Performantie van chemische en biologische luchtwassers in varkensstallen kan hoger met eenvoudige ingrepen

Al ruim 10 jaar verplicht Vlaanderen de installatie van een emissiearm systeem in alle nieuwe gangbare (niet-biologische) varkens- en pluimveestallen. In haar UGent/ILVO doctoraat over de efficiëntie van ammoniakverwijdering bij de huidige beschikbare chemische en biologische luchtwassers, met name in varkensstallen, maakt Caroline Van der Heyden onder meer duidelijk in welke mate de systemen hun verwijderingsefficiëntie verliezen wanneer de debieten, zuurtegehaltes of andere parameters suboptimaal worden. “Luchtwassers worden via gevoelige sensoren volautomatisch aangestuurd. Zeer geregeld onderhoud en herkalibrering is een must,” zegt Caroline Van der Heyden.
Via dit doctoraat is voor het eerst in Vlaanderen een rekenmodel opgesteld dat de aparte factoren kan isoleren, die de uiteindelijke netto luchtwassing bepalen. ILVO heeft voortaan ook een unieke testinstallatie voor luchtwassing ter beschikking waarin kan gevarieerd worden met zuurtegraden, instellingen, debieten, diktes van waspakketten e.d. en waarin dus complexe experimenten en doormetingen mogelijk zijn.

Wettelijke context

Via zowel Europese als regionale regelgeving omtrent luchtkwaliteit is de jongste decennia de druk verhoogd om ook emissies uit de veehouderij verder te beperken en de impact van de individuele varkens- en pluimveebedrijven op de omgeving te beheersen.
Sinds 2004 verplicht Vlaanderen bij alle nieuwe (niet-biologische) varkens- en pluimveestallen om ammoniakemissiearm te bouwen, d.w.z. volgens één van de goedgekeurde stalsystemen die voorkomen op een officiële lijst. Deze lijst wordt goedgekeurd door de minister van landbouw op advies van het Wetenschappelijk en Administratief Team. Met haar referentiewerking zorgt ILVO voor technisch-wetenschappelijke onderbouwing. Een luchtwassysteem voor stallucht moet in Vlaanderen een minimale ammoniakreductiecapaciteit hebben van 70%.
Het doctoraatsonderzoek van Van der Heyden situeert zich in de context van emissiemetingen die voor Vlaanderen van belang zijn in relatie tot de NEC-richtlijn en de actuele PAS (Programmatische Aanpak Stikstof), in het kader van de Europese Natura 2000 richtlijn.

Luchtwassers technisch uitmeetbaar en makkelijker te optimaliseren

Om de milieu-impact van stallucht te verminderen en de potentiële hinder voor omwonenden te beperken plaatsen veehouders vaak hetzij een chemische hetzij een biologische luchtwasinstallatie. In beide categorieën zijn er tientallen systemen en merken op de markt. Ze verwijderen ammoniak en andere vervuilende stoffen (geur, fijn stof) uit de uitgaande stallucht, door absorptie in aangezuurd water en navolgende chemische en/of biologische omzettingen.

Twee unieke extra methodieken om luchtwassers uit te meten en te helpen ontwikkelen zijn nu voortaan ter beschikking in ILVO:

1. Een performant rekenmodel dat de efficiëntie van de luchtwassing voorspelt aan de hand van de waarden op een reeks parameters.
2. een heuse piloot-luchtwasser bij de gebouwen van de varkenscampus op ILVO, waar onderzoekers aan de knoppen kunnen draaien om de performantie-effecten op te tekenen in praktijkomstandigheden. De installatie maakt variaties mogelijk in de zuurtegraden van het water, de debieten, de diktes van de waspakketten ed.

“De twee tools zijn gecombineerd of apart handig voor verder wetenschappelijk werk maar ook voor het beleid en voor ontwikkelaars van luchtwassers.“

Om de ammoniakverwijdering vast te stellen is verder ook voor het eerst een continu meetsysteem ingezet dat een hele afmestcyclus van varkens overspant. Tot nu toe deed men enkel puntmetingen. De dag-nacht variaties, de verschillen naargelang diergrootte, diergedrag, stalmanagment en dergelijke kunnen dus gerelateerd worden aan de luchtwassingsdata. Bij varkens neemt de ammoniakemissie in de stallucht lineair (en niet exponentieel) toe tijdens de afmestcyclus.

