SKOV A/S har gennem flere år udviklet på det biologiske luftrensningsanlæg Farm AirClean BIO System, som i sin grundform er konstrueret med to befugtede vertikale cellulosefiltre. Videncenter for Svineproduktion har gennemført flere afprøvninger af systemet [1], [2], [3], [4]. For at øge lugtreduktionen i Farm AirClean BIO systemet har firmaet videreudviklet anlægget. Der er foretaget en ændring af styringsprincippet og overrislingen af filter 1 og 2, og endvidere er vaskerobotten i luftrenseren blevet modificeret. Desuden er der installeret et tredje filterelement, så luftrenseren i dag kan bestå af tre vertikale cellulosefiltre. Det tredje filterelement er 60 cm tykt i modsætning til filter 1 og 2, som kun er 15 cm tykke. For at sikre en ensartet luftbelastning af filtrene i luftrenseren er der monteret en perforeret luftfordelingsplade før det første filterelement.

En optagelse på Miljøstyrelsens Teknologiliste kræver, at et produkt er afprøvet på to lokaliteter. De internationale måleprotokoller for miljøteknologi (VERA) skal sikre, at test udføres ens i forskellige lande, således at resultater kan overføres mellem lande. Det betyder, at luftrensere, som søges optagelse på Teknologilisten i Danmark, f.eks. kan være testet ét sted i udlandet, og ét sted i Danmark. SKOV A/S har sidste år fået foretaget en afprøvning af 3-trins luftrenseren i Tyskland, som viste, at luftrenseren kunne reducere lugtkoncentrationen over året med 77 % [5].

Formålet med denne afprøvning var at dokumentere luftrenserens lugt- og ammoniakreduktion ved målinger gennem et helt år i en slagtesvinestald i Danmark. Endvidere var formålet at dokumentere luftrenserens driftsstabilitet og -omkostninger. Da det er en igangværende afprøvning, er der i denne Meddelelse kun medtaget resultater fra målinger i sommerperioden, som blev gennemført ved produktionen af et hold grise.

Luftrenseren, en Farm AirClean 3-trins BIO Flex fra SKOV A/S, var monteret i en slagtesvinestald indrettet med storstier med i alt 350 stipladser. Aktivitets- og lejeområdet i storstien var adskilt fra foderområdet med en sorteringsvægt fra Domino A/S. Luftrenseren var placeret i en tilbygning ved siden af slagtesvinestalden, og al afgangsluft blev ledt fra siden af stalden og ind igennem luftrenseren via 6 stk. Ø600 rør med afkastkonus, figur 1. Stalden var indrettet med 1/3 drænet gulv og 2/3 fuldspaltegulv samt tørfoder ad libitum. Luftindtaget bestod af 30 vægventiler (DA 1200). De eksisterende ventilationsafkast i stalden blev kun anvendt som nødventilation i afprøvningsperioden. Efter det tredje filterelement i luftrenseren var monteret fire trinløse ventilatorer med en samlet udsugningskapacitet på 38.000 m³/time. Efter ventilatorerne var fire målevinger af fabrikatet Reventa monteret.

  
Figur 1. Luftrenseren fra SKOV A/S var placeret i tilbygning ved siden af slagtesvinestalden. Skitse: SKOV A/S.

Registreringer

Målingerne i sommerperioden blev gennemført over otte uger i august og september 2010. Der blev foretaget målinger på ti måledage fordelt over hele perioden. Forbrugsomkostningerne om sommeren blev registreret for hele produktionsperioden af et hold slagtesvin, som forløb fra 27. juli 2010 til og med 22. oktober 2010.

