Sammendrag
I Videncenter for Svineproduktions klimakamre på Forsøgsstation Grønhøj blev fire forskellige gulvtyper og indretninger af ventilationssystemet afprøvet i slagtesvinestalde. Målet var at afklare, hvilke forbedringer i arbejdsmiljø samt mulighed for ammoniak- og lugtreduktion, der kunne opnås med gulvudsugningsanlæg ved to hold slagtesvin i sommerhalvåret. De fire klimakamre var indrettet på følgende måde:
Gruppe 1: Kontrol: Delvist fast gulv i lejeareal (58 % fast gulv) – udelukkende loftudsugning.
Gruppe 2: Kontrol: Drænet gulv i lejeareal - udelukkende loftudsugning.
Gruppe 3: Specialdrænet gulv - gulvudsugning med sugepunkt under gødeareal suppleret med loftudsugning.
Gruppe 4: Specialdrænet gulv - gulvudsugning med sugepunkt under lejeareal suppleret med loftudsugning.
Afprøvningen viste, at koncentration af ammoniak og lugt i staldluften var lavere i gruppe 3 og 4 med gulvudsugning end både i gruppe 1 med delvist fast gulv og gruppe 2 med drænet gulv i lejeareal. Ligeledes var koncentration og emission af lugt, ammoniak og svovlbrinte mindre fra gruppe 1 med delvist fast gulv sammenlignet med gruppe 2 med drænet gulv i lejeareal.
Effekten af gulvudsugning blev først og fremmest vurderet på baggrund af svovlbrintekoncentration. Ud fra denne vurdering var opbygningen i gruppe 4 med gulvudsugning under lejeareal mere effektiv end gruppe 3 med gulvudsugning under gødeareal. Hvis man sammenligner emissionen fra loftudsugningen i gruppe 2 med loftudsugning i gruppe 4 i måleperioden med en gulvudsugningsydelse på 10 m3/t pr. gris, var emissionen af lugt, svovlbrinte og ammoniak reduceret med henholdsvis 62 %, 94 % og 82 %. I måleperioden med en gulvudsugningsydelse på 20 m3/t pr. gris var emissionen af lugt, svovlbrinte og ammoniak reduceret med henholdsvis 66 %, 93 % og 85 %.
Samlet set gav en forøgelse af gulvudsugningens ydelse fra 10 til 20 m3/t pr. gris kun en beskeden større reduktion af emissionen af lugt og ammoniak fra loftudsugningen. Hvilken ydelse på gulvudsugningen, der vil være optimalt, vil kræve yderligere målinger af emission og koncentration i relation til luftydelse på gulvudsugning.
En effektiv gulvudsugning med en luftydelse på 10 m3/t pr. gris giver et stort potentiale for at udvikle et staldkoncept, der både forbedrer arbejdsmiljøet i stalden og giver mulighed for en høj ammoniak- og lugtreduktion. Det kræver, at gulvudsugningsanlæg kan dimensioneres således, at luften kan suges ensartet ud i store staldanlæg, og at luften efterfølgende renses via en effektiv luftrenser. Vurderet på baggrund af nærværende resultater vil det være muligt at opnå mindst lige så høj ammoniakreduktion ved at rense 10 m3/t pr. slagtesvin fra et effektivt gulvudsugningsanlæg som at rense 20 m3/t pr. gris fra et loftudsugningsanlæg. Fordelen ved gulvudsugningsanlægget er, at det samtidig giver en markant forbedring af luftkvaliteten og arbejdsmiljøet i stalden.
Projektet har fået tilskud fra landdistriktsmidler under Direktoratet for FødevareErhverv og har Journalnr.: (Miljøforbedrende Management I). ProjektID: 0809/69
Baggrund
Ammoniak- og lugtemission kan reduceres ved brug af luftrensere, men rensning af al ventilationsluft er dyr. En måde at mindske omkostningerne til luftrensning er ved at lave delrensning, hvor kun en del af ventilationsluften renses. Her udnytter man, at ventilationsydelsen er lav det meste af året, hvilket betyder, at hovedparten af den forurenede luft kan renses ved en delrensning.
Effekten af delrensning er beskrevet i flere publikationer. I en hollandsk publikation har man bl.a. analyseret 34 datasæt, der viste en meget lille årstidsvariation i ammoniakemissionen [1]. Under forudsætning af ensartet ammoniakemission blev der i en dansk publikation beregnet, at der ved blot 20 % luftrensning med en luftrenser med 95 % renseeffektivitet kunne opnås en årlig ammoniakreduktion på mere end 65 % [2].
Ovennævnte publikationer ligger også bag Miljøstyrelsens Teknologiblad vedr. luftvasker med syre [3]. Af denne publikation fremgår det, at 100 % luftrensning i slagtesvinestald på 250 DE koster 20 kr. pr. gris, mens det koster 6 kr. pr. gris ved en delrensning på 20 % af maksimal ventilationskapacitet. Miljøøkonomisk er det også billigere at etablere delrensning, da det koster 27 kr. pr. kg reduceret NH3-N mod 58 kr. ved fuld luftrensning, men man skal dog være opmærksom på, at ammoniakreduktionen også er lidt lavere ved delrensning end fuld luftrensning.
