Bygninger nr. 40 2007 FarmTest Dokumentation og demonstration af Farm Airclean - en kemisk luftrenser til fjerkræstalde
Titel: Forfatter: Dokumentation og demonstration af Farm Airclean - en kemisk luftrenser til fjerkræstalde Konsulent Helle Birk Domino, Dansk landbrugsrådgivning, Byggeri og Teknik Specialkonsulent Bjarne Langdahl Riis, Dansk Landbrugsrådgivning, Byggeri og Teknik Tekniker Jan Thorup, Dansk Landbrugsrådgivning, Byggeri og Teknik Konsulent Lars Harritsø, Dansk Landbrugsrådgivning, Fjerkræ Layout: Gitte Bomholt Christensen, Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret, Plan & Miljø Udgiver: Dansk Landbrugsrådgivning Landscentret Byggeri og Teknik Udkærsvej 15, Skejby 8200 Århus N Telefon 87 40 50 00 Fax 87 40 50 10 E-mail: farmtest@landscentret.dk www.farmtest.dk issn: 1601-6815
Dokumentation og demonstration af Farm Airclean - en kemisk luftrenser til fjerkræstalde Af Helle Birk Domino, Dansk landbrugsrådgivning, Byggeri og Teknik Bjarne Langdahl Riis, Dansk Landbrugsrådgivning, Byggeri og Teknik Jan Thorup, Dansk Landbrugsrådgivning, Byggeri og Teknik Lars Harritsø, Dansk Landbrugsrådgivning, Fjerkræ 2
Indholdsfortegnelse Sammendrag og konklusion... 4 Baggrund for undersøgelsen... 4 Konklusion...4 Baggrund... 6 Funktionel beskrivelse af teknik... 8 Spiralformet stok med dyser... 8 Formål med projektet... 9 Projektets indhold... 10 Implementering af ny teknologi hos økologisk ægproducent... 11 Dokumentation af driftseffektivitet - registreringer... 12 Ventilationsydelse... 12 Ammoniak-, kuldioxid og temperaturmålinger... 12 Næringsstoffer i rejektvandet... 13 Vand-, additiv og syreforbrug... 14 Elforbrug... 14 Lugtmålinger... 15 Enkeltstofmålinger... 15 Støvmålinger... 16 Statistik... 16 Resultater... 17 Ammoniakemission (ppm) i de tre forsøgsperioder... 17 Ammoniakreduktion årstidsvariation... 18 Ammoniakreduktion - effekten af ph i rensevandet... 18 Koncentrationer af næringsstoffer i rejektvandet... 19 Forbrug af vand, el, additiv og syre... 20 Lugtreduktion... 20 Analyse af enkelte lugtstoffer før og efter renseren... 21 Støvmålinger... 22 Ventilation... 22 Driftsøkonomi... 23 Konklusion og diskussion... 24 Potentielle effekter på miljøet ved udbredelse af teknikken... 26 3
Demonstration af Farm Airclean... 27 Åbent hus arrangement... 27 Publikation af artikler... 28 Elektronisk formidling... 28 Bilag... 29 Bilag 1. Ammoniakemission før og efter renser - gram NH 3 -N pr. time... 29 Bilag 2. Ammoniakemission - mg NH 3 -N pr. m 3... 30 Bilag 3. Indbydelse til åbent hus... 32 Bilag 4. Information, der blev uddelt til åbent hus... 34 Bilag 5. Artikel fra LandbrugsAvisen... 35 Bilag 6. Artikel fra Dansk Erhvervsfjerkræ... 36 4
Sammendrag og konklusion Baggrund for undersøgelsen Da mange fjerkræstalde er placeret i det åbne land for ikke lugtmæssigt at genere naboer, rammes denne produktion nu af krav om reduktion af kvælstofemissionen til visse følsomme naturtyper. Fjerkræproducenter, med stalde placeret tæt på følsomme naturtyper, skal forholde sig til diverse teknikker, der giver mulighed for at efterkomme de krav, der eventuelt stilles af myndighederne for at beskytte en nærliggende naturtype. Som en del af landdistriktsmidlerne fra Direktoratet for FødevareErhverv (DFFE) har Dansk Landbrugsrådgivning, Byggeri og Teknik testet FarmAirclean kemisk renser på en fjerkræstald. Formålet med nærværende projekt er at dokumentere og udbrede viden om teknologien til anvendelse i fjerkræbranchen. Konklusion Der ses en rensningsgrad for ammoniak på 40,7-72,7 % varierende med årstid og phsetpunkt. Optimum for ammoniakrensning har vist at være ved ph 3-4, hvorimod der viser sig et drastisk fald i rensningsgraden ved højere ph. Med hensyn til ph-optimum er det forventeligt, at rensningsgraden er størst ved lav ph-værdi og faldende ved højere phværdi. 