Lugtmålingerne blev foretaget ved opsamling af en repræsentativ luftmængde før luftfordelingspladen, mellem filterelement 2 og 3 samt efter luftrenseren. Der blev opsat en TeflonTM slange i hvert målepunkt, som blev monteret til en 30 l. nalophan pose. Den enkelte pose lå i en tæt lukket kasse. Der blev dannet et vakuum i kassen ved hjælp af en pumpe, hvorved posen blev fyldt med luft fra målepunktet. Prøverne blev udtaget i henhold til Dansk Standard [6]. Poserne blev fyldt over ca. 30 minutter. Luftprøverne blev opsamlet henholdsvis mellem kl. 11-12 og umiddelbart efter kl. 12.30. På hver af de ti måledage blev der opsamlet to luftprøver ved hvert målepunkt, således at der i alt blev sendt seks prøver til lugtlaboratoriet hos DMRI i Roskilde. Til lugtlaboratoriet hos Eurofins i Galten blev der på hver af de ti måledage sendt fire prøver, hvor to af prøverne var udtaget før luftrenseren, og to prøver var udtaget efter luftrenseren. På hver af de sidste otte måledage blev der udtaget yderligere seks prøver, som blev sendt til lugtlaboratoriet ved LUFA Nord-West i Oldenburg. Luftprøverne blev ved alle tre laboratorier analyseret den følgende dag i henhold til den Europæiske CEN-standard [6].

På hver måledag bestemte LUFA Nord-West endvidere om lugtkarakteren i luftprøverne udtaget før luftrenseren kunne detekteres i luftprøverne udtaget henholdsvis efter trin 2 og efter trin 3 i luftrenseren. Denne bestemmelse foretages ikke på de danske lugtlaboratorier på nuværende tidspunkt, og er ikke beskrevet i en dansk eller international standard.
 
Efter opsamling af luftprøverne til bestemmelse af lugtkoncentrationen blev der foretaget måling af ammoniak-, kuldioxid- og svovlbrintekoncentrationen i de samme målepunkter. Ammoniakkoncentrationen blev målt med Kitagawa sporgasrør 105SD, mens kuldioxidkoncentrationen blev målt med Kitagawa sporgasrør 126SF og svovlbrintekoncentrationen blev målt med en Jerome 631-XE svovlbrintemåler.

I perioden 13. august til og med 3. september 2010 blev ammoniakkoncentrationen målt kontinuerlig med en INNOVA 1312 fotoakustisk gasmåler, som var udlånt af det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet ved Århus Universitet. Der blev via en 1303 Multipoint Sampler skiftevis leveret luft via teflonslanger fra henholdsvis før luftrenseren, efter 1. filterelement, efter 2. filterelement og efter 3. filterelement samt i udeluften til INNOVA 1312 gasmåleren. Data fra gasmåleren blev logget med software Type 7300. Der var med denne type software maksimalt mulighed for 40 målinger pr. målerunde svarende til 8 gentagne målinger pr. kanal. Indstillingerne resulterede i en måletid mellem de enkelte kanaler på 24 minutter og for en samlet målerunde på ca. to timer. I løbet af måleperioden blev der på tre måledage foretaget kontrollerende målinger af ammoniakkoncentrationen med Kitagawa sporgasrør. Kontrolmålingerne blev anvendt til at korrigere de loggede data fra INNOVA gasmåleren jf. figur A3 i appendiks.

Luftydelsen, registreret via Reventa målevinger monteret på ventilationsafkastene fra luftrenseren, blev logget hvert 2. minut. Efter afslutning af måleperioden blev der på hver af de seks Ø600 ventilationsindløb til luftrenseren monteret en Fancom målevinge, hvorefter ventilationsanlægget blev steppet igennem for at korrigere den loggede luftydelse til en akkrediteret værdi.

Antallet af dyr og dyrenes vægt visuelt - vurderet i stalden på hver måledag - blev sammenholdt med antallet af dyr og deres vægt registreret på sorteringsvægten fra Domino A/S i storstien. Luftens temperatur og relative fugtighed blev målt i målepunkterne efter opsamling af hver luftprøve. Udeluftens temperatur og relative fugtighed blev målt før opsamling af første luftprøve og efter opsamling af sidste luftprøve. Målingerne af luftens temperatur og relative fugtighed blev foretaget med TSI VelociCalc 8347 måler. Tryktabet over de enkelte filterelementer blev på hver måledag målt med et manometer. Energiforbrug til drift af luftrenseren samt ventilationen blev registreret separat med elmålere.