Delrensning kan optimeres ved at tilslutte luftrenseren til et effektivt gulvudsugningsanlæg. Ældre danske undersøgelser har vist, at det var muligt at forbedre arbejdsmiljøet og koncentrere emissioner af bl.a. ammoniak i et gulvudsugningsanlæg [4]. Undersøgelsen pegede også på, at dimensionering af disse anlæg var afgørende for effektiviteten af gulvudsugningen, specielt ensartet udsugning i hele kanalsystemet, og at der var en vis lufthastighed ned gennem spaltegulvet. Undersøgelsen konkluderede, at der ved en lufthastighed på 0,2 m/s ned gennem spaltegulvet kunne opnås en meget sikker gulvudsugning.
En afprøvning i en slagtesvinestald med delvist fast gulv og en gulvudsugningskapacitet på op til 60 m3/t pr. stiplads viste, at der i vinterperioden ved lav gulvudsugningsydelse på 10-20 m3/t pr. stiplads blev opnået en sikker effekt af gulvudsugning og dermed en lav ammoniakkoncentration i staldrummet [5]. Ved en gulvudsugningsydelse på 15 m3/t pr. stiplads, hvor der var en gennemsnitlig lufthastighed gennem spaltegulvet på 0,1 m/s, var der en stor effekt af gulvudsugning.
Ud fra ovenstående resultater blev der iværksat et udviklingsprojekt i Videncenter for Svineproduktions klimakamre på Forsøgsstation Grønhøj med henblik på at udvikle et effektivt gulvudsugningssystem i kombination med specialudformede spaltegulve, der kunne anvendes i slagtesvinestalde med gyllekumme under hele stien. I vinterperioden 2008/09 blev gulvudsugning afprøvet med to forskellige ventilationsydelser på gulvudsugning og to forskellige gulvtyper [6]. Afprøvningen viste, at det var muligt at opnå en høj effekt af gulvudsugning målt på forbedring af arbejdsmiljø samt andel af ammoniak, lugt og svovlbrinte i gulvudsugningskanalen.
Et dansk studie med beregning af luftstrømme og fordeling af koncentrationer af gasser ved hjælp af såkaldt CFD-simuleringer antydede, at effektiviteten af gulvudsugningsanlæg kan yderligere optimeres ved at placere udsugningspunktet et bestemt sted i gyllekummen [7]. Den naturlige luftstrøm i gyllekummen er, at luften falder ned i de kolde områder og stiger op gennemspaltegulvet i områder med varmeproduktion, dvs. grisenes lejeareal. Set ud fra den betragtning vil gulvudsugningsanlæg kunne optimeres ved at placere udsugningspunktet under grisenes lejeareal frem for i gødearealet.
Formålet med nærværende afprøvning var dels at afprøve forbedret udformning af gulvudsugningsanlæg i kombination med forskellige gulvtyper, dels fastlægge effekten af gulvudsugningsanlæg i sommerperioden. Afprøvningen var første trin i et udviklingsprojekt, hvor formålet var at forbedre arbejdsmiljø og lave en økonomisk optimeret luftrensningsløsning til slagtesvinestalde med fulddrænede gulve. I næste trin skal de udviklede systemer afprøves i fuldskala i nye slagtesvinestalde.
Materiale og metode
Afprøvningen blev gennemført i fire klimakamre på Videncenter for Svineproduktions forsøgsstation Grønhøj. De fire klimakamre var identiske, bortset fra gulvtypen, samt at der var etableret gulv- og loftsudsugning i to ud af fire klimakamre. Dataindsamlingen blev foretaget i perioden april 2009 til oktober 2009.
Klimakamre
Hvert klimakammer var indrettet med to stier med plads til 16 grise pr. sti. Stierne målte 4,8 m gange 2,4 m. I hver sti var der monteret en simpel foderautomat og modsat foderautomaten var en drikkekop monteret. Der var en ca. 40 cm dyb gyllekumme under hver sti. Overbrusningsanlæg var monteret med én dyse pr. sti over gødearealet. Luften blev indtaget diffust gennem loftet.
Gulvtyper
De fire klimakamre, som indgik i afprøvningen, havde forskellig gulvprofil og indretning af ventilationssystemet. Der indgik følgende grupper:
Gruppe 1: Kontrol: Delvist fast gulv i lejeareal (58 % fast gulv) – udelukkende loftudsugning.
Gruppe 2: Kontrol: Drænet gulv i lejeareal - udelukkende loftudsugning.
Gruppe 3: Specialdrænet gulv - gulvudsugning med sugepunkt under gødeareal suppleret med loftudsugning.
Gruppe 4: Specialdrænet gulv - gulvudsugning med sugepunkt under lejeareal suppleret med loftudsugning.
I figur 1 er der vist en skitse af klimakamrene samt de fire forskellige gulvtyper anvendt i afprøvningen.
Spalteåbningsarealet blev i to kamre reduceret med specialdrænet gulv for at øge lufthastigheden ned gennem spaltegulvet.
Figur 1. Skitse af et klimakammer med både gulv- og loftudsugning, samt en skitse af de fire gulvtyper, der blev anvendt i gruppe
1 til 4. Spaltegulvets åbningsareal var hhv. 0,047, 0,091, 0,054 og 0,054 m2 spalteåbning pr. slagtesvin.
Gulvet i hver sti var opbygget af 12 betonelementer med målene 2,4 m gange 0,4 m enten som spaltegulvs-, drænet gulvs- eller fast gulvselementer. I gruppe 3 blev spalteåbningsarealet reduceret ved dels anvendelse af drængulvselementer, dels ved at lægge en betonplade på en del af det drænede gulv. Betonpladen målte 1,40 m x 3,60 m. I gruppe 4 blev nogle af spalteåbningerne i hhv. spaltegulv- og drængulvselementerne fyldt ud med gummikiler, se figur 8 i Appendiks A. Både i gruppe 3 og 4 var spaltegulvets samlede åbningsareal reduceret med 40 % i forhold til gruppe 2. Det samlede åbningsareal var således reduceret til 0,054 m2 spalteåbning pr. slagtesvin.