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. I tabel 3 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 basis for en optimering på forbruget af vand for at forhindre så stor variation på næringsstofkoncentrationen. Rensningsgraden for lugt var 19,3-31,4 % i de forsøg, der blev foretaget i vinterperioden, mens der ikke kunne registreres en signifikant effekt i sommerperioden. Rensningsgraden af enkeltstoffer i sommerperioden ved ph 3 (tabel 5) viser ikke en generel rensning på de enkelte lugtstoffer. 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 euro pr. kg fjernet N og inkl. forbrug af additiv til 11,1 pr. kg fjernet N. SKOV A/S oplyser, at additivet er tilsat for primært at forhindre tilstopning af støv og dun/fjer. Da tilsætningen af additivet er afgørende for den samlede pris, er optimering af forbruget essentielt og en parameter, der bør optimeres. 5
Andre luftrensningssystemer har tidligere vist sig følsomme overfor støv, der kan være en hæmmende parameter for luftrensning. Ved den rette tilsætning af additiv har støv ikke vist sig som et problem under afprøvning og den kemiske luftrenser vil således have en fordel i produktioner med høj emission af støv. 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 således være nødvendigt at optimere og sikre enheden mod dette af hensyn til risiko for arbejdsulykker og dyrenes sikkerhed. 6
Baggrund Fra ministerier, landbrug og udviklingsvirksomheder fokuseres der meget på udvikling af teknikker og metoder for at begrænse ammoniakemission og lugt fra husdyrbrug. Det er et væsentligt aspekt i husdyrbrugenes videre udvikling og placering som en integreret del af landdistrikterne. Der er i den forbindelse meget fokus på svineproduktion, mens de miljøgener, der er i forbindelse med fjerkræproduktion har været mere i periferien. Der er imidlertid et udtalt behov for at få dokumenteret og udbredt viden om teknikker til fjerkræbranchen, og her specielt på metoder til reduktion af ammoniakemission. En af de mere lovende teknikker til reduktion af ammoniakemission fra fjerkræproduktion er Farm Airclean systemet, der er udviklet hos Big Dutchmann i Tyskland og videreudviklet til fjerkræproduktion i Danmark af Skov A/S. Renseenheden kan anvendes til reduktion af miljøbelastning ved både svine- og fjerkræproduktion, og markedsføres under navnet Farm Airclean kemisk løsning (Skov Info, januar 2006). 7
Funktionel beskrivelse af teknik 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 opnås en styring med faste indstillinger, som producenten ikke skal stille på i den daglige drift. Styringen integrerer signaler fra både rensevæske og ventilatorydelse. Den decentrale styring sikrer optimal rensning af den enkelte sektion. Er en sektion tom, sikrer styringen, at der er slukket for renseren i den pågældende sektion. Det begrænser forbruget af syre og vand og reducerer energiforbruget. Styringen, der er benyttet i denne afprøvning, er ikke den styring, der vil benyttes i fremtidige anlæg. SKOV A/S vil integrere en ny form for styring med det mål at optimere rensningen yderligere. Producenten kan overvåge rensningen på hver skorsten på en lokal eller internetopkoblet pc eller på en PDA. 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. Overvågningen var dog ikke monteret på renseren i nærværende demonstrationsprojekt. Spiralformet stok med dyser Luftvaskeren er opbygget af en spiralformet stok med dyser, som overbruser afkastluften i skorsten 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 - kræver minimal vedligeholdelse, men delene er meget lette at skille ad og rengøre ned i de mindste detaljer, da det er et krav for at kunne anvendes i fjerkræstalde. Med de decentrale enheder er omfanget af store kar og tanke på loftet reduceret kraftigt. Tilslutningen til vand og syre er meget nem, og der er ingen fare forbundet med syren, for der findes ikke noget lager af syre oven over staldene. Syren kommer hjem i en palletank, hvor den bliver blandet op med vand i en svag opløsning, inden den pumpes ud til den enkelte luftvasker. Figur 1. Spiralformet stok med dyser. 8
