| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Udvikling af standardiseret afprøvningsprocedure til dokumentation for BAT teknik i stalde -specielt luftrensning til landbrug.

3 Praktisk afprøvning af kemisk luftrenser ved fjerkræstald

• 3.1 Funktionel beskrivelse af teknik
  • 3.1.1 Opbygning af luftvasker
• 3.2 Afprøvningsmetoder
  • 3.2.1 Ammoniakmålinger
  • 3.2.2 Lugtmålinger - beskrivelse af metoder
  • 3.2.3 Analyser af opsamlet vand fra luftrenser
• 3.3 Resultater
  • 3.3.1 Ammoniakreduktion
  • 3.3.2 Lugtreduktion
  • 3.3.3 Analyser af opsamlet vand fra luftrenser
• 3.4 Driftsøkonomi
• 3.5 Konklusion på afprøvningen
• 3.6 Muligheder for supplerende målinger ved luftrensere
  • 3.6.1 Måling af mikroorganismer i staldluft

Den efterfølgende beskrivelse af afprøvningen efter den foreslåede procedure er en indledende pilotafprøvning, der først og fremmest har til formål at levere resultater fra ON-linemåling med henblik på indkøring af systemet. Desuden er der foretaget sammenlignende målinger af ammoniaksensorer (kemisk og fotoakustisk).

3.1 Funktionel beskrivelse af teknik

Renseenheden kan anvendes til reduktion af miljøbelastningen ved både svine- og fjerkræproduktion og markedsføres under navnet Farm AirClean – kemisk løsning (Skov Info, januar 2006). Renseenheden er en kemisk luftrenser der har til formål at rense luften for ammoniak.

Der er tale om en decentral kemisk luftvasker, der bygges ind i staldens eksisterende skorstene til luftudtag. Hver enkelt luftvasker kan herefter indstilles, så rensningen er tilpasset det specifikke behov i stalden. Med den nye luftvasker ved den enkelte skorsten fås en styring med faste indstillinger, som producenten ikke skal stille på i den daglige drift. Styringen integrerer signaler fra både rensevæske og ventilatorydelse.

Producenten har udviklet et modul, der kan overvåge rensningen på hver skorsten på en lokal eller internetopkoblet pc eller på en PDA. Denne enhed er dog ikke integreret i pilotopstillingen og derfor heller ikke testet på nogen måde. Mængden af tilbageholdt kvælstof pr. skorsten og mængden pr. år til dato kan ses på en pc, og dermed om målene med rensningen bliver nået. Desuden kan der ses data om syreforbrug, driftstid med videre. Tallene kan om nødvendigt fungere som en udførlig dokumentation for, at myndighedernes krav bliver overholdt.

3.1.1 Opbygning af luftvasker

Luftvaskeren er opbygget af en spiralformet stok med dyser, som overbruser afkastluften i skorstenen med sur væske. Når luften overbruses med den sure væske, bindes ammoniakken i væsken, som bliver opsamlet i et vindelformet rendesystem i bunden af skorstenen. Væsken opsamles og recirkuleres separat i en miksertank for hver luftvasker. Farm AirClean – kemisk løsning – markedsføres blandt andet på, at der er behov for minimal vedligeholdelse, idet delene skulle være lette at skille ad og rengøre, da det er et krav for at kunne anvendes i fjerkræstalde. Dette er endnu ikke undersøgt i praksis.

Figur 2. Farm Airclean fra SKOV A/S – kemisk renser i pilotapplikation ved fjerkræstald.

3.2 Afprøvningsmetoder

3.2.1 Ammoniakmålinger

Ammoniak koncentrationen i henholdsvis den urensede og rensede luft blev opsamlet kontinuert for både indgangs- og udgangsluft, hvorefter rensningsgraden for ammoniak kunne beregnes. Målingerne blev foretaget med både Innova Photoacoustic Field Gas-Monitor 1412 og VengSystem via Dräger polytron sensor (måling af udeluft hver anden gang og forvarmning af luft til 34 grader Celsius).

Figur 4. Innova Photoacoustic Field Gas-Monitor 1412. opstillet i Dansk Landbrugsrådgivnings målevogn ved renser.