Ventilation
Ventilationsprincippet var undertryksventilation med diffust luftindtag. Der var etableret en loftsudsugningsenhed i hvert kammer. I to klimakamre var der ydermere etableret gulvudsugning. Gulvudsugningskanalen havde målene 1,15 m x 0,50 m, og der var etableret otte sidekanaler i form af huller med en diameter på 16 cm. Disse huller kunne lukkes med propper efter behov. I gruppe 3 var alle huller i brug, mens det kun var to huller i gruppe 4.
Ventilationssystemet var indstillet således, at gulvudsugningen havde første prioritet. Loftudsugningen startede, når gulvudsugningen var nået op på den indstillede ydelse, og der var behov for yderligere ventilation for at holde den ønskede staldtemperatur. Den samlede maksimum ventilationskapacitet var ca. 100 m3/time/gris. Den maksimale indstillede værdi for ventilationsydelsen på gulvudsugningsanlægget blev manuelt skiftet i hver uge, således at der blev ledt henholdsvis 10 og 20 m3/t pr. stiplads hver anden uge gennem gulvudsugningskanalen. Lufthastigheden gennem spalteåbningerne kunne beregnes til 0,048 og 0,095 m/s ved henholdsvis 10 og 20 m3/t i gulvudsugningsydelse pr. slagtesvin.
Produktion og fodring
Der indgik to hold grise, hvor indgangs- og afgangsvægt blev registreret. Grisene blev kønssorteret således, at der i hvert klimakammer var en sti med henholdsvis 16 sogrise og 16 galtgrise. Grisene blev vejet ved indsættelse og ved levering. Ved indsættelse af grisene vejede de i gennemsnit ca. 30 kg. Når en gris blev udtaget af klimakammeret, blev dette noteret således, at antallet af grise var kendt gennem hele forsøget. Grisene blev fodret ad libitum med pelleteret tørfoder.
Registreringer
De primære registreringsparametre var ammoniak- og lugtkoncentration. De sekundære måleparametre var ventilationsydelse, temperatur, antal grise, gylledybde og svovlbrintekoncentration.
Ammoniak og kuldioxid
Ammoniak- og kuldioxidkoncentration blev målt i alle fire klimakamre i gulv- og loftsudsugningen med en VE18 MultiSensor fra VengSystem A/S. I hvert målested var der placeret pumper som via TeflonTM-slanger pumpede 1-2 liter luft pr. minut til VE18 MultiSensoren. En switch-boks skiftede hvert 15. minut mellem de enkelte pumper, og hver anden gang blev der ledt udeluft gennem måleapparatet i VE18 MultiSensoren. Luften blev i switch-boksen forvarmet til 34 °C, inden den blev pumpet ind til måleapparatet. Umiddelbart før der blev skiftet målested, blev ammoniak- og kuldioxidkoncentrationen registreret. Ammoniakkoncentrationen blev i VE18 MultiSensor målt med en Dräger Polytron 1 med måleområdet 0-50 ppm, mens kuldioxidkoncentrationen blev målt med en sensor af fabrikatet Vaisala med måleområdet 100-5.000 ppm. Ammoniak- og kuldioxidkoncentrationen i hvert målepunkt blev registreret hver fjerde time.
Der blev en gang ugentligt foretaget kontrolmålinger af både ammoniak- og kuldioxidkoncentrationen med sporgasrør af mærket Kitagawa 105SD og 126SF.
Lugt
Der blev udtaget lugtprøver i alle fire klimakamre i loftudsugning og ligeledes i afkastet fra gulvudsugning i gruppe 3 og 4. Lugtprøverne blev opsamlet ved at indsætte ca. 20 cm af en TeflonTM slange i hvert ventilationsrør, således at luften blev opsamlet i luftstrømningen midt i ventilationsrøret, og efter luften havde passeret spjældet. TeflonTM slangen med en længde på ca. 2,5 m var forbundet med en 30 liter nalophan-pose, som var placeret i en tæt lukket kasse. Til kassen var der koblet en pumpe, som dannede vakuum i kassen, hvorved posen blev fyldt med luft fra ventilationsafkastet. Inden prøverne blev udtaget blev poserne konditioneret, hvorved poserne blev udsat for staldluft før den endelige måling. Opsamlingsperioden var 30 min. med et flow på 0,9 liter pr. min. Luftprøverne blev opsamlet i tidsrummet kl. 11.00-11.30 og igen kl. 12.30-13.00. Luftprøverne blev udtaget på gangen uden for klimakammeret, så grisene ikke blev forstyrret under prøveudtagningen.
Luftprøverne blev udtaget efter den europæiske CEN standard, som er effektueret til Dansk Standard [8]. Prøverne blev efterfølgende sendt til Teknologisk Instituts lugtlaboratorium i Roskilde. Dagen efter udtagning af prøverne blev der foretaget en olfaktometrisk bestemmelse af lugtkoncentrationerne med olfaktometeret Ecoma T08.