Tilført og lænset vand blev registreret med vandmålere. På måledagene blev der foretaget målinger af pH og ledningsevne i vandkarrene under filterelement 1 og 2. På hver måledag blev der udtaget en prøve af overrislingsvandet, som efterfølgende blev frosset ned med henblik på analyse for indholdet af total N, ammoniumkvælstof, nitrit, nitrat og tørstof.

Statistik

Ammoniak- og svovlbrintekoncentrationer samt de logaritmetransformerede lugtkoncentrationer blev analyseret i en variansanalyse med proceduren MIXED i SAS under hensyn til gentagne målinger pr. dag.

Ved måleperiodens start d. 3. august 2010 var der 350 grise i stalden med en gennemsnitlig vægt på 38 kg. På den sidste måledag d. 21. september 2010 var der 342 grise med en gennemsnitlig vægt på 85 kg. Målingerne blev foretaget ved en gennemsnitlig udetemperatur på 17,2 ºC (interval: 13,7 – 23,7 ºC) og en relativ luftfugtighed på 69 % (interval: 48 – 95 %).

Ammoniak

Ved at lede luften fra slagtesvinestalden igennem luftrenseren blev ammoniakkoncentrationen om sommeren statistisk sikkert reduceret fra gennemsnitlig 6,5 ppm til 1,1 ppm svarende til 83 %, tabel 1. Langt størstedelen af ammoniakreduktionen skete på de to første filterelementer, idet ammoniakkoncentrationen blev reduceret til 1,5 ppm, svarende til 77 %.

Ammoniakkoncentrationen efter 2. filterelement på 1,5 ppm var i overensstemmelse med tidligere resultater fra afprøvninger af luftrenseren [1], [2], [3],[4]. Ammoniakkoncentrationen, der blev målt efter 3. filterelement var numerisk lavere i forhold til ammoniakkoncentrationen efter 2.

filterelement, men var ikke statistisk sikker forskellig. På figur 2 er vist den kontinuerlige måling af ammoniakkoncentrationen i en tre ugers periode med INNOVA gasmåler. Målingerne viste, at der var en døgnvariation i ammoniakkoncentrationen i luften fra stalden, som skyldtes dyrenes døgnrytme og ændringer i ventilationsydelsen. Denne døgnvariation var også synlig i reduktionsgraden over filterelementerne, dog var døgnvariationen mest udpræget efter 1. filterelement. I appendiks tabel A1 er vist de gennemsnitlige ammoniakkoncentrationer målt med INNOVA.

Tabel 1. Ammoniakkoncentration om sommeren målt med Kitagawa sporgasrør på de ti måledage i luften før luftrenseren og efter 1., 2. og 3. filterelement. 95 % konfidensinterval er angivet i parentes.

Figur 2. Ammoniakkoncentration målt kontinuerligt med INNOVA 1314 fotoakustisk gasmåler i perioden 13. august til og med 3. september 2010 i luften før luftrenseren samt efter 1., 2. og 3. filterelement.

Lugt

Der blev foretaget otte dages målinger med to målinger pr. dag, som blev sendt til hvert af de tre lugtlaboratorier LUFA Nord-West i Tyskland samt DMRI og Eurofins i Danmark. Derudover blev der foretaget to ekstra måledage, hvor prøverne kun blev sendt til DMRI og Eurofins. Resultaterne for alle ti måledage fra de to danske laboratorier kan ses i appendiks tabel A2.

Analyseresultaterne fra LUFA Nord-West viste, at lugtkoncentrationen i luften fra stalden blev reduceret statistisk sikkert ved at passere gennem luftrenseren. Efter at have passeret de to første filterelementer var lugtkoncentrationen gennemsnitligt reduceret med 76 %, og efter 3. filterelement i luftrenseren, var lugtkoncentrationen reduceret med i alt 80 %.

