Teknologiudredning Version 1 Dato: Side 1 af 5. Kombineret kemisk og biologisk luftrensning

Transkript

1 Teknologiudredning Version 1 Dato: Side 1 af 5 Kombineret kemisk og biologisk luftrensning Resumé Ammoniakfordampning Lugt fra stald Støv Kombinerede kemiske og biologiske luftrensere har potentiale til at reducere ammoniakfordampningen fra so- og smågrisestalde, men der er ingen færdigudviklede anlæg på det danske marked. Kombinerede kemiske og biologiske luftrensere har potentiale til at reducere lugtemissionen fra svinestalde, men det er ikke påvist under danske forhold. Der er ingen påvirkning af støvindholdet i staldrummet. Udledningen af støv fra staldanlæg til det omgivende miljø mindskes muligvis. Emission af miljøfremmede stoffer Omsætning af ammoniak i biologiske luftrensningsanlæg kan give anledning til emission af lattergas. Lattergas ville også produceres, såfremt ammoniak blev udledt direkte til miljøet. Lattergasproduktionen kan minimeres ved at sikre stabil luftgennemstrømning af filtermaterialet. Energi og ressourceforbrug Der er øget energiforbrug til drift af ventilationsanlæg og evt. pumper. Arbejdsmiljø Ved forkert håndtering af syre er der risiko for ætsning. Smitterisiko Ingen påvirkning. Dyrevelfærd Det er særdeles vigtigt, at staldens ventilationsanlæg og luftrenser fungerer som en samlet helhed. I modsat fald kan dyrevelfærden forringes som følge af forringede klimaforhold i stalden. Affald og spildevand Miljøfremmede stoffer Ingen. Ingen. Virkning på lager og mark Udbringes den opsamlede N, kan det påvirke markudbyttet positivt. Driftssikkerhed Der er ingen driftsikre kombinerede kemiske og biologiske luftrensere på det danske marked. Merinvestering Der er øgede etableringsomkostninger i forhold til referencesystemet. Driftsomkostninger Der er øgede driftsomkostninger i forhold til referencesystemet. Denne teknologiudredning er udarbejdet af AgroTech A/S for Miljøstyrelsen. Miljøstyrelsen Strandgade København K Tlf.: Fax: mst@mst.dk 1

2 Kombineret kemisk og biologisk luftrensning Kort beskrivelse af teknologien I teknologien kombineret kemisk og biologisk luftrensning ønskes egenskaberne fra to teknologier kombineret i samme anlæg. Anlægget designes således, at luften først ledes igennem en kemisk luftrenser med syre, som sigter mod at reducere ventilationsluftens ammoniakkoncentration, hvorefter luften ledes igennem et biologisk filter bestående af befugtet træflis eller et andet organisk materiale, som sigter mod at reducere ventilationsluftens lugtkoncentration. Kemisk rensetrin Den kemiske luftrensning er kendetegnet ved at være effektiv til reduktion af ammoniak. Luftrensningen foregår ved at luftens ammoniakindhold bindes som ammonium i en sur væske. Der er derimod ikke fundet en lugtreducerende effekt i kemiske luftrensere i danske afprøvninger (Pedersen, 2007; Riis, 2007, 2009). Kemisk luftrensning er baseret på en kemisk renseproces, hvor ventilationsluften ledes igennem en filtermatrice, der konstant overrisles med en svovlsyreopløsning. Ved kontakt med svovlsyreopløsningen bindes ammoniak i væsken som ammoniumsulfat. Luftens passage gennem filtret kan enten finde sted efter tværstrømsprincippet eller efter modstrømsprincippet. Filtermatricen skaber en passende væskeoverflade, som er nødvendig for massetransporten af ammoniak fra luften til væsken. Kemiske luftrensere er i danske afprøvninger fundet at kunne reducere ammoniakkoncentrationen med % (Pedersen, 2007; Riis, 2007, 2008, 2009). Biologisk rensetrin Biologisk luftrensning gennem et filtermateriale bestående af befugtet træflis ( biofiltre ) er i flere tidligere afprøvninger fundet at have en effektiv lugtreducerende effekt (Riis et al., 2006, Riis et al., 2006, 2008; Riis & Jensen, 2007, Jensen et al., 2005). I de afprøvede anlæg var det ønsket at holde filtermaterialet netop så fugtigt, at der kunne finde en biologisk omsætning af lugtstoffer sted, uden at der skulle lænses vand bort fra anlægget. Biologisk luftrensning reducerer lugtkoncentrationen vha. biologisk omsætning i en biofilm, som etableres på et filtermateriale. Luften ledes igennem filtermaterialet, som holdes fugtigt, så lugtstoffer absorberes i en vandfilm og efterfølgende nedbrydes af mikroorganismer, der lever på filtermaterialet. Det biologiske rensetrin i en kombineret kemisk og biologisk luftrenser kan ikke forventes at reducere ammoniak, idet den biologiske omsætning af ammoniak kræver, at de omsatte kvælstofforbindelser fjerenes fra filtermaterialet, f.eks. ved at afdræne (lænse) vand. Hvor filtermaterialet kun netop holdes fugtigt (dvs., hvor der ikke afdrænes lænsevand), kan ammoniakreduktion derimod ikke forventes, idet kvælstofomsættende bakteriers aktivitet ophører, såfremt der ophobes kvælstof i filtermaterialet (KTBL, 2008; Anthonisen, 1976). Foto1. Billede af forsøgsanlæg med kombineret kemisk og biologisk luftrenser fra ScanAirclean A/S (tv.) og principskitse af en kombineret kemisk og biologisk luftrenser (th.)( fra KTBL, 2008). Tilsigtet effekt I Danmark er der afprøvet en enkelt prototype af en kombineret kemisk og biologisk luftrenser. Undersøgelsen blev gennemført i forbindelse med en slagtesvineproduktion. Anlægget blev konstrueret som en kemisk luftrenser fra ScanAirclean A/S, som blev tilføjet et biologisk trin i form af et filterelement bestående af træflis. Miljøstyrelsen Strandgade København K Tlf.: Fax: mst@mst.dk 2

3 Kombineret kemisk og biologisk luftrensning Ammoniak Afprøvningen af prototypen med en kombineret kemisk og biologisk luftrenser viste, at ammoniakkoncentrationen i ventilationsafkastet blev reduceret med ca. 60 %, når luften havde passeret det kemiske trin. Efter at have passeret det biologiske trin var ammoniakkoncentrationen reduceret med yderligere ca. 30 %, og samlet blev der målt en reduktion i ammoniakkoncentrationen på 91 % (Riis & Sørensen, 2009). Den målte ammoniakreduktion i den kemiske luftrenser var lavere end forventet, idet andre kemiske luftrensere er fundet at kunne reducere ammoniakkoncentrationen med %. Der var i prototypen problemer med utætheder mellem det kemiske og det biologiske rensetrin, hvilket må forventes at have påvirket ammoniakreduktionen i det kemiske rensetrin. Lugt Prototypen på en kombineret kemisk og biologisk luftrenser fra Scan AirClean A/S blev fundet at kunne reducere koncentrationen af lugten i ca. halvdelen af testperioden, mens der i den anden halvdel af måleperioden ikke blev målt en reduktion af lugtkoncentrationen i luften, der havde passeret anlægget (Riis & Sørensen, 2009). Men det var ikke muligt for firmaet at opnå stabil drift af anlægget. Anlægget kan derfor ikke med sikkerhed siges at kunne reducere lugt. Støv Teknologiens effekt på udledning af støv er ikke undersøgt, men der forventes ingen påvirkning af støvkoncentrationen i staldrummet. Teknologien forventes at kunne reducere udledningen af støv fra ventilationsafkastet, men det er ikke undersøgt under danske forhold. Emission af drivhusgasser Dannelsen af drivhusgasser i kombinerede luftrensere er ikke undersøgt. Der kan produceres lattergas i anlæg til biologisk luftrensning, hvor ammoniakkvælstof oxideres til nitrit og nitrat, idet de oxiderede kvælstofforbindelser efterfølgende kan denitrificeres under iltfri forhold. Produktion af lattergas i biologiske luftrensningsanlæg kan minimeres ved at holde filtermaterialets biofilm tynd og undgå ophobninger af store støvmængder i filtermaterialet (Sørensen, 2006). Der