Bygninger nr. 45 2010 FarmTest Separering af svinegylle med SepKon SK-4
Titel: Separering af svinegylle med SepKon Forfatter: Thorkild Q. Frandsen, AgroTech Layout: Gitte Bomholt, AgroTech Tryk: Videncentret for Landbrug Udgave: 1. udgave, september 2010 Oplag: Udgiver: 60 stk. Videncentret for Landbrug Agro Food Park 15, Skejby 8200 Århus N Telefon 8740 5000 Fax 8740 5010 E-mail farmtest@landscentret.dk www.farmtest.dk ISSN 1601-6815
Separering af svinegylle med SepKon SK-4 Af Thorkild Q. Frandsen, AgroTech Det Europæiske Fællesskab og Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri har deltaget i finansieringen af projektet.
INDHOLD 1. SAMMENDRAG OG KONKLUSION... 5 2. BAGGRUND OG FORMÅL... 6 2.1 Hvorfor separere gylle?... 6 2.2 Formål med FarmTesten... 6 3. FARMTESTENS GENNEMFØRELSE... 7 3.1 Testlokalitet... 7 3.2 Anlægsbeskrivelse... 7 3.3 Dataopsamling... 9 4. RESULTATER... 11 4.1 Behandlet mængde gylle og anlæggets kapacitet... 11 4.2 Koncentrationer af næringsstoffer og tørstof i rågylle og fraktioner... 11 4.3 Fordeling af næringsstoffer og tørstof i fraktionerne.... 11 4.4 Reduktion af harmoniarealet... 12 4.5 Elforbrug... 13 4.6 Støj... 13 4.7 Vurdering af driftsstabilitet... 13 5. DISKUSSION OG ANBEFALINGER... 14 6. BILAG... 15 Bilag 1. Analyseresultater.... 15 Bilag 2. Metodebeskrivelse for dataindsamling.... 15 Bilag 3. PI-diagram for SepKon SK-4... 17 Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 4
1. SAMMENDRAG OG KONKLUSION Videncentret for Landbrug, Plan & Miljø har iværksat og gennemført en FarmTest af SepKon Aps separationsanlæg model SK-4 til separering af svinegylle. Det praktiske arbejde og afrapportering er udført af AgroTech. SepKon-anlægget separerer gyllen i tre fraktioner: Fiberfraktion, slamfraktion fra bundfældningstank og væskefraktion. Anlægget fungerer rent mekanisk og anvender således ingen tilsætningsmidler (fældningsmidler, polymer mv.) i processen. FarmTesten er gennemført fra den 15. juni 2010 til den 2. juli 2010. I testperioden har anlægget separeret 129 m 3 gylle med en kapacitet på 3-4 m 3 pr. time. Anlægget er etableret i en container, som er placeret ved siden af staldanlægget på et større svinebrug. Anlægget har i testperioden kørt stabilt og uden væsentlige tekniske problemer. I tabellerne herunder er præsenteret resultaterne ved brug af SepKon SK-4 til separering af slagtesvinegylle med et tørstofindhold på ca. 6 %. Tabel 1. Fordeling af rågylle ns n ærin gsstoffe r (vægtprocent). Fraktion Total-kvælstof Organisk kvælstof Fosfor Fiberfraktion 11 20 11 Slamfraktion (bundfald) 4 4 5 Fiber og slam tilsammen 15 24 16 Væskefraktion (rejekt) 85 76 84 Tabel 2. Fordeling af rågylle ns mængde og tørstof. Parameter Vægtfordeling Tørstoffordeling, TS Fiberfraktion 10 47 Slamfraktion (bundfald) 3 2 Fiber og slam tilsammen 13 49 Væskefraktion (rejekt) 87 51 Tabel 3. Elforbrug. Kapacitet under test (tons rågylle pr. time) El-forbrug (kwh/ton gylle separeret) El-forbrug (kwh/driftstime) 3,05 1,31 4,00 På basis af resultaterne i FarmTesten er kravene opfyldt for at måtte fuldgødske med rejektvæsken. Dermed er det muligt at opnå en reduktion i harmoniarealet omkring 30 %, hvis fiber- og bundfaldsfraktion afsættes udenfor bedriften. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 5