Lugtkoncentrationen, der blev målt efter 3. filterelement var numerisk lavere i forhold til lugtkoncentrationen efter 2. filterelement, men var ikke statistisk sikker forskellig. Disse resultater var i overensstemmelse med de resultater, der var opnået ved afprøvning af 3-trins luftrenseren i Tyskland, hvor lugtprøverne ligeledes blev analyseret ved LUFA Nord-West [5].

Analyseresultaterne fra Eurofins viste derimod, at der ingen statistisk sikker reduktion var af lugtkoncentrationen ved de otte dages målinger, mens der var tendens til en mindre reduktion i analyseresultaterne fra DMRI. Desuden var spredningen på de danske analyseresultater større, hvorfor der kræves flere målinger for at dokumentere om en eventuel mindre reduktion var statistisk sikkert, jf. tabel 2. Ved de ti dages målinger analyseret ved DMRI var der en statistisk sikker reduktion af lugtkoncentrationen over luftrenseren på 20 %.

Prøver analyseret ved Eurofins over alle ti måledage viste en statistisk sikker reduktion af lugtkoncentrationen på 16 %.
 
Ved 6 af 16 prøver fra DMRI var lugtkoncentrationen højere i prøverne efter luftrenseren end i prøverne før luftrenseren. Ved 5 af 16 prøver fra Eurofins var lugtkoncentrationen højere i prøverne efter luftrenseren i forhold til prøverne før luftrenseren. Derimod var der ingen prøver fra LUFA Nord-West, hvor lugtkoncentrationen var højere efter luftrenseren i forhold til før luftrenseren, jf. figur A1 i appendiks.

Analyser af enkeltstofmålinger herunder svovlforbindelser [7] og oplevelser på stedet gav forventning om en lavere lugtkoncentration efter end før luftrenseren.

Årsagen til at laboratorierne måler forskellige niveauer og giver anledning til forskellige procentuelle reduktioner kendes ikke. Videncenter for Svineproduktion har derfor bedt Miljøstyrelsen undersøge problemstillingen.

Tabel 2. Lugtkoncentration i luften før luftrenseren samt efter 2. og 3. filterelement analyseret ved LUFA Nord-West, DMRI og Eurofins på otte samtidige måledage. Der blev ikke udtaget prøver efter 2. filterelement til Eurofins. 95 % konfidensinterval er angivet i parentes.

I figur 3 er vist den procentuelle fordeling af paneldeltagernes bedømmelse af om lugtkarakteren i luftprøverne udtaget, før luftrenseren kunne detekteres i luftprøverne udtaget henholdsvis efter trin 2 og efter trin 3 i luftrenseren analyseret ved LUFA Nord-West. Resultaterne viste at lugtkarakteren før luftrenseren kunne detekteres i 37,5 % af prøverne udtaget efter 2. filterelement, mens det efter 3. filterelement kun var i 12,5 % af prøverne. Der var én prøve udtaget efter 3. filterelement, hvor tre panelister angav ja, og tre panelister angav nej. Den lugtkarakter, der blev detekteret i luften før luftrenseren, blev således væsentlig ændret, når luften passerede gennem luftrenseren, målt på det tyske laboratorium. Denne bestemmelse foretages ikke på de danske lugtlaboratorier på nuværende tidspunkt, og er ikke beskrevet i en dansk eller international standard.

Figur 3. Procentuel fordeling af svar på om lugtkarakteren i luftprøverne udtaget før luftrenseren kunne detekteres i
luftprøverne udtaget henholdsvis efter trin 2 og efter trin 3 i luftrenseren i prøver analyseret ved LUFA Nord-West.