Følgende supplerende registreringer blev foretaget efter hver udtaget lugtprøve:
- Dato og klokkeslæt for start og slut for udtagning af prøve
- Luftydelse målt med en målevinge af typen Fancom AT(M) unit 40
- 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 ved henholdsvis start og slut for udtagning af prøve
Svovlbrinte
Svovlbrintekoncentrationen blev efter hver lugtprøveudtagning til olfaktometrisk analyse målt i både lofts- og gulvudsugningen med en svovlbrintemåler af typen Jerome 631 XE. Der blev foretaget tre registreringer efter hinanden i hvert ventilationsafkast.
Temperaturer og luftmængder
Ventilationsydelsen blev målt med en målevinge af typen Fancom AT(M) unit 40 på hver af udsugningsenhederne. Hvert 5. minut blev ventilationsydelsen elektronisk registreret. Ude- og staldtemperaturen samt temperaturen i gulv- og loftsudsugningen blev registreret elektronisk hvert 5. minut med en VE10 Temperature Sensor fra VengSystem A/S. Herudover blev der efter hver lugtprøveudtagning foretaget en måling af temperatur og relativ luftfugtighed med en multimeter af typen TSI VelociCalc 8347.
Gylledybde og -udslusning
Gylledybden blev målt i hver sti en gang ugentligt. Der blev udsluset gylle midtvejs i hver produktionsperiode i sektionerne med fuld gyllekumme. I klimakammeret med delvist fast gulv blev gyllen sluset ud fire gange i produktionsperioden.
Beregning af emission
Lugtemissionen pr. 1.000 kg dyr blev beregnet ud fra lugtkoncentration, ventilationsydelse samt gennemsnitlig vægt og antallet af grise i staldsektionerne ved følgende formel:
OUE/s pr. 1000 kg dyr = (L x Q x 1000) / (W x N x 3600)
Hvor:
L: Lugtkoncentrationen, OUE/m3
Q: Ventilationsydelsen, m3/time
W: Gennemsnitsvægt pr. dyr på måledagen, kg
N: Antal dyr i sektionerne, stk.
Målte lugtkoncentrationer er logaritmisk fordelt og lugtdata blev logaritmetransformerede, inden de indgik i den statistiske analyse.
Ammoniakemissionen pr. sektion blev beregnet ud fra ammoniakkoncentration og ventilationsydelse ved følgende formel:
g NH3-N/t pr. sektion = (M×V×Q×P) / (R×T×1000)
Hvor:
M: Molvægten af N, 14,007 g/mol
V: Koncentration, ppm = ml/m3
Q: Ventilationsydelsen, m3/time
P: Tryk, 1 atm.
R: Gaskonstanten, 0,0821 liter × atm/(mol × K)
T: Temperaturen i Kelvin
Svovlbrinteemissionen blev beregnet ud fra svovlbrintekoncentration, ventilationsydelse og antallet af grise i sektionerne ved følgende formel:
mg H2S/t pr. gris = (M×V×Q×P) / (R×T×N×1000)
Hvor:
M: Molvægten af N, 34,08 g/mol
V: Koncentration, ppm = ml/m3
Q: Ventilationsydelsen, m3/time
P: Tryk, 1 atm.
R: Gaskonstanten, 0,0821 liter × atm/(mol × K)
T: Temperaturen i Kelvin
N: Antal dyr
Statistik
Ammoniakkoncentrationer og -emissioner blev analyseret i en variansanalyse med proceduren MIXED i SAS under hensyn til gentagne målinger pr. dag. De procentuelle reduktioner af ammoniak- og lugtkoncentrationer blev ligeledes analyseret i variansanalyse med proceduren MIXED i SAS under hensyn til gentagne målinger pr. dag.
Resultater og diskussion
Alle lugtmålinger og supplerende målinger af temperatur, luftydelse, svovlbrinte, ammoniak og kuldioxid er vist grafisk i figur 1-6 i appendiks B. For disse målinger samt de kontinuerlige målinger af ammoniak blev der dels beregnet emission af lugt, svovlbrinte og ammoniak, dels foretaget en statistisk behandling af data, hvor der blev beregnet konfidensintervaller, som er vist i tabel 1 og 2. Den samlede emission fra alle sektioner er vist i tabel 3 og 4. De kontinuerlige ammoniakmålinger er korrigeret i forhold til kontrolmålinger foretaget med Kitagawa sporgasrør, se appendiks D. Produktionsresultater er vist i appendiks C.
Lugt
Koncentrationen af lugt i loftudsugning i gruppe 3 og 4 var ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 10 m3/t pr. gris henholdsvis 65 % og 58 % lavere end i gruppe 2 (P<0,001). Ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 20 m3/t pr. gris var lugtkoncentrationen i loftudsugningen henholdsvis 72 % og 76 % lavere end i gruppe 2 (P<0,001).
Lugtemissionen var henholdsvis 50 og 40 % højere i gruppe 2 med drænet gulv i lejeareal end gruppe 1 med delvist fast gulv. Forskellen i lugtemissionen var som forventet ifølge danske normtal, der angiver lugtemission som 50 % højere emission ved drænet gulv sammenlignet med delvist fast i lejeareal [9]. Derimod var niveauet for lugtemissionen væsentligt lavere end de danske normtal, hvilket bl.a. tilskrives, at lugtlaboratoriet anvendte et nyt olfaktometer til bestemmelse af lugtkoncentrationen.