2. BAGGRUND OG FORMÅL 2.1 Hvorfor separere gylle? Gylleseparering er et redskab til forbedret udnyttelse af næringsstofferne og energipotentialet i husdyrgødning. Ved separeringen tilstræbes normalt en væskefraktion med et lavt indhold af fosfor og organisk bundet kvælstof. Anvendelse af væskefraktionen som markgødning giver dermed en mindre fosfortildeling og en forbedret kvælstofudnyttelse i forhold til anvendelse af rågylle. Dette er en fordel især i områder, der afvander til sårbare vandmiljøer (søer, fjorde) og i særligt følsomme drikkevandsområder (nitrat). Den positive miljøeffekt for vandmiljøet forudsætter, at de faste fraktioner (koncentraterne) fra gyllesepareringen forarbejdes yderligere (f.eks. i biogasanlæg), anvendes til andre formål end markgødning (f.eks. til forbrænding) eller udbringes som gødning i områder, der er mere robuste overfor tildeling af organisk kvælstof og fosfor. For husdyrbrugeren kan gylleseparering anvendes til at opnå en reduktion i harmoniarealet under forudsætning af, at de faste fraktioner afsættes udenfor bedriften. Desuden er gylleseparering et redskab til at leve op til et eventuelt krav fra kommunen om f.eks. fosforbalance i markdriften ved ansøgning om miljøgodkendelse. 2.2 Formål med FarmTesten Formålet med FarmTesten var at demonstrere SepKon-anlægget i fuld skala under normale driftsbetingelser og som led heri indsamle og formidle driftsdata fra separering af svinegylle. Blandt andet skulle FarmTesten belyse: Hvor stor en del af rågyllens næringsstoffer og tørstof anlægget kan separere fra i henholdsvis fiber- og slamfraktion. Anlæggets elforbrug pr. ton separeret svinegylle. I forlængelse heraf skulle gives en vurdering af, om gylleseparation med SepKon SK-4 anlægget kan give adgang til at øge antallet af kg kvælstof pr. dyreenhed ved opgørelse af harmoniarealet for svinebedriften. Der er tre krav, som skal være opfyldt for at dette kan lade sig gøre: Det samlede antal DE i de dannede fraktioner må ikke ændres i forhold til antal DE før forarbejdningen. Antal kg N per DE må kun øges i de fraktioner, som har en lavere koncentration af organisk kvælstof end husdyrgødningen inden forarbejdning. Ingen fraktion må have et forhold på mindre end 40 kg N per DE. Kilde: Miljøstyrelsens hjemmeside, www.mst.dk, FAQ vedr. Husdyrgødningsbekendtgørelsen. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 6
3. FARMTESTENS GENNEMFØRELSE 3.1 Testlokalitet FarmTesten er gennemført hos en svineproducent i Sønderjylland. Der er tale om en bedrift med produktion af søer, smågrise og slagtesvin. Produktionen er fordelt på flere ejendomme. SepKon-anlægget blev installeret på bedriften i juni 2010 umiddelbart inden opstart af FarmTesten. FarmTesten blev igangsat den 15. juni 2010 med udtagning af det første sæt prøver. Den 2. juli 2010 blev de sidste prøver udtaget. Anlægget har i denne periode separeret 129 tons svinegylle. 3.2 Anlægsbeskrivelse Gylleseparation med SepKon SK-4-anlægget foregår rent mekanisk og uden brug af tilsætningsmidler som f.eks. fældningsmidler eller polymerer. Det anlæg, der er anvendt i FarmTesten, er installeret i en container. I princippet kan anlægget således flyttes til en anden ejendom og tilsluttes her. På den bedrift, hvor testen er foregået, er det imidlertid planen, at anlægget skal blive stående, idet der er etableret pumpeledninger mellem de forskellige ejendomme. Figur 1. Se pkon -separation sanlægget in stalleret i en con tainer. Rågyllen ledes til separationsanlægget fra en fortank. For at opnå en optimal drift skal der være tale om en velomrørt og homogen gylle. Gyllesepareringen foregår i tre trin. I første trin føres gylle hen over to vibrerende buesier, som filtrerer de grove partikler fra. Hullerne i den første buesi har en diameter på 0,5 mm, mens diameteren af hullerne i den anden buesi er 0,2 mm. Det er enkelt at installere buesierne med andre hulstørrelser, og dermed tilpasse anlægget til forskellige gylletyper. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 7