forventes ingen produktion af drivhusgasser i den kemiske luftrenser. Teoretisk betragtet forventes en lav eller ingen produktion af lattergas i den biologiske del af en kombineret kemisk og biologisk luftrenser, idet det i forventes at koncentrationen af NH 3 i den luft der har passeret det kemiske rensetrin er kraftigt reduceret (ca. 90 %). En vis produktion af lattergas ville dog også forekomme, såfremt den opsamlede ammoniak i stedet blev udledt til miljøet (IPCC, 2006). Energi og ressourceforbrug Energi Teknologien er ikke afprøvet over en så lang en periode, at forbruget af energi er kendt. Luftrensning medfører dog generelt et øget forbrug af energi til drift af pumper i anlægget foruden et højere energiforbrug til ventilation i sammenligning med stalde uden luftrensning. Vand Teknologien er ikke afprøvet over en så lang periode, at forbruget af vand er kendt. Luftrensning medfører dog generelt et højere vandforbrug i sammenligning med stalde uden luftrensning. Arbejdsmiljø Arbejdssikkerheden i forbindelse med svovlsyre er særdeles vigtig, idet håndtering af syren indebærer en risiko for ætsning. Ved tilsætning af svovlsyre skal anvisningerne fra fabrikanten følges. Der skal være en leverandørbrugsanvisning samt en arbejdspladsbrugsanvisning til anlægget (Arbejdstilsynet, 2003) jf. Atvejledning C.0.12 og C (Arbejdstilsynet, 2003, 2005). Smitterisiko Teknologien forventes ikke at påvirke smitterisikoen. Miljøstyrelsen Strandgade København K Tlf.: Fax: mst@mst.dk 3

4 Dyrevelfærd Dyrevelfærden i stalden kan blive påvirket, såfremt luftrenseren ikke er tilfredsstillende indpasset i ventilationssystemet, idet grisenes nærmiljø kan blive forringet. Særligt vigtigt er det at renholde filterelementerne i luftrenseren for at sikre, at ventilationssystemet ikke påvirkes negativt. Affald og spildevand Teknologien giver ikke anledning til øget produktion af affald eller udledning af spildevand. Filterelementer kan bortskaffes med dagrenovationen, og lænsevand opbevares i lagertank og udbringes til mark. Miljøfremmede stoffer Teknologien giver ikke anledning til udledning af miljøfremmede stoffer. Virkning på lager og mark Lænsevand fra kombinerede kemiske og biologiske luftrensere indeholder kvælstof. Lænsevandet fra anlæggets kemiske del vil indeholde ammoniumkvælstof, mens sammensætningen af kvælstofforbindelser fra anlæggets biologiske del afhænger af den valgte styringsstrategi. Såfremt det biologiske rensetrin befugtes netop så meget, at filtermaterialet kun holdes fugtigt, produceres der ikke lænsevand fra denne del af anlægget. Udbredelse af teknikken Der er ikke installeret kombinerede biologiske og kemiske luftrensere ved danske svinestalde, men teknologien anvendes i både Tyskland og Holland. Helhedsvurdering af teknikken Kombinerede kemiske og biologiske luftrensere er endnu ikke tilstrækkeligt testet under danske forhold til at kunne betragtes som værende en tilgængelig teknologi til reduktion af ammoniak og lugt fra so og smågrisestalde. Afprøvningen af en prototype under danske forhold viste, at anlægget ikke var færdigudviklet. Der var store problemer med styringen af de to teknologier i kombination, således at der ikke blev opnået lugtreduktion, mens ammoniakreduktionen fandt sted i både det kemiske og biologiske trin, og ikke primært i den kemiske luftrenser som forventet. En fejl i det kemiske rensetrin medførte, at den biologiske del af anlægget blev påvirket i så høj grad, at lugtreduktionen i det biologiske trin ophørte. Udenlandske erfaringer viser dog, at det kan være muligt at etablere sådanne anlæg, idet teknologien anvendes i både Tyskland og Holland. Disse anlæg kan have et antal forskellige designs. De kan således være opbygget f.eks. enten med