Figur 5. Dräger polytron NH3sensor + CO2sensor opstillet i VE18 sampler.

Ammoniakmålingerne fra VengSystemet er korrigeret i forhold til sammenhængen mellem Dräger polytron sensor og målinger foretaget med Kitagawa rør som vist i figur 6.

Figur 6. Sammenhængen mellem målinger foretaget med Dräger polytron sensor og målinger foretaget med Kitagawa rør. Dräger sensor er kalibreret til at vise 5,0 ved 0 ppm.

Endvidere er der foretaget sammenligning mellem Dräger polytron sensor og Innova Photoacoustic Field Gas-Monitor 1412.

Over en fire dages periode er sammenhængen mellem Dräger polytron sensor og Innova Photoacoustic Field Gas-Monitor 1412 blevet analyseret i henholdsvis afkastluften fra stalden og afkastluften fra luftrenseren. Datamaterialet har dermed dækket dels høje koncentrationer fra stalden (i størrelsesorden 7,5 – 20,3 ppm) og dels lave koncentrationer fra afkastluften fra luftrenseren (omkring 5 ppm). Som det fremgår af datamaterialet fremstillet i figur 7 er der god overensstemmelse mellem de to sensorer i ved de høje koncentrationer, mens der er store forskelle ved lave koncentrationer.

Figur 7. Sammenlignende målinger af ammoniakmålinger med Dräger polytron sensor og Innova Photoacoustic Field Gas-Monitor 1412. Målinger er målt over en fire dages periode i henholdsvis afkastluft fra stalden og i afkastet fra luftrenseren.

Sammenhængen mellem målingerne ved høje og lave koncentrationer er yderligere skitseret i figur 8 og 9, hvor data fra Dräger polytron sensoren er skitseret som funktion af Innova Photoacoustic Field Gas-Monitor 1412. I figur 8 er den gode sammenhæng mellem sensorerne ved høje koncentrationer illustreret, mens den dårligere sammenhæng ved lave koncentrationer er illustreret i figur 9.

Understøttet det konstante niveau, der ses ved Innova sensoren, er der en stærk formodning om, at validiteten af data ved lave koncentrationer er størst ved Innovasensor målingerne. Det fotoakustiske måleudstyr fra Innova (tidl. Brüel og Kjær) har udbredt anvendelse ved forsøgsinstitutioner og universiteter i Europa og er veldokumenteret. Dette udstyr er derfor pt. nok det nærmeste man kommer på "standardiseret" udstyr til gasmålinger ved landbrug (Brehme, 2003).

Figur 8. Data fra Dräger polytron sensoren er skitseret som funktion af Innova Photoacoustic Field Gas-Monitor 1412 ved høje koncentrationer (7,5 – 20,3 ppm).

Figur 9. Data fra Dräger polytron sensoren er skitseret som funktion af Innova Photoacoustic Field Gas-Monitor 1412 ved lave koncentrationer (omkring 5 ppm).

3.2.2 Lugtmålinger – beskrivelse af metoder

For de forskellige indstillinger af pH-setpunkt blev der opsamlet luftprøver til lugtanalyse i 30 liter Teflon^TM poser. Der blev foretaget en enkelt måling før og efter HelixX, så der er selvsagt ingen statistisk sikkerhed på målingen.

Prøverne blev pr. post sendt til Eurofins til lugtanalyse den efterfølgende dag. Lugtkoncentration blev bestemt ved olfaktometermetoden efter CEN-norm (CEN/TC264/WG2/N222/e – analyseforskrift 66009-ANF-012 – udgave 05). Opsamlingen af luft i poser blev ligeledes foretaget efter CEN-norm (CEN/TC264/WG2/N222/e – analyseforskrift 66009-ANF-016 – udgave 03).

3.2.2.1 Enkeltstofprøver

Med henblik på et mere detaljeret indtryk af luftrenserens evne til at fjerne specifikke kemiske forbindelser, der bidrager til lugt (efterfølgende benævnt lugtstoffer), blev der udover olfaktometri anvendt analyser på enkeltstof niveau. Enkeltstofferne blev opsamlet på adsorptionsrør pakket med en kombination af Tenax TA™ og Carbograph 2TD™, og efterfølgende analyseret ved hjælp af termisk desorption kombineret med GC/MS.