Figur 2. Se pkon -anlæggets to bue sier. Normalt er bue sie rne lu kke de, men afdækni ngen er her fjernet for at ku nne se buesiern e i funktion. Tørstoffet fra buesierne ledes med en transportsnegl til en skruepresse, hvor en del af væsken presses ud. Ved at justere på modtrykket i skruepressen kan man i nogen grad styre væskeindholdet i den resulterende fiberfraktion. Jo højere modtryk, jo mere væske fortrænges og jo højere tørstofprocent er der i fiberfraktionen. Fra skruepresen føres fiberfraktionen via en transportsnegl ud gennem siden af containeren, og her kan fiberen f.eks. opsamles i en container eller på en vogn. Væsken fra buesierne føres derefter til et bundfældningskar indrettet med lameller til at fremme bundfældningen. Under opholdet i bundfældningskarret vil en del af partiklerne samles på bunden, således at væsken her indeholder mere tørstof end i toppen af karret. Med faste intervaller pumpes den tykke væske (slam) fra bunden til en opsamlingsbeholder udenfor containeren. Den tynde væske fra den øverste del af karret føres via overløb til en beholder inde i containeren, hvorfra væsken pumpes til lagertank. Bilag 3 indeholder et PI-diagram for SepKon-anlægget. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 8
1 2 Figur 3. I karret mærke t me d 1 sker en bun dfældnin g, og en slamfraktion pu mpe s fra bu n den af karre t. Den tynde væske føre s via ove rløb fra kar 1 til kar 2 og herfra videre til l age rtank. Un der normal drift er der låg på karrene. Under FarmTesten er anlægget startet og stoppet ved manuel betjening af styrepanelet, men anlægget er indrettet, så det kan fungere fuldautomatisk. Således kan anlægget selv starte op, når væskestanden i fortanken når et bestemt niveau og ligeledes stoppe igen, når der ikke er mere gylle at behandle. I princippet kan anlægget altså være i drift døgnet rundt. Denne funktion (fuldautomatik) er dog ikke demonstreret eller afprøvet som en del af denne FarmTest. Anlægget kan fjernovervåges og styres via internetopkobling. 3.3 Dataopsamling Der er gennemført to testkørsler, hvor SepKon-anlægget separerer slagtesvinegylle med et tørstofindhold på ca. 6 %. Rågyllen er under testkørslerne tilført SepKonanlægget fra en gyllevogn under konstant omrøring. Begge testkørsler forløb over en periode på 3 timer og under testkørslerne er målt følgende parametre: Volumen af behandlet rågylle Masse af produceret tørstoffraktion Masse af produceret slamfraktion Koncentrationer af næringsstoffer og tørstof i fiber, slam- og væskefraktion Elforbrug til drift af separatoren Målemetoder er beskrevet i bilag 2. På baggrund af de registrerede data er der efterfølgende foretaget følgende beregninger: Vægt af produceret væskefraktion. Det antages, at 1 m 3 rågylle vejer 1 ton. Koncentrationer af næringsstoffer og tørstof i rågyllen. Massebalancer med fordeling af rågyllens næringsstoffer i de tre fraktioner. Separationseffektivitet med hensyn til næringsstoffer og tørstof. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 9