Formål med projektet Formålet med nærværende demonstrationsprojekt er at dokumentere og udbrede viden om teknologien til anvendelse i fjerkræbranchen. Med projektet undersøges det, om teknikken kan anbefales som et værktøj til at begrænse emissioner fra fjerkræproduktion, og som demonstrationskoncept for fjerkræproducenter og branchen som helhed. Kvalitetsmålet for projektet har været at: Farm Airclean implementeres i pilotskala på en fjerkræproduktion. Det dokumenteres og demonstreres, at Farm Airclean reducerer emissionen, og at driftsaspekter demonstreres. Der afholdes demonstrationsarrangement, hvor lokalbefolkning, myndigheder med flere inviteres. Resultater og erfaringer videreformidles bredt via fagtidsskrifter og hjemmesider. 9
Projektets indhold I det foreslåede projekt ønskes Farm Airclean systemet demonstreret hos en fjerkræproducent, hvor der i projektet fokuseres på følgende: Implementering af ny teknologi hos fjerkræproducent. Dokumentation af driftseffektivitet og økonomi afprøvning, måling og analyser. Demonstration af teknikken og driftseffektivitet i form af "åbent hus" arrangementer, artikler og elektronisk formidling. 10
Implementering af ny teknologi hos økologisk ægproducent Det er indledningsvis oplyst via SKOV og Big Dutchman, at Farm Airclean kan rense for minimum 60 % ammoniak. Derudover har undersøgelser fra Tyskland vist, at der kan registreres en lugtreduktion ved brug af systemet tilsat et bestemt additiv. Disse analyser danner udgangspunkt for etablering af Farm Airclean i pilotskala hos Niels Riis, Hadsten, der er en økologisk ægproducent med 12.500 æglæggende høns. Farm Airclean blev etableret i en pilotapplikation, hvor renseren blev indbygget i en container, der som en "plug and play" installation blev etableret til at rense en delmængde af afkastluften fra stalden. Containeren var opbygget med online styring, hvor følgende parametre blev målt: Ventilationsydelse Ammoniakkoncentration CO 2 -koncentrationen Temperatur ph syredosering Ved brug af webkamera var det muligt at overvåge ph-koncentrationen i skyllevæsken Styringen var endvidere koblet op til datatransmission, så data og drift kunne styres via en internetopkobling. Figur 2. Farm Airclean kemisk renser i pilotapplikation. 11
Dokumentation af driftseffektivitet - registreringer De primære registreringsparametre har været: Ventilationsydelse Ammoniak- og kuldioxidkoncentrationen (ppm) Temperatur før og efter renseren Lugtkoncentrationen (OU E pr. m 3 ) før og efter renseren Enkelt-lugtstoffer målt med GC-MS Vandkemiske analyser af rejektvandet Vandforbrug (m 3 pr. dag) Elforbrug (kwh pr. dag) Ventilationsydelse Ventilationsflowet fra stalden blev registreret kontinuert via målevinge fra Reventa. Målingen blev tilkoblet datalogger fra National Instruments, der omdanner målevingens impulser til m 3 pr. time. Ventilationsydelsen blev blandt andet anvendt til at beregne emission fra stalden (g NH 3 -N pr. time og g NH 3 -N pr. m 3 ). Ammoniak-, kuldioxid og temperaturmålinger Ammoniak- og kuldioxidkoncentrationen blev målt med en VE 18 multisensor fra Veng- System. Udstyret bestod af pumper, der via teflonslanger pumpede luft til en måleenhed med sensorer, der analyserede indholdet af ammoniak og kuldioxid i luften fra forskellige målesteder. Et ventilsystem skiftede hvert tiende minut mellem de enkelte pumper ved målestederne, så at der blev ledt udeluft gennem sensoren for hver anden måling. Umiddelbart før der blev skiftet målested, blev luftens indhold af ammoniak og kuldioxid registreret. I VE 18 Multisensoren blev ammoniakkoncentrationen målt med en sensor af fabrikatet Dräger Polytron 1 med måleområdet 0-100 ppm. Kuldioxid blev målt med en sensor af fabrikatet Vaisala med måleområdet 0-5.000 ppm. 12