Målinger af lugtstoffer med GC/MS blev foretaget af Teknologisk Institut.

3.2.3 Analyser af opsamlet vand fra luftrenser

Det opsamlede vand fra renseren blev opsamlet og analyseret for total kvælstof, total fosfor, ammonium-N + ammoniak-N og COD hos Eurofins Miljø A/S.

3.3 Resultater

3.3.1 Ammoniakreduktion

Der er gennemført undersøgelser over en periode på ca. måned i december 2005. Undersøgelserne blev foretaget ved hjælp af kontinuerlige ammoniak og kuldioxidmålinger med VE 18 Multisensor fra VengSystem samt målinger med håndholdt Kitagawarør på samme måde som beskrevet ovenfor. Der er desuden gennemført sammenlignende målinger med fotoakustisk sensor (Innova), som forventes at være mere nøjagtig i de lave koncentrationer efter renseren.

Renseprocenterne for ammoniak lå gennemsnitligt på 53 % for pH-setpunkt 4 og 56 % for pH-setpunkt 3, og altså uden nævneværdig variation mellem de to pH-værdier, hvor der var syretilsætning (figur 7). Det skal bemærkes, at ammoniakemission var stigende i løbet af dagen.

Forsøget med rent vand gav forventeligt en noget ringere rensning (gennemsnitlig 31 %).

Det har ikke været muligt at lave en fornuftig relation mellem de pH-værdier, vi aflæste, og ammoniakfjernelse, da de varierede for meget.

Figur 10. Ammoniak emissionen fra afkastet under et dags-forsøg sammenholdt med den mængde- og procentmæssige fjernelse.

For at få et indtryk af betydningen af pH i rensevandet, blev der ligeledes lavet forsøg med forskellige pH set-værdier i juni 2006. Den gennemsnitlige renseeffekt for ammoniak ved pH 3, 4 og 5 blev beregnet på data registreret over en uge. Analysen viste ikke overraskende den højeste renseeffekt ved de lave pH værdier og faldende ved forøget pH. Effekten ved de respektive pH-værdier fremgår af tabel 3.

Tabel 3. De gennemsnitlige renseeffekter for ammoniak ved pH i rensevandet på henholdsvis 3, 4 og 5.

Optimum for ammoniakrensning har vist at være ved pH 3-4, hvorimod der viser sig et markant fald i rensningsgraden ved højere pH. Dette er forventeligt, da tilsætningen af svovlsyrer resulterer i en øget koncentration af frie protoner (H⁺), der forsurer væsken. Så snart protoner reagerer med ammoniak til ammonium, vil pH værdien stige. Ved øget pH vil færre protoner være fri til reaktion med ammoniak og dermed vil rensningsgraden være faldende. Des mindre tilsætning af svovlsyre, des højere pH og følgende lavere rensningsgrad.

Der er foretaget ammoniakmålinger henholdsvis i en vinter, forårs og sommerperiode.

Figur 11. Udsnit af vinterperiode.

Figur 12. Udsnit af forårsperiode.

Figur 13. Sommerperiode.

Den gennemsnitlige renseeffekt for ammoniak i henholdsvis vinter-, forår- og sommerperioden blev beregnet på data registreret over en uge ved pH 3 i de respektive perioder. Analysen viste den højeste renseeffekt om vinteren med faldende effekt hen mod sommerperioden. Effekten i de respektive perioder fremgår af nedenstående tabel 4.

Tabel 4. De gennemsnitlige renseeffekter for ammoniak i henholdsvis vinter-, forår - og sommerperioden.

Som det ligeledes fremgik af undersøgelsen, var der imidlertid en væsentlig forøget koncentration af blandt andet ammonium i det anvendte rensevand i sommerperioden (jvf tabel 5), hvilket formodes at reducere renseeffekten betydeligt. Der kan således ikke udledes en sikker årstidsvariation på de anvendte analyser.