Lugtemission fra loftudsugning i gruppe 3 og 4 var henholdsvis 67 % og 62 % lavere end i gruppe 2 ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 10 m3/t pr. gris (P<0,001). Ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 20 m3/t pr. gris var lugtemissionen henholdvis 73 % og 66 % lavere end i gruppe 2 (P<0,001). Det skal dog bemærkes, at noget af lugtreduktionen i gruppe 3 og 4 skyldtes en reduceret luftydelse fra loftudsugningen, fordi enten ca. 10 eller 20 m3/time af ventilationsydelsen pr. gris blev ventileret ud via gulvudsugningen.
Ammoniak
Ammoniakemissionen var henholdsvis 55 og 66 % højere i gruppe 2 med drænet gulv i lejeareal end gruppe 1 med delvist fast gulv. Forskellen i ammoniakemissionen var som forventet ifølge danske normtal. Her angives ammoniakemission som TAN-koefficienter, der angiver den procentdel af ammonium, der fordamper [10]. For stalde med drænet gulv i lejearealet er koefficienten 21 %, mens den er 13 % for delvist fast gulv, hvor det faste gulv udgør 50-75 % af stien. Det svarer til 62 % højere emission ved drænet gulv sammenholdt med delvist fast i lejeareal. Den målte ammoniakemission stemmer således godt overens med den forventede forskel ifølge normtal.
Ud fra normtal 2009-10 kan det beregnes, at der ved delvist fast gulv (50-75 % fast gulv) og drænet gulv skal fordampe henholdsvis 0,14 og 0,22 g NH3-N/t pr. gris ved en daglig tilvækst på 900 g. Ved 32 grise pr. kammer svarer det til en ammoniakfordampning på henholdsvis 4,5 og 7,0 g NH3-N/t pr. kammer. Den målte ammoniakemission svarer således til det forventede niveau ifølge normtal.
Koncentrationen af ammoniak i loftudsugning i gruppe 3 og 4 var ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 10 m3/t pr. gris henholdsvis 72 % og 76 % lavere end i gruppe 2 (P<0,001). Ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 20 m3/t pr. gris var ammoniakemissionen henholdsvis 80 % og 85 % lavere end i gruppe 2 (P<0,001).
Ammoniakemission fra loftudsugning i gruppe 3 og 4 var henholdsvis 76 % og 82 % lavere end i gruppe 2 ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 10 m3/t pr. gris (P<0,001). Ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 20 m3/t pr. gris var ammoniakemissionen henholdsvis 86 % og 85 % lavere end i gruppe 2 (P<0,001). Det skal dog bemærkes, at noget af lugtreduktionen i gruppe 3 og 4 skyldtes en reduceret luftydelse fra loftudsugningen, fordi enten ca. 10 eller 20 m3/time af ventilationsydelsen pr. gris blev ventileret ud via gulvudsugningen.
Svovlbrinte
Gulvudsugningens effektivitet blev først og fremmest vurderet på baggrund af svovlbrintekoncentrationer. Svovlbrinte dannes af bakterier under iltfrie forhold i gylle efter længere tids opbevaring - typisk 2-4 uger ved staldtemperatur. I en svinestald betyder det, at svovlbrinte næsten udelukkende frigives fra gyllekanalen.
Som det fremgår af både tabel 1 og 2, var der markant forskel mellem gruppe 2 med drænet gulv i lejeareal og gruppe 1 med delvist fast gulv. Svovlbrintekoncentrationen var henholdsvis 246 og 197 ppb mod kun 4 og 17 ppb (P<0,001). Årsagen til denne forskel vurderes ikke at være gulvtypen, men derimod at gyllen sluses ud dobbelt så hyppigt ved delvist fast gulv sammenlignet med drænet gulv. Herved bliver gyllen ikke så gammel, at den når at danne svovlbrinte i gruppe 1 med delvist fast gulv.
Sammenlignes svovlbrintekoncentration i loftudsugning i gruppe 2 med koncentrationen i loftudsugning i gruppe 3 og 4, så fremgår det, at der var en meget markant effekt af gulvudsugning og ydermere, at der i gruppe 4, hvor der blev suget under grisenes lejeareal, var den laveste svovlbrintekoncentration i loftudsugningen. Ved en ønsket luftydelse på gulvudsugningen på 10 m3/t pr. gris blev svovlbrintekoncentrationen reduceret fra 246 til henholdsvis 87 og 22 ppb i gruppe 3 og 4 (P<0,001), se tabel 1. Ved en ønsket luftydelse på gulvudsugningen på 20 m3/t pr. gris blev svovlbrintekoncentrationen reduceret fra 197 til henholdsvis 70 og 30 ppb i gruppe 3 og 4 (P<0,001), se tabel 2.
Tabel 1. Lugt, svovlbrinte og ammoniak koncentration og emission målt ved en ønsket luftydelse på 10 m3/t pr. gris på gulvudsugning. Der var en gennensmitlig udetemperatur på 12.5o over hele perioden.