Svovlbrinte

Svovlbrintekoncentrationen blev statistisk sikkert reduceret ved at lede luften fra slagtesvinestalden igennem luftrenseren. Der var endvidere statistisk sikker forskel på svovlbrintekoncentrationen før og efter de enkelte filterelementer i luftrenseren. Svovlbrintekoncentrationen var reduceret med 11 % efter det 1. filterelement, og efter det 2. filterelement var den reduceret med 20 % i forhold til koncentrationen før luftrenseren. Hovedparten af svovlbrintereduktionen fandt imidlertid sted på det 3. filterelement, hvor den efter at have passeret var reduceret med i alt 45 % i forhold til koncentration før luftrenseren, jf. tabel 3. Det 3. filterelement bidrog således til den største reduktion af svovlbrintekoncentrationen i luftrenseren, mens der kun på dette filterelement var en mindre numerisk reduktion af lugtkoncentrationen. I andre undersøgelser er der vist en reduktion af lugtkoncentrationen, når der har været en reduktion af svovlbrintekoncentrationen [4], [8], [9], [10].

Tabel 3. Svovlbrintekoncentration i luften før luftrenseren og efter 1., 2. og 3. filterelement. 95 % konfidensinterval er angivet i parentes.

Luftydelse og tryktab

I figur 4 er vist luftydelse og tryktab målt på de ti måledage i sommerperioden. Midt i måleperioden, fra 24. august til og med 9. september, steg tryktabet over luftrenseren fra ca. 45 Pa til 58 Pa samtidig med, at luftydelsen ved maksimal ventilation faldt fra 31.000 m³/time til ca. 27.000 m³/time. Årsagen til dette var en begyndende tilstopning af det 1. filterelement i luftrenseren, hvorfor der blev foretaget en manuel vask af dette filterelement d. 10. september. Selvom luftrenseren var installeret med en automatisk vaskerobot, der med jævne mellemrum rengjorde det første filterelement, var det således nødvendigt at vaske det første filterelement manuelt. Efterfølgende var det muligt at ventilere stalden med en maksimal luftydelse på ca. 38.000 m³/time, samtidig med at tryktabet over luftrenseren var reduceret til 37 Pa. I appendiks figur A2 er vist fordelingen af tryktab på filterelementerne i luftrenseren ved de ti måledage.

Figur 4. Luftydelse og tryktab på de ti måledage ved opsamling af luftprøver til olfaktometrisk bestemmelse af lugtkoncentrationen. Der blev foretaget en manuel vask af det 1. filterelement i luftrenseren d. 10. september pga. begyndende tilstopning.

Forbrugsomkostninger

I tabel 4 er vist forbrugsomkostninger til drift af luftrenseren om sommeren. Det skal understreges, at forbrugsomkostninger til el og vand over hele året, som gennemsnit, må forventes at være lavere end det i tabel 4 nævnte. Generelt vil ventilationsanlægget køre med maksimal ventilationsydelse i en stor del af tiden om sommeren, hvilket vil medføre, at energiforbruget til ventilation er højere om sommeren end om vinteren. Den højere luftydelse vil ligeledes medføre, at fordampningen af vand er større om sommeren end om vinteren, hvilket resulterer i et højere vandforbrug om sommeren. Lænset vand fra luftrenseren udgjorde i sommerperioden 285 l. pr. produceret gris. Lænsevandsproduktionen hænger sammen med den ammoniakemission, der er fra stalden. I måleperioden om sommeren var den gennemsnitlige ammoniakemission målt i luften før luftrenseren 0,41 g NH₃-N/time/dyr, hvilket var højere end normtallet for den pågældende staldtype. Normtallet for staldtypen er 0,22 g NH₃-N/time/dyr, og er et gennemsnit over hele året. Det er forventeligt, at ammoniakemissionen er højere om sommeren end om vinteren, og lænsevandsproduktionen må derfor forventes at være lavere over hele året som gennemsnit.

Elforbruget til luftrenseren må forventes at være nogenlunde konstant over året, da pumper til overrisling og vaskerobot kører med samme frekvens over året. I en slagtesvinestald uden luftrensning bruges der almindeligvis ca. 5-7 kWh til ventilation pr. produceret gris. Elforbruget til ventilation i tabel 4 skal således fratrækkes 5-7 kWh for at beregne det ekstra elforbrug, det kræver at trække luften igennem luftrenseren.