Alle prøver er udtaget og afleveret til analyse på AnalyTech Miljølaboratorium i Nørresundby af Thorkild Q. Frandsen, AgroTech. Aflæsning af flowmåler og elmåler er ligeledes foretaget af Thorkild Q. Frandsen. Vejning af fiberfraktion og slamfraktionerne er foretaget af medarbejdere fra SepKon og kontrolleret af Thorkild Q Frandsen. Figur 4. Mængden af beh andlet rågylle er målt v e d brug af en Sieme ns flowmåler. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 10
4. RESULTATER 4.1 Behandlet mængde gylle og anlæggets kapacitet Fra starten af FarmTesten den 15. juni 2010 til 2. juli er i alt blevet separeret 129 m 3 gylle. Under FarmTesten er separeret slagtesvinegylle med en tørstofprocent på ca. 6 % og anlæggets kapacitet var indstillet til 3 m 3 /time. Kapaciteten af anlægget kan dog tilpasses gylletypen. Hvis der er tale om tynd gylle, vil kapaciteten af anlægget sandsynligvis kunne indstilles til 4-5 m 3 /time. 4.2 Koncentrationer af næringsstoffer og tørstof i rågylle og fraktioner I tabel 4 herunder ses koncentrationerne af total-kvælstof, ammonium-kvælstof, organisk kvælstof, fosfor og tørstof. Tabel 4. Kon centrationer af næringsstoffer og tørstof i rågylle og fraktioner. Fraktion Total-N Ammonium- Organisk N Fosfor Tørstof, TS (kg/t) N (kg/t) (kg/t) (kg/t) Rågylle 4,01 2,76 1,25 1,01 5,83 Fiber 4,40 1,85 2,55 1,16 27,60 Bundfald 4,30 2,90 1,40 1,40 4,21 Rejektvæske 3,95 2,85 1,10 0,98 3,44 Note : Gennemsnit fra to testkørsler med slagtesvinegylle. Koncentrationerne af næringssto f- fer og tørstof i rågyllen er beregnet u d fra masse fordeling og koncen tratione rne i de tre fraktioner. Det ses, at tørstofindholdet i rågyllen ligger på ca. 6 %, mens det i rejektvæsken ligger på ca. 3 %. Der er således en del af de fine partikler, som anlægget ikke separerer fra væsken. 4.3 Fordeling af næringsstoffer og tørstof i fraktionerne. I tabel 5 herunder ses hvordan massen, total tørstof og organisk tørstof i rågyllen fordeler sig på de tre fraktioner efter separeringen. Tabel 5. Fordeling masse, tot al tørstof og organ isk tørstof på de tre fraktioner. Fraktion Massefordeling Total tørstof, TS Organisk tørstof, VS Fiber 9,8 46,6 55,4 Bundfald (slam) 3,5 2,5 2,0 Fiber og bundfald tilsammen 13,3 49,1 57,4 Rejekt-væske 86,7 50,9 42,6 Rågylle 100 100 100 Note : Gennemsnit fra to testkørsler med slagtesvinegylle. Som grundlag for massefordeli n- gen e r målt volu men af rågylle, men s massen af fiberfraktionen og bundfald er be ste mt ved vejning. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 11
Af tabellen ses bl.a., at fiberfraktionen udgør ca. 10 % af rågyllens masse. Tilsammen udgør fiberfraktion og bundfald 13,3 % af rågyllens mængde. Det ses også, at rejektvæsken efter separationen fortsat indeholder halvdelen af rågyllens tørstof. Det er med andre ord kun den grove del af tørstoffet, som anlægget separerer fra i fiber- og bundfaldsfraktion. Fordelingen af rågyllens næringsstoffer på de tre fraktioner fremgår af tabel 6 herunder. Tabel 6. Fordeling af rågylle ns n ærin gsstoffe r på de tre fr aktioner. Fraktion Total-N Ammonium-N Organisk N Fosfor Fiber 11 7 20 11 Bundfald (slam) 4 4 4 5 Fiber og bundfald tilsammen 15 10 24 16 Rejektvæske 85 90 76 84 Rågylle 100 100 100 100 Note : Genne msnit fra to te stkørsler me d slagte svine gylle. Det ses, at fiber- og bundfaldsfraktionerne tilsammen indeholder 15 % af rågyllens total-kvælstof og 16 % af rågyllens fosfor. Der er således tale om en begrænset opkoncentrering af næringsstoffer, idet fiber- og bundfaldsfraktionerne som ovenfor anført udgør 13,4 % af rågyllens masse. Som et mål for opkoncentreringen af kvælstof i fiberfraktionen i forhold til massen af er separeringsindekset beregnet ud fra resultaterne med SepKon SK-4-anlægget. Indekset beregnes som (andel af N i fiber andel af masse i fiber) / (1 andel af masse i fiber). Indekset er en værdi mellem 0 og 1. Jo højere værdi, jo større opkoncentrering af næringsstoffer. Separering af svinegylle med SepKon SK-4 gav et separeringsindeks på 0,02 for kvælstof og 0,03 for fosfor. 