| Gruppe | 1 | 2 | 3 | 4 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Målepunkt | Loft | Loft | Gulv | Loft | Gulv | Loft |
| Luftydelse, m3/t pr. gris | 57 | 52 | 10 | 49 | 10 | 48 |
| Lugtkoncentration, OUE/m3 | 290 | 480 | 890 | 170 | 1230 | 200 |
| - 95 % konfidensinterval | 180-470 | 300-780 | 540-1470 | 110-290 | 740-2030 | 120-340 |
| Lugtemission, OUE/s pr. 1000 kg | 66 | 99 | 31 | 33 | 47 | 38 |
| - 95 % konfidensinterval | 44-99 | 66-148 | 20-48 | 21-51 | 30-73 | 25-59 |
| Svovlbrintekoncentration, ppb | 4 | 246 | 485 | 87 | 777 | 22 |
| - 95 % konfidensinterval | 0-111 | 137-354 | 359-610 | 0-212 | 652-902 | 0-148 |
| H2S-emission, mg H2S/t pr. gris | 0,2 | 4,8 | 2,0 | 1,4 | 3,0 | 0,3 |
| - 95 % konfidensinterval | 0-1,0 | 4,1-5,7 | 1,1-2,9 | 0,5-2,4 | 2,0-3,9 | 0-1,2 |
| Temperatur, oC | 19,5 | 20,6 | 18,6 | 19,5 | 20,5 | 19,7 |
| Luftydelse, m3/t pr. gris | 54 | 50 | 10 | 43 | 11 | 39 |
| Ammoniakkoncentration, ppm | 5,5 | 9,3 | 20 | 2,6 | 27 | 2,2 |
| - 95 % konfidensinterval | 4,5-6,5 | 8,3-10 | 19-21 | 1,4-3,8 | 25-28 | 1,0-3,3 |
| NH3-emission, g NH3-N/t pr. sektion | 5,3 | 8,2 | 3,6 | 2,0 | 4,7 | 1,5 |
| - 95 % konfidensinterval | 4,9-5,6 | 7,8-8,6 | 3,1-4,0 | 1,5-2,4 | 4,3-5,1 | 1,1-1,9 |
Tabel 2. Lugt, svovlbrinte og ammoniak koncentration og emission målt ved en ønsket luftydelse på 20 m3/t pr. gris på gulvudsugning. Der var en gennensmitlig udetemperatur på 12.5o over hele perioden.
| Gruppe | 1 | 2 | 3 | 4 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Målepunkt | Loft | Loft | Gulv | Loft | Gulv | Loft |
| Luftydelse, m3/t pr. gris | 58 | 53 | 20 | 43 | 19 | 39 |
| Lugtkoncentration, OUE/m3 | 240 | 360 | 820 | 140 | 910 | 170 |
| - 95 % konfidensinterval | 150-380 | 230-570 | 480-1370 | 80-230 | 540-1530 | 100-290 |
| Lugtemission, OUE/s pr. 1000 kg | 57 | 80 | 64 | 22 | 71 | 27 |
| - 95 % konfidensinterval | 38-86 | 53-120 | 39-103 | 14-36 | 44-114 | 17-43 |
| Svovlbrintekoncentration, ppb | 17 | 197 | 505 | 70 | 475 | 30 |
| - 95 % konfidensinterval | 0-128 | 85-309 | 377-634 | 0-198 | 347-603 | 0-159 |
| H2S-emission, mg H2S/t pr. gris | 0,5 | 4,3 | 3,8 | 1,1 | 4,0 | 0,4 |
| - 95 % konfidensinterval | 0-1,6 | 3,1-5,4 | 2,5-5,1 | 0-2,4 | 2,7-5,3 | 0-1,7 |
| Staldtemperatur, oC | 19,5 | 20,6 | 18,6 | 19,5 | 20,5 | 19,7 |
| Luftydelse, m3/t pr. gris | 53 | 50 | 22 | 33 | 18 | 31 |
| Ammoniakkoncentration, ppm | 4,0 | 7,4 | 14 | 1,5 | 18 | 1,1 |
| - 95 % konfidensinterval | 3,0-5,0 | 6,4-8,4 | 13-16 | 0,4-2,7 | 17-20 | 0,2-2,3 |
| Ammoniakemission, g NH3-N/t pr. sektion | 4,4 | 7,3 | 5,2 | 1,0 | 6,4 | 1,1 |
| - 95 % konfidensinterval | 3,9-4,9 | 6,8-7,7 | 4,6-5,8 | 0,5-1,6 | 5,8-7,1 | 0,5-1,7 |
Samlet emission af lugt, svovlbrinte og ammoniak
I tabel 3 og 4 er de samlede emissioner for hvert kammer opgjort for at vurdere, hvordan emissionen blev påvirket af gulvtype samt udformning af gulvudsugningsanlæg.
Som det fremgår af tabel 3 og 4 var emissionen af både ammoniak, lugt og svovlbrinte statistisk mindre i sektion 1 med delvist fast gulv sammenlignet med sektion 2 med drænet gulv. Derimod medførte gulvudsugning i sektion 3 og 4 ingen forøgelse af den samlede emission sammenlignet med sektion 2 med drænet gulv i lejeareal og loftudsugning. Noget tyder endda på, at en beskeden gulvudsugning på 10 m3/time sammenlignet med 20 m3/time hæmmer emissionen, idet svovlbrinteemission i både gruppe 3 og 4 samt lugt- og ammoniak i gruppe 3 var statistisk lavere end i gruppe 2 ved en gulvudsugningsydelse på 10 m3/time.
Det var overraskende, at gulvudsugning ikke øgede emissionen, når lufthastigheden må forventes at blive øget i gyllekummen. Der må således være andre forhold, der trækker i den anden retning. En mulig forklaring, men ikke dokumenteret i denne undersøgelse, kan være, at luften mellem spaltegulv og gylleoverflade bliver afkølet og får en lavere temperatur, når gulvudsugningen kontinuerligt fjerner varm luft, der erstattes med køligere luft fra over spaltegulvet. En koldere luft over gyllen vil medføre en køligere gylle, der vil hæmme frigivelsen af ammoniak, lugt og svovlbrinte. Hvilken af disse effekter, der vil have størst betydning vil formentlig afhænge af ydelsen på gulvudsugningen.
