Biologisk luftrensning i silo - Ny luftrenser

Promilleafgiftsfonden for landbrug
Afprøvning af biologisk luftrenser produceret af TUNETANKEN A/S.

Dato: 04-03-2008

Forfattere:
Anders Feilberg, Teknologisk Institut


ser udviklet af TUNETANKEN A/S

En ny type biologisk luftrenser opbygget som et vertikalt filter i en silo er blevet udviklet af Tunetanken A/S og testet i samarbejde med Dansk Landbrugsrådgivning og Teknologisk Institut. Filteret er opbygget som to vægge af cirkulerende Leca ® -nødder, der vaskes i en eksternt beholder.

Der har vist sig gode resultater for rensning af enkeltlugtstoffer og ammoniak i en periode, hvor TUNETANKEN A/S manuelt styrede befugtningen af filtret og hvor der ikke foregik cirkulation af Leca
® -nødderne
. Særligt for ammoniak og vandopløselige lugtstoffer som p-cresol og carboxylsyrer opnåedes en tilfredsstillende rensningsgrad, men også for svovlforbindelser (methanthiol og dimethylsulfid), der normalt er vanskelige at fjerne med biologisk luftrensning, opnåedes positive resultater.

Udvikling af en filtervæg med bevægeligt, cirkulerende filtermateriale har vist sig at være yderst vanskelig. Endvidere har kontrol og styring af befugtning givet store udfordringer.

Konceptet skal gøres mere simpelt, men kombinationen af biologisk luftrensning og forhøjet afkast kan vise sig at være en god teknologi til reduktion af lugtgener fra staldanlæg.


Demonstration af pilotanlæg hos landmand ved Skanderborg
Dansk Landbrugsrådgivning har i det sidste år fulgt et nyt koncept for luftrensning, der er udviklet og patenteret af TUNETANKEN A/S. Dette startede som et udviklings- og demonstrationsprojekt med støtte fra den såkaldte landdistriktspulje fra Direktoratet for FødevareErhverv. Efterfølgende fortsatte udviklingen i forskningsprojektet, Function of Biological Airfilters, der er en del af VMP III-forskningsprogram

En landmand ved Skanderborg har stillet sin stald med 550 slagtesvin til rådighed for undersøgelserne. Ved hjælp af rørføringer bestående af PUR (polyurethanskum) er der fra et staldafsnit ledt ventilationsluft til renseren.

Foto fra åbent hus Foto fra åbent hus
Fotos fra åbent hus arrangement i efteråret 2006.


Hvordan opstod idéen?
Idéen til renseren er blandt andet opstået ved at tidligere udviklingschef fra TUNETANKEN A/S, har fulgt Dansk Landbrugsrådgivning, Dansk Svineproduktions og Teknologisk Instituts undersøgelser af biologiske filtre med LECA. Disse undersøgelser viste lovende resultater med hensyn til renseeffekt ved at lede luften fra svinestalde igennem et lag af fugtige lecanødder. Disse undersøgelser viste rensningsgrader for lugt på 60-80 % og for ammoniak op til 80 %. Resultaterne fra denne og andre afprøvninger viste, at de største problemer med biologiske filtre typisk knytter sig til modtryk i filtermaterialet, uens kapacitet over filteroverfladen og at filtrene er vedligeholdelses- og pladskrævende.
TUNETANKEN A/S besluttede at gå videre og lave et filter, der kræver mindre plads ved at indbygge det i en glasfibertank. TUNETANKEN A/S er i forvejen kendt i landbruget som siloleverandør.

Opbygning af luftrenser
Tunetankens vertikale filter er udviklet med henblik på at løse ovenfor beskrevne udfordringer.

Skitse af luftrenser Opbygning af Tunetankens vertikale filter

Filteret er baseret på biologisk rensning. Støv og NH3 fra luften bindes i en recirkulérbar væske. Den mikrobielle fjernelse af lugtstoffer vil ske i en bevægelig, fugtig filterflade af LECA belagt med aktiv biofilm. Afkastet sker i 10 meters højde, og der opnås derved også en fortyndingseffekt i atmosfæren efter afkastet fra skorstenen.