3.3.2 Lugtreduktion

Der blev ikke fundet statistisk sikker lugtreduktion. Da der ikke var lugtreduktion efter fire måledage, blev der ikke gennemført yderligere målinger. Lugtkoncentrationen om sommeren lå meget lav, under 300 OU_E både før og efter filter På én måledag om vinteren, hvor lugtkoncentrationen lå på 400-550 OU_E, var der dog reduktioner i størrelsesordenen 19-31 %. På denne dag blev der kun foretaget tre gentagelser, så der er ikke statistisk sikkerhed i dette. Se i øvrigt bilag A om antal målinger af lugt ved svinestalde.

3.3.3 Analyser af opsamlet vand fra luftrenser

Tabel 5. Koncentrationer af en række udvalgte stoffer i rejektvandet.

I tabel 6 ses en markant opkoncentrering af total-N i rejektvandet, hvilket giver en mindre gradient fra koncentrationen af ammoniak i luften til koncentrationen af ammoniak i væsken. Dette resulterer naturligt i en lavere rensningsgrad. Der er behov for en optimering på forbruget af vand for at forhindre så stor variation på næringsstofkoncentrationen og således opnå højere rensningsgrad.

Enkeltstofprøver

For at få et indtryk af hvilke lugtstoffer, der findes i afkastluft fra fjerkræstalde, samt hvilke der tilbageholdes i renseenheden, blev en række kemiske forbindelser analyseret. Målingerne er resultat af en enkelt måledag.

Tabel 6. Koncentrationer af lugtstoffer i henholdsvis stald og afkastluft i 3 på hinanden følgende tidspunkter. Ved pH setpunktet 3.

Data viser, at der er en beskeden reduktion af nogle få stoffer, mens det generelle billede er, at der sker en forøgelse af koncentrationen af blandt andet de kortkædede syrer efter renseren (tabel 6). Dette er en erfaring, der tidligere er set i forbindelse med test af et andet pilotanlæg ved fjerkræstald (Oxbøl et al. 2005).

3.4 Driftsøkonomi

Til grund for beregningerne for driftsomkostninger ligger følgende priser:

Tabel 7. Driftsomkostninger ved pH-setpunktet 3.

Brugen af additiv ses afgørende for den samlede pris i ovenstående tilfælde. Ekskl. forbrug af additiv findes en driftsøkonomi til 5,7 €/kg fjernet N, hvilket betyder at et minimalt forbrug af additiv er afgørende for driftsøkonomien.

Luftrenseren er en demonstrationsenhed, og der er fra SKOV A/S's side ikke fastsat en endelig pris, så der er alene tale om driftsudgifter.

3.5 Konklusion på afprøvningen

Der ses en rensningsgrad for ammoniak på 40,7 - 72,7 % varierende med årstid og pH-setpunkt.

Optimum for ammoniakrensning har vist at være ved pH 3-4, hvorimod der viser sig et markant fald i rensningsgraden ved højere pH. Dette er forventeligt, da tilsætningen af svovlsyre resulterer i en øget koncentration af frie protoner(H⁺), der forsurer væsken. Så snart protoner reagerer med ammoniak til ammonium, vil pH værdien stige. Ved øget pH vil færre protoner være fri til reaktion med ammoniak og dermed vil rensningsgraden være faldende. Des mindre tilsætning af svovlsyre, des højere pH og følgende lavere rensningsgrad.

At rensningsgraden ses påfaldende højere i vinter- og forårsperioden i forhold til i sommerperioden ved samme pH-værdi (pH 3) i alle tre perioder, skyldes sandsynligvis opkoncentreringen i skyllevæsken/rejektvandet. Under afprøvningen skete der en markant opkoncentrering af N i rejektvandet, hvilket giver en mindre gradient fra koncentrationen af ammoniak i luften til koncentrationen af ammoniak i væsken (se tabel 5). Dette resulterer naturligt i en lavere rensningsgrad. Der er basis for en optimering på forbruget af vand for at forhindre så stor variation på næringsstofkoncentrationen.

Målingerne af lugt blev kun foretaget i begrænset omfang og tilgodeser ikke de vejledninger, der blev anført i afsnit omkring nødvendig målehyppighed. Der blev kun foretaget lugtmålinger én dag i vinterhalvåret og tre dage i sommerhalvåret. Med en analyseusikkerhed på ÷37 % til +59 % er dette ikke tilstrækkeligt. Ved de tre dages målinger i sommerhalvåret kunne der ikke registreres en lugtreduktion, og der var således ingen grund til at fortsætte målingerne. Enkelte lugtstoffer reduceres beskedent efter passage gennem luftrenseren, mens andre faktisk øges i koncentration.