Tabel 3. Samlet emission pr. sektion af lugt, svovlbrinte og ammoniak ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 10 m3/time pr. slagtesvin
| Gruppe | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Målepunkt | Loft | Loft | Gulv + loft | Gulv + loft |
| Luftydelse samlet, m3/t pr. gris | 57 | 52 | 59 | 58 |
| Lugtemission, OUE/s pr. 1000 kg | 66ac | 99b | 64ac | 85d |
| - 95 % konfidensinterval | 47-94 | 66-148 | 45-101 | 54-134 |
| H2S-emission, mg H2S/t pr. gris | 0,2a | 4,8cb | 3,4bd | 3,3bd |
| - 95 % konfidensinterval | 0-1,0 | 4,1-5,7 | 2,2-4,6 | 2,1-4,5 |
| Luftydelse gulv, m3/t pr. gris | 54 | 50 | 53 | 50 |
| Ammoniakemission, g NH3-N/t pr. sektion | 5,3a | 8,2b | 5,5a | 6,2b |
| - 95 % konfidensinterval | 4,9-5,6 | 7,8-8,6 | 5,0-6,1 | 5,7-6,8 |
Ved svovlbrinte: a, b signifikant forskellige (P<0,001) & c, d signifikant forskellige (P<0,05)
Ved ammoniak: a, b signifikant forskellige (P<0,001)
Tabel 4. Samlet emission pr. sektion af lugt, svovlbrinte og ammoniak ved en ønsket gulvudsugningsydelse på 20 m3/time pr. slagtesvin
| Gruppe | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Målepunkt | Loft | Loft | Gulv + loft | Gulv + loft |
| Luftydelse samlet, m3/t pr. gris | 58 | 53 | 63 | 58 |
| Lugtemission, OUE/s pr. 1000 kg | 57ac | 80d | 86b | 98b |
| - 95 % konfidensinterval | 38-86 | 53-120 | 52-141 | 62-155 |
| H2S-emission, mg H2S/t pr. gris | 0,5a | 4,3b | 4,9b | 4,4b |
| - 95 % konfidensinterval | 0-1,6 | 3,1-5,4 | 3,1-6,6 | 2,6-6,2 |
| Luftydelse gulv, m3/t pr. gris | 53 | 50 | 53 | 51 |
| Ammoniakemission, g NH3-N/t pr. sektion | 4,4a | 7,3bd | 6,2bc | 7,5bd |
| - 95 % konfidensinterval | 3,9-4,9 | 6,8-7,7 | 5,5-7,0 | 6,7-8,4 |
Ved svovlbrinte: a, b signifikant forskellige (P<0,001)
Ved ammoniak: a, b signifikant forskellige (P<0,001) & c, d signifikant forskellige (P<0,05)
Konklusion
Afprøvningen viste, at koncentration og emission af lugt, ammoniak og svovlbrinte var mindst fra stalde med delvist fast gulv sammenlignet med stalde med drænet gulv i lejeareal i sommerhalvåret. Til gengæld var koncentration af ammoniak og lugt i staldluften lavere i gruppe 3 og 4 med gulvudsugning end i stalde med delvist fast gulv.
Effekten af gulvudsugning blev først og fremmest vurderet på baggrund af svovlbrintekoncentration i loftudsugning. Ud fra denne vurdering så var opbygningen i gruppe 4 med gulvudsugning under lejeareal mere effektiv end gruppe 3 med gulvudsugning under gødeareal. Hvis man sammenligner emissionen fra loftudsugningen i gruppe 2 med loftudsugning i gruppe 4 i måleperioden med en gulvudsugningsydelse på 10 m3/t pr. gris, så var emissionen af lugt, svovlbrinte og ammoniak reduceret med henholdsvis 62 %, 94 % og 82 %. I måleperioden med en gulvudsugningsydelse på 20 m3/t pr. gris var emissionen af lugt, svovlbrinte og ammoniak reduceret med henholdsvis 66 %, 93 % og 85 %.
Samlet set gav en forøgelse af ventilationsydelsen på gulvudsugning fra 10 til 20 m3/t pr. gris kun en lidt højere reduktion af emission af lugt og ammoniak via loftudsugningen. Hvilken ydelse på gulvudsugning, der vil være optimal, vil kræve yderligere målinger af emission og koncentration i relation til luftydelse på gulvudsugning.
En effektiv gulvudsugning ved en luftydelse på blot 10 m3/t pr. gris giver et stort potentiale for at udvikle et staldkoncept, der både forbedrer arbejdsmiljøet i stalden og giver mulighed for en høj ammoniak og lugtreduktion. Det kræver, at gulvudsugningsanlæg kan dimensioneres således, at luften kan suges ensartet ud i store staldanlæg og at luften efterfølgende renses via en effektiv luftrenser. Vurderet på baggrund af nærværende resultater vil det være muligt at opnå mindst lige så høj ammoniakreduktion ved at rense 10 m3/t pr. slagtesvin fra et effektivt gulvudsugningsanlæg som at rense 20 m3/t pr. gris fra et loftudsugningsanlæg. Fordelen ved gulvudsugningsanlægget er at det samtidig giver en markant forbedring af luftkvaliteten og arbejdsmiljøet i stalden.