Tunetankens luftrenser produceres i glasfiber, der er bestandig overfor det aggressive miljø, der eksisterer i forbindelse med afkastluft fra svineproduktionen.

Luftrenseenheden består af en glasfibersilo, der er 2,5 m i diameter og 10 m høj. Enheden er dimensioneret til at have en kapacitet på ca. 36.000 m3 luft/time, hvilket modsvarer luftmængden fra ca. 360 stipladser.

Der er tale om et lukket system, hvor den forurenede luft ledes ind i bunden af siloen. Her overbruses den med vand, der medvirker til at reducere ammoniakken til en vandig ammoniumsulfatopløsning, der opsamles i siloens bund, hvor den kan tappes og bruges som plantenæringsstof.

Luften møder herefter to ca. 40 cm brede vægge af porøst filtermateriale - LECA, der bærer en mikrobiel film af mikroorganismer, der er i stand til at nedbryde organiske lugtstoffer.

Skitse af luftrenser

Tanken bag filteret var at væggene skulle være i konstant bevægelse, så brodannelse og sammengroning i filtermaterialet kunne undgås. Vandringen af filtervæggen skulle opnås ved, at en snegl i bunden af siloen fjernede filtermateriale fra silobunden. Vand og LECA skulle herefter vha. lufttryk pumpes til siloens top. I efteråret 2006 blev der arbejdet med optimering af denne transportmulighed. Lufttryk blev ikke muligheden for transport af leca tilbage til toppen - denne udvikling måtte stoppes og i stedet blev transporten af leca ændret til transport via snegl. Ved denne metode viste der sig også at opstå uforudsete problemer. Ultimo 2006 blev denne mulighed også opgivet.

I januar og februar blev renseren holdt kørende ved manuel flytning af leca, således at der blev etableret en bevægelig lecavæg i en periode, hvor vi kunne måle på filterets potentiale ved de vilkår så tæt på de ønskede som muligt. Automatisk styring af vand blev i perioden ikke færdigudviklet og vandtilførslen blev derfor også manuelt styret i januar og februar.


Resultater og konklusion
Til overvågning af ammoniakkoncentration før og efter renseren blev benyttet I
nnova AirTech Systems - et fotoakustisk måleprincip specielt udviklet til gasovervågning. Til registrering af ventilationsydelsen blev monteret målevinger i ventilationsrøret.

Organiske lugtstoffer blev løbende målt før og efter filtret ved hjælp af membran-inlet masse-spektrometri (MIMS), der giver mulighed for kontinuerte målinger af en række lugtstoffer eller kemisk beslægtede grupper af lugtstoffer. De væsentligste analyseparametre omfattet af MIMS-målingerne var:

  • Reducerede organiske svovlforbindelser (ROS)
  • Carboxylsyrer incl. eddikesyrer, ligekædede (RCOOH)
  • Carboxylsyrer med 3 eller kulstofatomer (primært smørsyre)
  • Propansyre
  • Phenol
  • p-Cresol
  • 4-Ethylphenol
  • Indol
  • Skatol

Ligeledes er det relative bidrag fra methanthiol og dimethylsulfid (DMS) til ROS estimeret.


Figur 1. Koncentration (ppm) af ammoniak før og efter renser.



Figur 2. Ventilationsrate og rensningsgrad for ammoniak baseret på g NH3-N/gris/time

Efteråret 2006 viste sig at gå med justeringer, perioder med forsøg omkring vanding, arbejdet med at få styr på transporten af leca og dermed opnå en bevægelig lecavæg. Netop arbejdet med en stabil men bevægelig lecavæg gav problemer og i perioder har der ikke i renseren været tilstrækkelig leca og dermed ikke mulighed for optimal rensning. Resultaterne fra undersøgelsen illustreret i figur 1 og 2 viser netop et system under udvikling med lav rensningsgrad for ammoniak i efterårsperioden.