Figur 3. VE 18 multisensor. Næringsstoffer i rejektvandet Igennem måleperioden og specifikt under forsøg blev der opsamlet afløbsvand fra filtret. Mængden af afløbsvand blev målt på timebasis, mens udtagne prøver fra det opsamlede vand blev udtaget og sendt til analyse ved Eurofins Danmark A/S. De målte parametre var: Ledningsevne ph Nitrat-N Ammonium + ammoniak-n Total-P (total fosfor) COD (organisk kulstof) 13
Vand-, additiv og syreforbrug Vandforbruget til renseren blev registreret ud fra aflæsninger på monteret vandur. Additiv- og syreforbrug blev opmålt ved opsamling af vand i måleglas under specifikke forsøg ved tre ph-setpunkter: ph 3, 4 og 5. Figur 4. Registrering af syreforbrug. Elforbrug Elforbruget blev løbende registret på anlæggets elmåler. 14
Lugtmålinger Luftprøverne blev opsamlet i 30 liter Tedlar poser. De blev den efterfølgende dag sendt pr. post til akkrediteret laboratorium til lugtanalyse. Analyserne for prøverne udtaget om vinteren er analyseret af Slagteriernes Forskningsinstituts lugtlaboratorium, Roskilde, mens prøverne om sommeren er analyseret ved Eurofins, Galten. Lugtkoncentrationen blev bestemt ved olfaktometermetoden efter CEN-normen (CEN/TC264/WG2/N222/e analyseforskrift 66009-ANF-012 udgave 05). Opsamlingen af luftprøverne blev ligeledes foretaget efter CEN-normen. (CEN/TC264/WG2/N222/e analyseforskrift 66009-ANF-016 udgave 03). I CEN-normen stilles der ingen krav om, hvor hurtigt luftprøverne skal opsamles, men det blev valgt at fylde poserne med 1,0 liter pr. minut. Det vil sige, at poserne blev fyldt i løbet af 30 minutter. Figur 5. Udtagning af luftprøver til lugtanalyser og enkeltstofmålinger. Udtages ved afkast. Enkeltstofmålinger Med henblik på et mere detaljeret indtryk af biofilterets 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. 15
Støvmålinger Der blev udtaget støvprøver. Tre før rensningsenheden og ligeledes tre efter rensningsenheden. Der blev kun udtaget et hold støvmålinger. Støvprøverne blev udtaget samtidig og det sikres således, at der måles på samme luftmængde. Luftprøverne blev opsamlet over en time ved et flow over filteret på 0,9 liter pr. min. Filtrene, støvprøverne er opsamlet på, er af materialet celluloseacetat/cellulosenitrat med porestørrelsen 0,8 µg. Ventilationen var på det givne tidspunkt under støvopsamlingen på 7.200 m 3 pr. time. Statistik Ammoniakemissionen og sammenlignende forsøg blev beskrevet som funktion af behandling (før og efter luftrensningsanlægget). Der blev anvendt en generaliseret lineær model med systematisk effekt. Den logaritme transformerede lugtkoncentration blev beskrevet ved en generaliseret lineær model med systematisk effekt af behandling (før og efter luftrensningsanlæg). 16
Resultater Ammoniakemission (ppm) i de tre forsøgsperioder Ammoniakkoncentration - vinter ppm ammoniak 60 50 40 30 20 10 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Rensningsgrad (%) Før renser Efter renser Rensningsgrad % 14 dec 05 00:00 09 dec 05 00:00 24 dec 05 00:00 19 dec 05 00:00 03 jan 06 00:00 29 dec 05 00:00 08 jan 06 00:00 Figur 6. Koncentration af ammoniak (ppm) før og efter rensning i vinter forsøgsperioden (ved ph 3). Forår 7.april - 4. maj 2006 25 100 90 Ammoniak koncentration - ppm 20 15 10 5 80 70 60 50 40 30 20 Rensningsgrad % Stald - ppm N Afkast ppm N Renseeffekt % 10 0 0 03 apr 06 00:00 08 apr 06 00:00 13 apr 06 00:00 18 apr 06 00:00 23 apr 06 00:00 28 apr 06 00:00 03 maj 06 00:00 08 maj 06 00:00 Figur 7. Koncentration af ammoniak (ppm) før og efter rensning i forår forsøgsperioden (ved ph 3). 17