I undersøgelsen med pH-setpunktet 3 (sommerperiode) findes en driftsøkonomi ekskl. forbrug af additiv til 5,7 €/kg fjernet N og inkl. forbrug af additiv til 11,1 €/kg fjernet N. SKOV A/S oplyser, at additivet primært er tilsat for at forhindre tilstopning af støv og dun/fjer. Da tilsætningen af additivet er afgørende for den samlede pris, er optimeringen af forbruget essentielt, og en parameter, der bør optimeres. I vinterperioden, hvor ammoniakrensningsgraden er større, vil driftsøkonomien alt andet lige være bedre og beløbet pr. kg fjernet N mindre end opgivet under sommerperioden. Højere ammoniakrensningsgrad vil således give en bedre driftsøkonomi opgivet i kr. pr. kg fjernet N.

På baggrund af denne undersøgelse, der blev gennemført i pilotopstilling, er det ikke muligt at afgøre, hvor god driftsikkerheden er i anlægget "Farm Airclean – kemisk renser". I perioder var der problemer med spild af syreholdigt vand fra enheden. Det vil være nødvendigt at optimere og sikre enheden mod dette af hensyn til risikoen for arbejdsulykker og dyrenes sikkerhed.

3.6 Muligheder for supplerende målinger ved luftrensere

- Vurdering af ændret lugtkarakter

Lugtpanelers opfattelse af lugtens genegrad er blandt andet undersøgt i tyskland i forbindelse med målinger ved et barkflis biofilter, der var installeret ved svineproduktion (Hahne, 2006). I undersøgelsen skulle de 83 panellister vurdere både ventilationsluft fra svinestalden og den behandlede luft efter biofilteret. Resultaterne viste, at over 70 % vurderede luften fra stalden som intensiv eller meget intensiv (stærk). Lugten fra den kemiske skrubber blev af flertallet karakteriseret som moderat, mens lugten fra luft, der var behandlet i det biologiske filter, blev karakteriseret som svag eller næsten ikke til at opfatte ("kaum vernehmbar"), altså meget svag. Ved vurdering af lugtkarakteren (hedonic tone) viste det sig, at rågassen føltes ubehagelig eller meget ubehagelig af over 90 % af panelisterne. Også udslip fra den kemiske scrubber blev betegnet som ubehagelig af næsten 70 %, mens biofilter luften blev betegnet som neutral eller ligefrem behagelig af over 90 %.

Samtidige undersøgelser af lugtkoncentrationen viste 1319 OUe i den urensede luft, mens der blev målt 576 OUe efter scrubber og 360 OUe efter biofilter. Gentagelse af forsøget efter 2 år med 152 panelister ved samme filtre viste lignende resultater for rågas (fra stald), mens resultaterne for scrubberen og biofilteret viste dårligere resultater, idet panelet vurderede scrubberlugten som intensiv (22,4 %) eller moderat (33,6 %) mens kun ca. 25 % af panelister vurderede den som meget svag (26,6 %). For biofilteret fandt kun 23,7 % nu filteret som svag/meget svag, mens størstedelen beskrev filterluften som "moderat" 59,2 %. En forklaring kan være, at biofilteret havde været i brug i 5 år uden udskiftning af materialet.

Der blev ligeledes gennemført en undersøgelse af et biotricling-filter (biovasker), idet man ombyggede en syrescrubber, så sidste trin anvendte rent vand. Igen fandt over 90 % af panelister, at den urensede luft fra stalden var intensiv eller meget intensiv og angav ubehagelig eller meget ubehagelig som karakter, mens færre betegnede luften fra biovaskeren som intensiv (42,1 %) eller moderat (52,6). Kun 2,3 % betegnede filterlugten som svag, og hvad den hedoniske karakter angår, fandt størstedelen, at lugten stadig var "ubehagelig" (60,2 %) Derimod betegnede 22.6 % lugten som neutral og 10,5 % som behagelig, mens et lille mindretal på 3,8 % oplevede lugten som meget ubehagelig.