4.4 Reduktion af harmoniarealet Ved afsætning af fiber- og bundfaldsfraktion udenfor bedriften opnås en reduktion i harmoniarealet på 15 %, svarende til andelen af total-kvælstof i disse fraktioner tilsammen. En yderligere reduktion i harmoniarealet kan opnås, hvis separationen kan opfylde kravene for at måtte øge antallet af kg N per DE til 120 (fuldgødskning). Af tabel 4 herover ses, at kravet om lavere koncentration af organisk kvælstof i rejektvæsken i forhold til rågyllen er opfyldt. Koncentrationen af organisk kvælstof i rågyllen er 1,25 kg/ton, mens koncentrationen i rejektvæsken er 1,10 kg/ton. Ligeledes er kravet om minimum 40 kg N/DE i fiber- og bundfaldsfraktionen opfyldt. Hvis udgangspunktet er en slagtesvinegylle med 96 kg N pr. DE, så vil antal kg N/DE i fiber- og bundfaldsfraktionen tilsammen være 45. Det betyder, at svinebedrifter, der separerer gylle, vil kunne opnå en reduktion i harmoniarealet på ca. 30 % ved afsætning af fiber- og bundfaldsfraktion udenfor bedriften. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 12
4.5 Elforbrug SepKon-anlæggets samlede elforbrug er målt under de to testkørsler og opgjort dels som kwh per ton separeret gylle og som kwh per driftstime. Resultatet ses i tabel herunder. Tabel 7. Elforbrug. Kapacitet under test (tons rågylle pr. time) El-forbrug (kwh/ton gylle separeret) El-forbrug kwh/driftstime) 3,05 1,31 4,00 Udover SepKon-anlæggets eget el-forbrug skal man indregne el-forbrug til omrøring af fortank, idet rågyllen der ledes til separationsanlægget skal være velomrørt for at opnå optimal drift. 4.6 Støj Støjemissionen fra SepKon-anlægget under drift er målt med decibel-måler. Inde midt i containeren, hvor separationsanlægget er installeret, er målt et støjniveau på 86-87 db. Støjniveauet udenfor containeren (med lukket dør) er målt til 66-67 db i en afstand på 1 meter fra hullet, hvor transportsneglen til fiber kommer ud gennem containerens væg. 4.7 Vurdering af driftsstabilitet SepKon separationsanlægget har under FarmTesten fungeret stabilt og med kun få driftsproblemer. Til vibrering af buesierne anvendes trykluft fra en kompressor. Under en af testkørslerne var det nødvendigt at udskifte en komponent på kompressoren. Desuden var det under FarmTesten nødvendigt at justere på ophænget af buesierne for at opnå optimal drift. Ved overgang til kørsel på ny gylletype skal anlægget indstilles hertil. Dette er under FarmTesten gjort manuelt, og det vil sandsynligvis også være nødvendigt efterfølgende. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 13