Sommer 3. juni til 10. juni 2006 25 100 90 20 80 70 Ammoniak - ppm 15 10 60 50 40 Rensningsgrad % Stald ppm N Afkast ppm N Renseeffekt % 30 5 20 10 0 0 02 jun 06 00:00 03 jun 06 00:00 04 jun 06 00:00 05 jun 06 00:00 06 jun 06 00:00 07 jun 06 00:00 08 jun 06 00:00 09 jun 06 00:00 10 jun 06 00:00 Figur 8. Koncentration af ammoniak (ppm) før og efter rensning i sommer forsøgsperioden (ved ph 3). Illustration af ammoniakemission som henholdsvis g NH 3 pr. time og mg NH 3 pr. m 3 ses på bilag 1 og 2. Ammoniakreduktion årstidsvariation 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 tabel 1. Gennemsnitlig renseeffekt (95 % CL for middel) Minimum maksimum Ventilationsydelse m 3 pr. h (gennemsnit) Vinter 72,7 (72,6; 72,9) 36,4 91,3 2.725 Forår 69,8 (69,5; 70,1) 28,8 94,8 2.924 Sommer 59,1 (58,4; 59,7) 38,4-82,8 4.905 Tabel 1. De gennemsnitlige renseeffekter for ammoniak i hhv. vinter-, forår - og sommerperioden. Som det fremgår af nedenstående tabel 3, var der imidlertid en væsentlig forøget koncentration af blandt andet ammonium i det anvendte rensevand i sommerperioden, hvilket formodes at reducere renseeffekten betydeligt. Der kan således ikke udledes en sikker årstidsvariation på de anvendte analyser. 18
Ammoniakreduktion effekten af ph i rensevandet For at få et indtryk af betydningen af ph i rensevandet blev der lavet forsøg med forskellige ph set-værdier. 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 2. Gennemsnitlig renseeffekt (95 % CL for middel) Minimum maksimum ph 3 59,34 (58,5; 60,1) 38,4 82,8 ph 4 56,10 (55,3; 56,9) 30,7 56,1 ph 5 40,73 (39,8; 41,6) -6,06 68,14 Tabel 2. De gennemsnitlige renseeffekter for ammoniak ved ph i rensevandet på henholdsvis 3, 4 og 5. Koncentrationer af næringsstoffer i rejektvandet Analyser af rejektvandet (afløbsvand, der pumpes væk fra rensereservoiret) viste, at der skete en betydelig opkoncentrering af næringsstoffer i rensevæsken (Tabel 3). I perioden fra vintermålingerne og frem til sommeren 2006 steg koncentrationerne således i størrelsesorden en faktor 20. Dette aspekt formodes at have en væsentlig betydning for renseeffektiviteten. Vintermåling Sommermåned Analyse ph set-pkt. for Farm Airclean ph 4 ph 3 ph 4 ph 5 ph 3,2 3,6 5 Total-N, mg pr. liter 920 27.000 19.000 17.000 Ammoniam + ammoniak-n, mg pr. liter 870 26.000 18.000 16.000 Nitrat-N + Nitrit-N 0,911 0,932 2,133 Total-P, mg pr. l 6,2 280 180 200 COD (Cr), mg pr. l 130 7.600 14.000 6.100 Renseeffekt, middel %, Dräger 72,71 59,34 56,1 40,73 Tabel 3. Koncentrationer af en række udvalgte stoffer i rejektvandet. 19
Forbrug af vand, el, additiv og syre Under specifikke forsøg er forbrug af syre, additiv, vand og el samt produktion af gødning blevet registret (tabel 4). Datamaterialet er blevet anvendt videre til at demonstrere driftsaspekter og driftsøkonomi. Vintermåling Sommermåned ph set-pkt. for Helix ph 4 ph 3 ph 4 ph 5 Syreforbrug, ml pr. l 57 57 47 Additiv forbrug, ml pr. t 59 41 66 Vandforbrug l pr. l 6,3 6,3 6,3 Gødningsproduktion, l pr. time 0,4 0,4 0,3 Elforbrug, kw 1,2 1 0,9 Renseeffekt, middel %, Dräger 72,71 59,34 56,1 40,73 Tabel 4. Forbruget af vand, additiv og syre under drift ved forskellige ph-værdier, endvidere elforbruget under samme driftssituationer. Lugtreduktion Der blev registret renseeffekt i intervallet 19,3-31,4 % i de forsøg, der blev foretaget i vinterperioden (figur 9), mens der ikke kunne registreres en signifikant effekt i sommerperioden (figur 10). Forskellen mellem de to perioden formodes også her at kunne tilskrives den væsentlige forøgelse af en række stoffer i rensevandet (tabel 4). 600 500 400 OU/m3 300 stald OU/m3 afkast OU/m3 renseprocent % 200 100 26,1 % 31,4 % 19,3 % 0 ph-setpkt 3 ph-setpkt. 4 rent vand Figur 9. Renseeffekten for lugt i vinterperioden baseret på én måling før og efter ved ph-setpunkterne 3, 4 og rent vand (uden syretilsætning). 20