eller uden et vandfilter, og dette vandfilter kan være placeret før eller efter det kemiske rensetrin. De tyske erfaringer med kombinerede kemiske og biologiske luftrenser har vist reduktioner af ventilationsluftens ammoniakkoncentration på %, og anlæggene er fundet at kunne reducere lugtkoncentrationen til under 300 OU E /m 3 (KTBL, 2008), hvilket er kriteriet for, at et luftrensningsanlæg kan finde anvendelse i den tyske miljøsagsbehandling. Anlæggene er dog ikke vurderet i forhold til anvendelse under danske forhold og er ikke tilgængelige på det danske marked (medio 2010). I en vurdering af hvorvidt en teknologi kan anvendes under danske driftsforhold, skal der indgå målinger af teknologiens effekt på ammoniak- og lugtkoncentrationen, samt anlæggets vandforbrug, energiforbrug og produktion af lænsevand. Driftsstabilitet Der er ingen driftsstabile kombinerede kemiske og biologiske luftrensere tilgængelig på det danske marked (medio 2010). Etableringsomkostninger Kan ikke vurderes på foreliggende grundlag. Driftsøkonomi Kan ikke vurderes på foreliggende grundlag. Miljøstyrelsen Strandgade København K Tlf.: Fax: mst@mst.dk 4

5 Litteratur Anthonisen, A.C., Loehr, R.C., Prakasam, T.B.S. & Srinath, E.G. (1976): Inhibition of Nitrification by Ammonia and Nitrous Acid. Journal of Water Pollution Control federation, 48 (5). Arbejdstilsynet (2003): Leverandørbrugsanvisning (sikkerhedsdatablad) og teknisk datablad for stoffer og materialer. At-vejledning C.0.12., Arbejdstilsynet (2005): Arbejdspladsbrugsanvisning for stoffer og materialer. At-vejledning C.0.11., IPCC (2006): IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Volume 4: Agriculture, Forestry and Other Land Use. Jensen, T.L., Riis, B.L., Feilberg, A. (2005): Reduktion af lugt og ammoniak med Oldenburg Biofilter, Agrofilter GmbH. Meddelelse nr. 727, Landsudvalget for svin, Den rullende afprøvning. KTBL (2008): Exhaust Air Treatment Systems for Animal Housing Facilities. Techniques - Performance costs. KTBL publication 464. Association for Technology and Structures in Agriculture, Darmstadt, Germany. Riis, A.L. (2007): Bovema S-air to-trins luftrenser afprøvet i en smågrisestald under sommerforhold. Meddelelse nr. 776, Dansk Svineproduktion, Den Rullende Afprøvning. Riis, A.L. (2008): Ammoniakreduktion og driftsomkostninger ved Bovema S-air ét-trins luftrenser i en smågrisestald. Meddelelse nr. 820, Danske Svineproduktion, Den Rullende Afprøvning. Riis, A.L. (2009): Central luftrenser fra ScanAirclean A/S afprøvet i en kombineret smågrise- og poltestald. Meddelelse nr. 842, Dansk Svineproduktion, Den rullende Afprøvning. Riis, B.L., Hansen, A.G. & Jensen, T.L. (2006): Luftrensning til stalde. Videreudvikling af biofiltre til eksisterende staldanlæg med akutte lugtproblemer. pilottest ved svinestald. Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen, nr. 31. Riis, A.L., & Jensen, T.L. (2007): BIO-REX Hartmann Bio-Filter afprøvet ved en slagtesvinestald. Meddelelse nr. 807, Dansk Svineproduktion, Den Rullende Afprøvning. Riis, A.L., Lyngbye, M., Feilberg, A. (2008): Afprøvning af biofilter efter amerikansk princip. Meddelelse nr. 819, Dansk Svineproduktion, Den Rullende Afprøvning. Pedersen, P. (2007): Delrensning med to-trins Bovema S-Air luftrenser i en slagtesvinestald. Meddelelse nr. 775, Dansk Svineproduktion, Den Rullende Afprøvning. Riis, A.L., Sørensen, K. (2009): Biofilter kombineret med kemisk luftrenser fra ScanAirclean A/S. Erfaring nr. 0907, Dansk Svineproduktion, Den Rullende Afprøvning. Sørensen, K.: Emission af N 2 O og NO fra biologiske luftfiltre. Specialerapport, Afdeling for Mikrobiologi, Biologisk Institut, Århus Universitet. Miljøstyrelsen Strandgade København K Tlf.: Fax: mst@mst.dk 5