5. DISKUSSION OG ANBEFALINGER Da der er tale om en mekanisk separation, vil effektiviteten i høj grad afhænge af, hvor tyk den anvendte rågylle er. Hvis der anvendes tynd gylle med tørstofindhold f.eks. omkring 2-3 %, må man derfor forvente en mindre andel af total-kvælstoffet havner i fiberfraktionen. Omvendt kan opnås en højere andel af total-kvælstoffet i fiberfraktion ved separering af tyk gylle alt andet lige. Som tidligere nævnt er der imidlertid mulighed for i nogen grad at tilpasse anlægget til forskellige gylletyper. F.eks. vil man kunne anvende buesier med mindre hulstørrelser til brug for tynd gylle. Dette er dog ikke undersøgt i denne FarmTest. En anden mulighed er at presse fiberfraktionen mindre hårdt og dermed gøre den mere våd. Dette vil også medføre, at fiberfraktionen indeholder en højere andel af rågyllens total-kvælstof efter separeringen. I princippet kan det være en fordel, at SepKon-anlægget leverer to fraktioner, som skal afsættes udenfor bedriften (fiberfraktion og bundfaldsfraktion). Det giver mulighed for, at de to fraktioner kan anvendes til forskellige formål. I praksis vil de fleste brugere af SepKon-anlægget nok vælge at blande de to fraktioner sammen, idet det giver en mere rationel håndtering kun at skulle opbevare og transportere én fraktion. En relevant anvendelsesmulighed for fiber- og bundfaldsfraktionen er som substrat i biogasproduktion. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 14
6. BILAG Bilag 1. Analyseresultater. Testkørsel Fraktion ph Total-N NH4-N Org N Fosfor Nr. Enhed kg/t kg/t kg/t kg/t 1 Rågylle 7,59 3,87 2,81 1,06 1,01 1 Rejekt 7,63 3,80 2,90 0,90 1,00 1 Slam 7,64 3,90 2,90 1,00 1,10 1 Fiber 8,40 4,42 2,10 2,32 1,08 2 Rågylle 6,94 4,15 2,70 1,45 1,00 2 Rejekt 7,06 4,10 2,80 1,30 0,95 2 Slam 7,27 4,70 2,90 1,80 1,70 2 Fiber 8,50 4,38 1,60 2,78 1,24 Note : Konce ntrationerne af organisk kvælstof e r bere gn et som total -N fratrukket NH 4 -N. Koncentrationerne i rågyllen er beregnet ud fra mængderne og kon centrationerne i frakti o- nerne. Testkørsel Fraktion Tørstof, TS Aske VS VS / TS Nr. % % % % 1 Rågylle 5,51 1,19 4,32 78 1 Rejekt 3,00 1,11 1,89 63 1 Slam 3,48 1,29 2,19 63 1 Fiber 26,00 1,76 24,24 93 2 Rågylle 6,16 1,28 4,88 79 2 Rejekt 3,88 1,22 2,66 69 2 Slam 4,93 1,70 3,23 66 2 Fiber 29,20 1,67 27,53 94 Note : VS-indh oldet er be regnet som TS fratru kket aske -indholde t. Kon centrationerne i rågyllen er bere gnet u d fra m æn gderne og koncen tratione rne i fraktionerne. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 15
Bilag 2. Me todebe skrivelse for da tain dsamling. Parameter Metode Masse af separeret gylle Volumen (m 3 ) er registreret med Siemens flowmåler MAG6000, på indløbet til SepKon-separatoren og omregnet til tons under antagelse af at 1 m 3 = 1 ton. Masse af produceret fiberfraktion Opsamlet i palletanke placeret på en trailer og vejet på brovægt i nærliggende grusgrav. Masse af produceret bundfaldsfraktion Opsamlet i palletanke placeret på en trailer og vejet på brovægt i nærliggende grusgrav. Masse af produceret rejektvæske Beregnet som massen af rågyllen fratrukket massen af fiberfraktionen og massen af bundfaldsfraktionen. Koncentrationer af næringsstoffer og tørstof i rågylle, fiber-, bundfalds- og rejektvæskefraktion I hver testkørsel er udtaget delprøver af de 4 massestrømme. Efter udtagning af delprøverne er de kølet ned til ca. 5 grader C. Ved afslutningen af en testkørsel er der fremstillet en samleprøve for hver af de 4 massestrømme. De 4 samleprøver er frosset ned samme dag, de er udtaget og holdt frosne indtil aflevering til analyse på AnalyTech Miljølaboratorium. Elforbrug Registreret med el-måler installeret ved SepKon-anlæggets hovedtavle. Støjemission Målt med decibel-måler. Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 16
Bilag 3. PI-diagram for SepKon SK-4 Separering af svinegylle med SepKon SK-4. 2010 17