Der er altså stor forskel på opfattelse af lugten før og efter renser, når det undersøges ved staldanlægget. Der er dog stor risiko for, at dette alene skyldes, at ammoniak er reduceret væsentligt gennem renseren Intensitet og hedonic tone burde være sammenlignet ved forskellige lugtkoncentrationer/fortyndingsgrader helt ned til de koncentrationer, som vil forekomme efter luftens transport til naboerne. Det vil således være langt bedre at gennemføre vurderinger af lugtens intensitet og hedonisk tone ved forskellige fortyndinger i laboratoriet som led i, at man bestemmer koncentrationen af lugten – blot ved at fortsætte undersøgelsen ved højere og højere koncentrationer (efter at man har bestemt detektionsgrænsen). Dette er dog en meget dyr metode, idet man skal have et stort antal panelister, og det begrænser antallet af prøver, som panelet kan vurdere på en dag. (VDI retningslinier for bedømmelse af lugtkarakter). Derfor bør det undersøges, om den af Hahne beskrevne metode (Hahne, 2006) kan anvendes som et brugbart supplement til olfactometri efter biologiske filtre, og om der er sammenhæng mellem in situ og laboratorievurderinger.

Omtalte eksperimenter er blevet gennemført ved selve renseren, og det vil således eventuelt være påvirket af andre indtryk. Mange afviser sådanne metoder som "for subjektive" og vil kun acceptere koncentration som et mål for lugt og renseeffektivitet. Men man må huske på, at en efterfølgende løbende vurdering af effektiviten og eventuelle genevurderinger ved klager netop oftest er baseret på en helhedsvurdering af lugtopfattelsen ved et besøg. Derfor kan vi ikke nøjes med en måling af koncentration.

Figur 14. Vurdering af lugtintensitet af renset og urenset luft fra stald med kemisk og biologisk rensning (to-trins renser) Andel af testpersoner der opgiver lugtintensitet som enten "svag" "intensiv" eller "meget intensiv" henholdsvis før og efter hvert rensetrin. (Kilde: Hahne, 2006).

I en anden undersøgelse af lugt før og efter et biofilter fandt Korthuis og Van Os en meget stor forskel på accepterbarheden (behagelig/ubehagelig ~hedonic tone). Bemærk at panelisterne fandt lugten lige ubehagelig, for eksempel karakteren -2 ved 5 lugtenheder før og 31 lugtenheder efter.

Figur 15. Accepterbarhed (hedonisk tone) som funktion af lugtkoncentration. Forskelligt kurveforløb for rohgas (staldluft) og reingas (renset luft – efter filter. (Korthuis og Van Os, 1996).

Kemiske målemetoder

Alternativt kan oplysningerne suppleres med målinger af kemiske stoffer i luften. Men der mangler stadig sikre korrelationer til vurderinger, så man kan danne sig et indtryk af, hvor stor betydning det har, at en række stoffer er reduceret med for eksempel 90 %, mens andre kun er reduceret med 40 %.

For yderligere information omkring kemiske målinger henvises til VMPIII forskningsrapport (endnu ikke publiceret).

3.6.1 Måling af mikroorganismer i staldluft

Undersøgelser af luftens indhold af mikroorganismer er i dag ikke standard i europæiske afprøvningsprocedurer i dag. Men hollandske undersøgelser tyder på, at det på sigt vil være hensigtsmæssigt at inkludere dette i listen over parametre, som inddrages for at give en fuldstændig vurdering af rensesystemets effektivitet. Der mangler dog forskning, som kan afklare den praktiske betydning af reduceret bakterieindhold i luft. I en undersøgelse af bakterier og sporer i luften, før og efter henholdsvis en biologisk og en kemisk luftrenser, viste, at antallet af bakterier efter biovaskeren var øget med 165 %. I luftvaskeren med syre reduceredes antallet med 64 %. I en lille pilot-luftvasker gav tilsætning af per-eddikesyre den bedste effekt over for bakterier med en 100 % reduktion målt på E. Feacalis (Arnink et. al 2005).

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 November 2008, © Miljøstyrelsen.