Lugtmålinger - sommer 300 250 200 OD /m3 150 100 50 0 OD før renser OD efter renser Figur 10. Renseeffekten for lugt i sommerperioden baseret på tre målinger før renseren og tre målinger efter renseren ved ph-setpunktet 3. Analyse af enkelte lugtstoffer før og efter renseren For at få et indtryk af hvilke lugtstoffer der findes i afkastluft fra fjerkræstalde samt hvilke der tilbageholdes i renseenheden, blev en række lugtstoffer analyseret. Stald, 9:55 Afkast, 9:54 Stald, 11:06 Afkast, 11:06 Stald, 12:20 Afkast 12:20 Stof µg pr. m 3 µg pr. m 3 µg pr. m 3 µg pr. m 3 µg pr. m 3 µg pr. m 3 Eddikesyre 125,7 832,0 26,3 63,9 28,5 48,0 Pentansyre 0,9 9,0 0,2 0,9 0,5 0,9 Indol - - 0,3 0,4 0,2 Phenol 20,7 36,7 5,1 7,2 4,7 5,0 4-Methylphenol 2,1 1,1 2,2 1,9 2,8 1,8 1-Butanol 49,7 7,7 18,3 7,2 17,0 9,0 Hexanal 13,7 23,0 7,7 10,9 14,8 17,2 3-Methyl Butanal 4,7 5,0 2,8 3,9 4,2 4,3 Nonanal 14,0 6,0 4,9 0,9 10,5 3,2 Dimethylsulfid 5,7 1,3 0,8 0,5 1,4 0,8 Dimethyldisulfid 4,3 4,3 2,8 3,0 3,8 3,3 2,3-Butandion 21,7 14,0 14,6 20,7 19,5 21,7 Tabel 5. Koncentrationer af lugtstoffer i henholdsvis stald og afkastluft i tre på hinanden følgende tidspunkter. Ved ph setpunktet 3. 21
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 5). Dette er en erfaring, der er set tidligere i forbindelse med andre kemiske rensningsteknikker og illustrerer, at den kemiske renser har en meget begrænset effekt på de enkelte lugtstoffer. Støvmålinger Før renser Efter renser mg pr. m 3 3,0 2,0 mg pr. m 3 2,0 2,0 mg pr. m 3 2,4 2,3 Tabel 6. Støvkoncentration før og efter rensning. Ventilation Kapaciteten for en enhed er oplyst fra SKOV A/S som værende maksimalt 10.000 m 3 luft pr. time. Vi finder i vinter, forår og sommerperioden følgende data for ventilationen i renseren: Vinterperiode Forår Sommerperiode Gennemsnit (m 3 pr. time) 2.725 3.924 4.905 Minimum (m 3 pr. time) 2.349 1.830 3.021 Maksimum (m 3 pr. time) 4.437 8.038 6.452 Tabel 7. Flow i vinter, forår og sommerperioden angivet som aktuelt målte maksimum og minimum værdier. Gennemsnit er beregnet ud fra målte værdier i hver af de tre perioder. Afhængigt af årstiden ventileres forskelligt for opretholdelse af optimale klimaforhold i stalden. I sommerperioden ses den gennemsnitlig højeste ventilationsydelse, mens den laveste forventeligt ses i vinterperioden. 22
Driftsøkonomi Til grund for beregningerne for driftsomkostninger ligger følgende priser: Forudsætninger for driftsomkostninger Enhedspris i kr. Forbrug Kr. pr. kg fjernet N Euro pr. kg fjernet N Vand (m 3 ) 3,25 6,3 l pr. time 0,9 0,1 Syre (kg) 2,2 57 ml pr. time 10,5 1,4 Additiv (kg) 15,8 59 ml pr. time 42,4 5,4 El (kwh) 0,62 74 kwh 32,6 4,2 I alt 86,4 11,1 Tabel 8. 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 euro pr. 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. 23
Konklusion og diskussion Der ses en rensningsgrad for ammoniak på 40,7-72,7 % varierende med årstid og phsetpunkt. 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. I tabel 3 ses en markant opkoncentrering af total-n i rejektvandet, hvilket giver en mindre gradient fra koncentrationen af ammoniak i luften til koncentration af ammoniak i væsken. Dette resulterer naturligt i en lavere rensningsgrad. Der er basis for en optimering på forbrug af vand for at forhindre så stor variation på næringsstofkoncentrationen. Rensningsgraden for lugt var 19,3-31,4 % i de forsøg, der blev foretaget i vinterperioden, mens der ikke kunne registreres en signifikant effekt i sommerperioden. Rensningsgraden af enkeltstoffer i sommerperioden ved ph 3 (tabel 5) viser ikke en generel rensning på de enkelte lugtstoffer. Enkelte lugtstoffer