Van een paar luchtwassers is ook het volledige uitstroomoppervlak – enkele vierkante meters groot- in kaart gebracht. Er blijken verschillend qua luchtwassing op te treden naargelang de meetplaats binnen het uitstroomgebied. Om de ammoniakreductie nog preciezer te kennen moet men dus verschillende meetpunten in de uitlaat nemen.

Performantie van chemische luchtwassing kan omhoog door te werken met juiste debieten

Via meetcampagnes en modelsimulaties is de invloed van de ingaande luchtcondities, en het ontwerp en de sturing van de installatie op de luchtwasserperformantie nagegaan. Er toonde zich een vrij logisch resultaat: een verhoogd ventilatiedebiet resulteert in een verlaagde verwijderingsefficiëntie van ammoniak, als gevolg van een verminderde verblijftijd in de installatie. De ingaande luchttemperatuur heeft dan weer weinig invloed op de efficiëntie.

Uit literatuur blijkt dat chemische luchtwassers momenteel al in staat zijn om percentages ammoniak te capteren uit de lucht tot 95%. Bij de biologische luchtwassing zit men nu maximaal aan 80 à 85%.
Eveneens is duidelijk dat er in beide systemen ook belangrijke hoeveelheden fijn stof en geurpartikels worden verwijderd tijdens de wassing. “Dat viel buiten het bestek van dit doctoraat maar de optimalisering van een gecombineerde luchtwassing is wel een blijvende uitdaging voor verder onderzoek”, vinden de promotoren.

Performantie van biologische kan omhoog via inoculatie en Ph controles

Bij de biologische luchtwassers bestudeerde Caroline Van der Heyden het ammoniakverwijderingsrendement in functie van de zuurtegraad (pH) en de stikstofcomponenten in het waswater. Het effect van nitrificatie op deze twee parameters kon ze identificeren via modelsimulaties en metingen. Een belangrijke vaststelling is het risico dat biologische installaties tussen 2% en 5% van de ammoniak kunnen omzetten in lachgas (N2O), een schadelijk broeikasgas. En dat ze kunnen verzuren. De precieze oorzaak is nog onbekend, maar het euvel is wel te voorkomen door een controlesysteem met zuur- en basedosering in te bouwen. De werking daarvan is in kaart gebracht en gunstig. Door de pH te balanceren naar 6.5 kan een meer volledige omzetting van ammonium naar nitraat in het waswater behaald worden. Dit systeem zorgt voor een beperkte verhoging in het ammoniakverwijderingsrendement, maar het verhoogt ook de operationele kosten. Vandaar is het minder wenselijk voor de praktijk.

Een andere strategie om de werking van een biologische luchtwasser te verbeteren is het inoculeren van biologische wassers met actief slib uit een waterzuivering. Actief slib is gratis te verkrijgen bij de meeste waterzuiveringsinstallaties en het toedienen in luchtwassers vraagt dus enkel wat extra werk. “Door inoculatie krijg je meteen een meer geschikte microbiële populatie in de installatie, een snellere opstart van nitrificatie, minder nitrietaccumulatie en daardoor een lagere lachgasuitstoot”, zegt Caroline Van der Heyden. De werking van de installatie wordt dus geoptimaliseerd én de uitstoot van het schadelijke broeikasgas wordt beperkt.

Conclusie

De huidige technologie achter chemische en biologische luchtwassing in varkensstallen kan optimaler als het onderhoud en de kalibratie zorgvuldig gebeurt. De werking van biologische luchtwassers bij varkensstallen verbetert in elk geval door te inoculeren met actief slib uit een waterzuiveringsinstallatie. Een doorgedreven opleiding voor de boeren om de installatie beter te begrijpen en samen met de installateur in orde te houden is een aanrader.
Er liggen ten slotte nog heel wat kansen om de gecombinéérde performantie van luchtwassers op te drijven: biologische luchtwassers zijn ook in staat om nog meer geur te reduceren, zonder in te boeten in de ammoniakreductie. Chemische luchtwassers zijn sterker in de combinatie van ammoniak en fijn stof.

Contact

Greet Riebbels, ILVO Communicatie, greet.riebbels@ilvo.vlaanderen.be, 0486 26 00 14
Caroline Van der Heyden, gedoctoreerde, caroline.vanderheyden@ilvo.vlaanderen.be
Peter Demeyer, ILVO Technologie en voeding, peter.demeyer@ilvo.vlaanderen.be, 0472 93 62 91

 

Bron: ILVO, Vlaamse Overheid