svineri, og at stalden var indrettet med gulvudsugning. Ved gulvudsugning trækkes udsugningsluften henover gylleoverfladen, hvorved der muligvis kan afgives flere lugtstoffer fra gylleoverfladen sammenlignet med en stald med loftudsugning. Herudover var stalden ikke fyldt helt op med grise, mens gylleoverfladen og dermed lugtkilden var den samme, og derved vil emissionen pr. 1.000 kg dyr være højere end standardtallet.

I tidligere afprøvninger af biologisk luftrensning fra SKOV A/S, blev der vist en lugtreduktion på omkring 30 pct. i sommerperioden [1], [5]. Resultaterne fra den nærværende undersøgelse stemmer dermed overens med tidligere undersøgelser.

Ammoniak

I figur 5 ses målinger af ammoniakkoncentrationen før og efter Farm AirClean – BIO 3U fra SKOV A/S. Ammoniakkoncentrationen var ved samtlige målinger lavere efter renseren end før renseren, og reduktionen var statistisk sikker (P<0,05).

Tabel 3. Gennemsnitlig ammoniakkoncentration og ammoniakemission samt procentuel ammoniakreduktion. 95 pct. konfidensinterval er angivet i parentes

I tabel 3 er angivet gennemsnit af ammoniakkoncentration og ammoniakemission før og efter Farm AirClean – BIO 3U ved normalt og dobbelt frontareal af filter. Der var ikke statistisk sikker forskel på før koncentrationerne registreret ved normalt og dobbelt filterareal, og ammoniakreduktionerne lå på samme niveau. Gennemsnitlig var ammoniakkoncentrationen 2,6 ppm før filteret og 1,0 ppm efter filteret.

I en tidligere afprøvning af 1. generation af biologisk luftrensning fra SKOV A/S gennemført i slagtesvinestalde med delvist spaltegulv, blev det vist, at renseren kunne reducere ammoniakkoncentrationen fra 4,1-9,0 ppm før renseren til 1,2-2,4 ppm efter renseren [2]. Denne afprøvning var gennemført over et år. 

Supplerende registreringer

I tabel 4 er angivet gennemsnit samt maksimum og minimum værdier for de supplerende registreringer, som blev foretaget i forbindelse med udtagning af luftprøverne.

Tabel 4. Gennemsnit for luftydelse og lufthastighed gennem renser, temperatur, relativ luftfugtighed, tryktab og aktivitetetsniveau under udtagning af luftprøver. 95 pct. konfidensinterval er angivet i parentes

Udetemperaturen var størst for normalt filterareal (P<0,01). Dette skyldtes primært, at dobbelt frontareal af filter blev undersøgt om formiddagen og normalt filterareal blev undersøgt om eftermiddagen. Det ville selvfølgelig have været optimalt, hvis det havde været tilfældigt om dobbelt eller normalt filterareal blev undersøgt først eller sidst på måledagen. Men da normalt filterareal blev undersøgt ved at sætte plader foran halvdelen af filteret, skulle denne behandling undersøges til sidst. Ellers ville biofilmen på oversiden af filteret have været påvirket, når pladerne blev taget væk. Der var dog ikke statistisk sikker forskel på staldtemperaturen og den relative luftfugtighed i stalden, når lugtmålingerne blev foretaget ved henholdsvis dobbelt og normalt frontareal af filteret.

Tryktabet over filtrene var som forventet størst ved normalt filterareal, eftersom luftmængden og filtermateriale var den samme, mens arealet af filteret var mindre.

I slutningen af år 2008 forventes det, at der er installeret nye vaskerobotter i de tre luftrensere i besætningen, og at anlægget er klar til test af driftsikkerhed. På det tidspunkt vil driftsomkostningerne i form af vandforbrug, energiforbrug, mængde af lænsevæske, arbejdsforbrug til landmand og servicetimer fra SKOV A/S blive registreret. Herudover vil der med mellemrum blive udtaget prøver af lænsevæske med henblik på at få analyseret næringsstoffer i denne.

Forsøget viste, at både lugtemissionen og ammoniakemissionen blev reduceret, da udsugningsluften passerede Farm AirClean – Bio 3U fra SKOV A/S i en smågrisestald om sommeren. Men der var ikke nogen statistisk effekt af at fordoble frontarealet af filteret hverken med hensyn til lugt eller ammoniak.

Med udgangspunkt i alle lugtmålinger blev lugtemissionen reduceret fra 669 til 476 OU_E/sek. per 1.000 kg dyr svarende til 30 pct. reduktion, hvilket også er set i andre afprøvninger af biofilter fra SKOV A/S.

Ammoniakkoncentrationen faldt fra 2,6 før filter til 1,0 efter filter og reduktionen var gennemsnitlig 65 pct.

Vaskerobotten var ikke funktionsdygtig i afprøvningsforløbet, og derfor blev filtrene i stedet vasket manuelt én gang om ugen. Siden har SKOV A/S udviklet en ny type vaskerobot, og når den er monteret i de tre rensere i demonstrationsbesætningen, vil der blive iværksat en driftsikkerhedstest af anlægget, hvor også forbrugsparametre såsom vandforbrug, elforbrug og lænsevand vil blive registreret.

• Ventilationskonsulent Peter Hansen, ifm. registreringerne var han ansat hos Danish Energy Technology - DXT
• Statistikkonsulent Maj-Britt Friis Nielsen, Dansk Svineproduktion
• Ingeniørstuderende Martin Leegaard Riis, Ålborg Universitet

Afprøvning:

Afprøvning 915, Test af filterareal og demonstration af biologisk luftrensning fra SKOV A/S

Direktoratet for FødevareErhverv har ydet tilskud til demonstration af luftrensningssystem Farm AirClean Bio modul fra SKOV A/S. Blandt afholdte arrangementer i besætningen kan bl.a. nævnes Åbent hus for alle, umiddelbart inden stalden blev taget i brug, hvor der var over 150 deltagere, Møde for Temagruppen af konsulenter indenfor ammoniak, lugt og klima med 35 deltagere, Møde for kommunale miljøkonsulenter i Jylland med ca. 20 deltagere, og hertil kommer en række andre arrangementer for små grupper landmænd, forskere, udlændinge mv.