reduceres beskedent efter passage gennem luftrenseren, mens andre faktisk øges i koncentration. Lugtreduktionen er i undersøgelsen ikke betydelig, og stilles der krav til lugtreduktion på en produktion, vil anden form for rensning anbefales. Indledningsvis nævntes, at undersøgelser fra Tyskland har vist, at der kan registreres en lugtreduktion ved brug af systemet tilsat additiv. Big Dutchman har lavet disse undersøgelser. Additivet var ikke tilsat i denne undersøgelse og Dansk Landbrugsrådgivning, Byggeri og Teknik har derfor ikke data for, hvorvidt lugtreduktionen er større ved tilsætning af nævnte additiv. Rensningsgraden for lugt vil sandsynligvis, som nævnt ovenfor med hensyn til ammoniakrensningsgraden, øges hvis der blev foretaget optimeringer på skyllevandet (renere kvalitet bør anvendes). Et enkelt sæt støvmålinger (tabel 6) indikerer, at støvreduktionen ikke er betydelig. Det var forventeligt, at støvkoncentrationen var markant mindre efter rensning end før rensning, idet støvet burde opfanges i vandet. Fra det enkelt sæt støvmålinger, der er foretaget, passerer en større del af støvet tilsyneladende renseren uden at give anledning til driftsforstyrrelser. Dette forhold betyder at rensningsprincippet har et potentiale i fjerkræproduktion, hvor der er meget høje støvkoncentrationer. Det gør at almindelige skrub- 24
bere eller biologiske rensere ikke er egnede uden en forudgående støvfiltrering eller hyppig rensning. Det pointeres, at der kun er foretaget et enkelt hold støvmålinger. Flere støvmålinger ved forskellige ventilationsniveauer bør foretages, før en endelig konklusion på reduktion af støv kan drages. I undersøgelsen med ph-setpunktet 3 (sommerperiode) findes en driftsøkonomi ekskl. forbrug af additiv til 5,7 euro pr. kg fjernet N og inkl. forbrug af additiv til 11,1 euro pr. kg fjernet N. SKOV A/S oplyser, at additivet primært er tilsat for primært 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 give en bedre driftsøkonomi opgivet i kr. pr. kg fjernet N. Driftsøkonomien for SKOV A/S s biologiske luftrensningsenhed estimeres ud fra foreløbige staldtests. Der er endnu ikke en endelig driftsøkonomi, men kun et foreløbigt estimat (baseret på slagtesvineproduktion), der angives som markant lavere end ovenfor nævnt driftsøkonomi for Farm Airclean- kemisk renser fundet i denne test. Benyttes Farm Airclean kemisk renser i en svineproduktion, vil der sandsynligvis skulle benyttes mindre additiv, og driftsprisen vil således reduceres. Den vil stadig ikke være konkurrencedygtig prismæssigt med den biologiske luftrensningsenhed. De foreløbige estimater tyder på, at den biologiske rensningsenhed vil udkonkurrere den kemiske luftrenser på prisen. Den afgørende faktor vil være, hvorvidt den biologiske renser kan fungere optimalt i et miljø med stor mængde støv, og hvorvidt den kan benyttes med den ønskede effekt i en fjerkræstald. 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 risiko for arbejdsulykker og dyrenes sikkerhed. 25
Potentielle effekter på miljøet ved udbredelse af teknikken Gennem de senere år er der kommet et stadig større fokus på den animalske produktions påvirkning af miljøet. Tilførslen af kvælstof kan virke både forsurende og eutrofierende, hvis tilførslen overstiger et niveau, der naturligt kan håndteres af økosystemet (for eksempel en mose, en hede eller et vandhul). Da mange fjerkræstalde er placeret i det åbne land for ikke lugtmæssigt at genere naboer, rammes denne produktion nu af krav om reduktion af blandt andet ammoniak (kvælstof) spredningen til visse følsomme naturtyper. Ved implementering af Farm AirClean kemisk renser i ventilationsafkastene er der teknisk mulighed for at efterkomme de krav, der eventuelt stilles af myndighederne for at beskytte en nærliggende naturtype. Undersøgelsen blev gennemført på en økologisk gård, hvor det ikke er tilladt at anvende handelsgødning. Hvorvidt gødning, der er dannet ud fra rensning af luft i skorstenen fra en økologisk stald, kan betragtes som økologisk gødning er pt. uafklaret, ligesom alternativer til svovlsyre ikke er undersøgt. Men da netop økologiske landbrug har brug for at begrænse tab af næringsstof, er der også stor interesse for at se på disse muligheder. 26