Referencer
| [1] | Melse, R. W., A.V van Wagenberg & J. Mosuera, 2006: Size reduction of ammonia scrubbers for pig and poultry houses: Use of conditional bypass vent at high air loading rates. Biosystems Engineering, vol. 95, No 1, pp 69-82. |
| [2] | Kai, P., Strom, J., & Jensen, B. E., 2007: Delrensning af ammoniak i staldluft. Grøn viden. Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet. DJF husdyrbrug nr. 47. September 2007. |
| [3] | Miljøstyrelsen, 2009: Luftrensning med syre. Miljøstyrelsens BAT-blade. 2. udgave 19. maj 2009 |
| [4] | Pedersen, S., 1979: Dimensionering af gulvudsugningsanlæg. NJF-seminar 1979. SBI Landbrugsbyg-geri 59. Statens Byggeforskningsinstitut. pp 162-180. (In Danish). |
| [5] | Pedersen, P. & Kai, P., 2008: Kildeseparationsstald med gulvudsugning. Meddelelse 824. Videncenter for Svineproduktion. |
| [6] | Pedersen, P., Jensen, T.L., Jørgensen, M., 2010: Forskellige gulvtyper med og uden gulvudsugning til slagtesvin i en vinterperiode. Meddelelse 878. Videncenter for Svineproduktion. |
| [7] | Bjerg, B. Zhang, G.Q., & Kai, P., 2008. CFD Investigation of a Partly Pit Ventilation System as Method to Reduce Ammonia Emission from Pig Production. Proceedings of the 8th International Live-stock and Environmental Symposium.
|
| [8] | Dansk standard (2003):Luftundersøgelse – Bestemmelse af lugtkoncentration ved brug af dynamisk olfaktometri. DS/EN 13725: 2003. |
| [9] | Riis, A.L., 2006: Standardtal for lugtemission fra danske svinestalde om sommeren. Meddelelse nr. 742, Landsudvalget for Svin. |
| [10] | Normtal for husdyrgødning 2009-10 |
Deltagere
Deltagere: Maibritt Nielsen, Ib Dahl Jensen
Afprøvning: 1047 Gulvudsugning og delrensning
Appendiks A
Figur 1. Klimakammer med både gulv- og loftudsugning.
Figur 2. Principskitse af opbygning af gulvudsugning under henholdsvis gødeareal (gruppe 3) og lejeareal (gruppe 4).
Figur 3. Ved gulvudsugning under gødeareal i gruppe 3 blev der anvendt fire Ø160 åbninger pr. sti.
Ved gulvudsugning under lejeareal i gruppe 4 blev tre åbninger proppet til, mens et Ø160 rør blev ført
hen under lejeareal i den modsatte ende af stien.
Figur 4. Gruppe 1: Grise i klimakammer med delvist fast gulv.
Figur 5. Gruppe 2: Grise i klimakammer med drænet gulv i lejeareal og spaltegulv i resten.
Figur 6. Gruppe 3: Grise i klimakammer med gulvudsugning under gødeareal og 40 % reduceret spalteåbnings-
areal.
Figur 7. Gruppe 4: Grise i klimakammer med gulvudsugning under lejeareal og 40 % reduceret spalteåbnings-
areal.
Figur 8. Udformning af gulv i gruppe 4
– bemærk de isatte gummikiler.
Appendiks B
Figur 1. Lugtmålinger. Øverste graf viser målingerne i første runde, mens nederste graf viser målingerne fra
anden runde. Målinger foretaget 9. september 2009, dvs. måling 5 og 6 på nederste graf er udeladt af den
statistiske behandling af data pga. outliers.
Figur 2. Luftydelse registreret i forbindelse med lugtmålinger. Øverste graf viser målingerne i første runde,
mens nederste graf viser målingerne fra anden runde.
Figur 3. Ammoniakmålinger foretaget i forbindelse med lugtmålinger. Øverste graf viser målingerne i første
runde, mens nederste graf viser målingerne fra anden runde.
Figur 4. Kuldioxidmålinger foretaget i forbindelse med lugtmålinger. Øverste graf viser målingerne i første
runde, mens nederste graf viser målingerne fra anden runde.
Figur 5. Svovlbrintemålinger foretaget i forbindelse med lugtmålinger. Øverste graf viser målingerne i første
runde, mens nederste graf viser målingerne fra anden runde.
Figur 6. Temperaturmålinger foretaget i forbindelse med lugtmålinger. Øverste graf viser målingerne i første
runde, mens nederste graf viser målingerne fra anden.
Appendiks C
Tabel 1. Produktionsresultater for de to hold grise. Der blev praktiseret alt ud alt ind med opholdstid på 84 dage
| Gruppe | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Antal indsættelse pr. hold | 32 | 32 | 32 | 32 |
| Antal producerede pr. hold | 31,0 | 30,3 | 31,4 | 29,8 |
| Vægt ved indsættelse, kg | 31,4 | 31,6 | 31,6 | 31,7 |
| Vægt ved afgang, kg | 109,8 | 109,5 | 108,7 | 112,3 |
| Daglig tilvækst, g pr. gris | 908 | 894 | 902 | 930 |
| Foderstyrke, FEsv/dag pr. gris | 2,48 | 2,45 | 2,53 | 2,55 |
| Foderudnyttelse, FEsv pr. kg tilvækst gris | 2,73 | 2,74 | 2,80 | 2,73 |
Appendiks D
Figur 1. Kontrolmålinger med ammoniak sporgasrør Kitagawa 105 SD og sammenligning med ammoniak-
målinger foretaget med sensor VE 18 måleudstyr. Alle kontinuerlige målinger korrigeres i forhold til sporgasrør.
Kurverne viser målinger foretaget i første og anden runde.