I vinterperioden (intensiv periode) hvor leca manuelt blev udtaget i bunden af renseren og vandingen ligeledes blev styret manuel ses en højere rensningsgrad. Her var tilsynet med renseren intensiveret, der var tilstrækkelig med leca i renseren og der blev tilført rent vand til systemet hver uge. Det skal bemærkes at ventilationsydelsen er væsentlig lavere i vinterperioden i forhold til efterårsperioden. En lavere ventilationsydelse giver en tilsvarende lavere belastning af biofilteret, længere opholdstid i filteret og mulighed for højere rensningsgrad.


Figur 3. Emission før og efter renser i en periode, hvor anlægget blev nøje overvåget og styret manuelt.

I perioden 31/1 til den 7/2 blev der ligeledes målt for enkeltstoffer på renseren. Resultaterne er vist i Figur 4 - 5. Resultaterne viser, at de vandopløselige stoffer - carboxylsyrer, phenoler og indoler - fjernes effektivt af luftrenseren. Endvidere observeres et positivt resultat for svovlforbindelser, der i andre typer af biologiske luftfiltre har vist sig at være svære at fjerne. Den præcise sammenhæng mellem lugt og enkeltstoffer er endnu ikke kendt, men tidligere resultater har vist, at det ikke er muligt at opnå høje rensningsgrader (målt ved lugtanalyser) for filtre, der ikke fjerner svovlforbindelser i nævneværdig grad.De organiske svovlforbindelser bidrager formentlig relativt meget til lugten fra svinestalde pga. stoffernes lave lugttærskler. I den samme periode blev der vist høj rensningsgrad for ammoniak (gennemsnitlig 90 % i perioden).


Figur 4. Rensningsgrader for reducerede organiske svovlforbindelser (ROS), dimethylsulfid (DMS) og skatol.



Figur 5. Rensningsgrader for carboxylsyrer (RCOOH), 4-ethylphenol og p-cresol.

Som illustreret ovenfor har det således vist sig muligt at opnå høj rensningsgrad for de enkeltstoffer, der kendetegnes som lugtende og ligeledes for ammoniak ved manuelt styrede optimale forhold for renseren.

Det var tiltænkt, at teste renseren igen i sommeren 2007. Her skulle der være automatisk styring af lecatransport og ikke mindst vandingen. Da renseren i den undersøgte periode ikke var indkørt som ønsket blev der ikke udtaget luftprøver til lugtanalyser (olfaktometri) - derimod skulle disse analyser sammen med enkeltstoffer og ammoniakregistreringer udføres som en samlet indsats ved optimerede betingelser i sommeren 2007.

Imidlertid har Tunetanken A/S indstillet arbejdet med renseren. Der vil fra Tunetankens side ikke arbejdes på yderligere optimering og der vil ikke være mening i at måle yderligere på renseren under de givne forhold. Det har igen vist sig, at biologiske luftrensning har potentiale i forhold til luftrensning, men der vil stadig være et stort udviklingsarbejde at udføre, før den aktuelle renser kan yde stabil rensning og være klar til at sætte i produktion.

Projektdeltagere

  • TUNETANKEN A/S - www.tunetanken.dk
  • Maxit (tidligere Dansk Leca) www.maxit.dk
  • Teknologisk Institut www.teknologisk.dk
  • Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret, Plan & Miljø www.lr.dk
  • AgroTech www.agrotech.dk


Mere viden
I 2005 undersøgte Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret | Byggeri Teknik og Dansk Svineproduktion muligheden for at anvende LECA som filtermateriale i fladefilter. Disse undersøgelser blev gennemført i et horisontalt orienteret filter, hvor LECA nødder var udlagt på net af plastik. Resultaterne var særdeles gode, idet der blev opnået rensningsgrader for lugt på 60-80 % og for ammoniak på op til 80 %.

Resultaterne fra denne og andre afprøvning viste i øvrigt, at de største problemer med biologiske filtre typisk knytter sig til modtryk i filtermaterialet, uens kapacitet over filteroverfladen, og at filtrene er meget vedligeholdelses- og pladskrævende.

Denne baggrundsrapport kan i øvrigt downloades fra Miljøstyrelsens hjemmeside

til top