Demonstration af Farm Airclean Åbent hus arrangement Den 30. august 2006 blev åbent hus arrangement afholdt. Der var forinden annonceret i henholdsvis Dansk Erhvervsfjerkræ, Landbrugsavisen, på LandbrugsInfo i vores nyhedsbreve, igennem Hedegaard og Danæg. Derudover var annoncen ligeledes sendt til miljømedarbejdere gennem deres faglige organisation FMK foreningen for miljømedarbejdere i kommunen. Annoncen ses i bilag 3. Den 30. august viste sig at blive en god dag i strålende solskin til et åbent hus arrangement. Arrangementet blev velbesøgt, luftrenseren demonstreret, data blev fremvist, information inkl. data udleveret (udleveret materiale ses på bilag 4), og der var desuden god snak omkring brugen af renseren, effekten af renseren og påvirkning af miljøet ved etablering af en renseenhed. Figur 11. Figur 12. 27
Figur 13. Figur 14. Publikation af artikler Den 8. september 2006 var der i Landbrugsavisen en artikel omkring luftrensning, hvor afprøvningen af FarmAirclean kemisk rensning beskrives. Se bilag 6. Artikel i Dansk Erhversfjerkræ, publiceres i oktober 2006. Se bilag 7. Elektronisk formidling På LandbrugsInfo under ammoniak og miljø er publiceret en information omkring afprøvningen. 28
Bilag Bilag 1. Ammoniakemission før og efter renser - g NH 3 -N pr. time g NH3-N/time 60 50 40 30 20 10 0 Ammoniakemission (vinter) g NH3-N/time før renser efter renser fjernet gnh3-n/t 19 dec 05 12:00 19 dec 05 00:00 18 dec 05 12:00 18 dec 05 00:00 17 dec 05 12:00 17 dec 05 00:00 16 dec 05 12:00 16 dec 05 00:00 15 dec 05 12:00 15 dec 05 00:00 14 dec 05 12:00 Figur 15. Udsnit af vinterperiode. Ammoniakemission (forår) - gnh3-n/t g NH3-N/t 60 50 40 30 20 10 0 01 maj 06 00:00 29 apr 06 00:00 27 apr 06 00:00 25 apr 06 00:00 23 apr 06 00:00 21 apr 06 00:00 19 apr 06 00:00 07 maj 06 00:00 05 maj 06 00:00 03 maj 06 00:00 Før renser Efter renser fjernet g NH3-N/t Figur 16. Udsnit af forårsperiode. g NH3-N/t 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ammoniakemission(sommer) gnh3-n/t Før renser Efter renser fjernet gnh3-n/t 02 jun 06 00:00 28 maj 06 00:00 02 jul 06 00:00 27 jun 06 00:00 22 jun 06 00:00 17 jun 06 00:00 12 jun 06 00:00 07 jun 06 00:00 Figur 17. Sommerperiode. 29
Bilag 2. Ammoniakemission mg NH 3 -N pr. m 3 Ammoniakemission(vinter) - mg NH3-N/m3 mg Nh3-N/m3 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 19 dec 05 12:00 19 dec 05 00:00 18 dec 05 12:00 18 dec 05 00:00 17 dec 05 12:00 17 dec 05 00:00 16 dec 05 12:00 16 dec 05 00:00 15 dec 05 12:00 15 dec 05 00:00 14 dec 05 12:00 før renser efter renser fjernet N - mgnh3-n/m3 Figur 18. Udsnit af vinterperiode. Ammoniakemission(forår)-mgNH3-N/m3 mg NH3-N/m3 12 10 8 6 4 2 0 Før renser Efter renser fjernet NH3-N 07 maj 06 00:00 05 maj 06 00:00 03 maj 06 00:00 01 maj 06 00:00 29 apr 06 00:00 27 apr 06 00:00 25 apr 06 00:00 23 apr 06 00:00 21 apr 06 00:00 19 apr 06 00:00 Figur 19. Udsnit af forårsperiode. 30
Ammoniakemission(sommer) mgnh3-n/m3 mg NH3-N/m3 14 12 10 8 6 4 2 0 28 maj 06 00:00 02 jun 06 00:00 07 jun 06 00:00 12 jun 06 00:00 17 jun 06 00:00 22 jun 06 00:00 27 jun 06 00:00 Før renser Efter renser Fjernet mgnh3-n/m3 02 jul 06 00:00 Figur 20. Sommerperiode. 31
Bilag 3. Indbydelse til åbent hus 32
Bilag 4. Information, der blev uddelt til åbent hus 33
Bilag 5. Artikel fra LandbrugsAvisen 34
Bilag 6. Artikel fra Dansk Erhvervsfjerkræ 35
36