Tabel 4. El- og vandforbrug ved drift af luftrenseren om sommeren.

Luftrenseren fra SKOV A/S reducerede om sommeren ammoniakkoncentrationen fra gennemsnitlig 6,5 ppm til 1,1 ppm, svarende til 83 %. Langt størstedelen af ammoniakreduktionen skete på de to første filterelementer, hvorover ammoniakkoncentrationen blev reduceret til gennemsnitlig 1,5 ppm.

Analyseresultaterne fra LUFA Nord-West viste, at lugtkoncentrationen i luften fra stalden om sommeren blev reduceret med 76 % ved at passere de to første filterelementer i luftrenseren, og efter det 3. filterelement i luftrenseren var lugtkoncentrationen reduceret med i alt 80 %. Disse resultater var i overensstemmelse med de resultater, der var opnået ved afprøvning af 3-trins luftrenseren i Tyskland, hvor lugtprøverne ligeledes blev analyseret ved LUFA Nord-West. Analyseresultaterne fra Eurofins viste derimod, at der ingen statistisk sikker reduktion var af lugtkoncentrationen ved de otte dages målinger, mens der var tendens til en mindre reduktion i analyseresultaterne fra DMRI. Årsagen til at laboratorierne måler forskellige niveauer og giver anledning til forskellige procentuelle reduktioner kendes ikke, og Videncenter for Svineproduktion har derfor bedt Miljøstyrelsen undersøge problemstillingen.

Svovlbrintekoncentrationen i luften fra stalden blev statistisk sikker reduceret ved at passere luftrenseren svarende til 45 %. Det 3. filterelement bidrog med den største reduktion af svovlbrintekoncentrationen i luftrenseren.

Selvom luftrenseren var installeret med en automatisk vaskerobot, der med jævne mellemrum rengjorde det første filterelement, var det i måleperioden om sommeren nødvendigt at vaske det første filterelement manuelt på grund af begyndende tilstopning.

Registreringerne fortsættes gennem et helt år for at fastlægge drifts- og vedligeholdelsesomkostningerne over længere tids drift. Ligeledes vil reduktionseffektiviteten af lugt og ammoniak også blive målt i vinterhalvåret.

Deltagere

Teknikere Tommy Nielsen, Emil Dietz Fuglsang
Statistiker Mai Britt Friis Nielsen
Ph.d. studerende Michael Jørgen Hansen, DJF, Århus Universitet.

Afprøvning nr. 1085

Tabel A1 . Ammoniakkoncentration målt kontinuerligt med INNOVA 1314 fotoakustisk gasmåler i perioden 13. august til 3. september 2010 i luften før luftrenseren, samt efter 1., 2. og 3. filterelement. 95 % konfidensinterval er angivet i parentes.

Tabel A2. Lugtkoncentration i luften før luftrenseren samt efter 2. og 3. filterelement analyseret ved DMRI og Eurofins på 10 måledage. Der blev ikke udtaget prøver efter 2. filterelement til Eurofins. 95 % konfidensinterval er angivet i parentes.

   
Figur A1. Lugtkoncentration i luften før luftrenseren, samt efter 2. og 3. filterelement analyseret ved LUFA Nord-West, DMRI og Eurofins på de enkelte måledage. Der blev ikke udtaget prøver til Eurofins efter 2. filterelement. Markeringerne omkring nogle af analyseresultaterne viser, hvor der blev målt højere lugtkoncentration efter luftrenseren end før luftrenseren.
   

   
Figur A2. Fordeling af tryktab på filterelementerne i luftrenseren ved de ti måledage. Der blev foretaget en manuel vask af det 1. filterelement i luftrenseren d. 10. september pga. begyndende tilstopning.
   

  
Figur A3. Samtidige målinger af ammoniakkoncentrationen med henholdsvis Kitagawa sporgasrør og INNOVA 1312 fotoakustisk gasmåler fordelt på tre dage i måleperioden 13. august til og med 3. september 2010.