Toepassing van bio-schuimspray op veldschaal om ammoniakemissie uit ammoniakrijke mesthopen van varkens te verminderen

 

Department of Environmental Engineering, Kunsan National University, Gunsan 54150, South Korea^b

Department of Life Science, Kyonggi University, Suwon 16227, South Korea

Handling Editor: Dr Y Yeomin Yoon

Received 14 July 2023, Revised 13 November 2023, Accepted 17 November 2023, Available online 23 November 2023, Version of Record 2 December 2023.

 

Hoogtepunten

• Ammoniakemissies van veehouderijen zijn schadelijk voor de gezondheid van mensen.
• Eerste test van bio-schuimtechnologie om ammoniakemissie uit varkensmestcompost te verminderen.
• Bio-schuimspray blijft 3 uur aanwezig, degradeert in oplossing, sijpelt in en bestrijdt geurbronnen.
• Bio-schuim wordt beïnvloed door ventilatie, seizoen, mestvolume en luchtstroom van compost.
• Toepassing van bio-schuim op veldschaal belooft effectieve geurbeheersing van varkensmest.

 

Samenvatting

In deze studie werd de eerste veldschaaltoepassing van een bio-schuimspray (een mengsel van microben en een oppervlakte-actieve stof) voor de vermindering van ammoniakuitstoot uit mest onderzocht op zes mesthopen van varkens. Het doel van deze studie was om het geuronderdrukkend vermogen van bio-schuim en het geurafbrekend vermogen van geurafbrekende bacteriën in het schuim na het afdekken van mesthopen te evalueren. De grootte van de mesthopen die in deze studie werden getest, varieerde van 27 tot 300 m³. Het spuiten van bio-schuim onderdrukte de uitstoot van de belangrijkste geurbestanddeel, ammoniak (NH3), volledig, en de geurafbrekende bacteriën in het bio-schuim droegen bij aan de afbraak van NH3 in de mesthopen. Gemiddeld werd 85,7–100% van NH3 verminderd na 24–48 uur seriële bio-schuimspray op het mestoppervlak, terwijl de controle 25–42% liet zien. De reductie-efficiëntie van NH3 door de toepassing van bio-schuim werd beïnvloed door de sprayfrequentie, de omgevingstemperatuur, de ventilatie van de veldfaciliteit en de opwaartse luchtstroom naar de hoop. De vermindering van de oppervlakte-emissie van NH3 verminderde ook de concentratie van NH3 in de omgevingslucht bij de poort van de composteerfaciliteit. NH3-gasmetingen op een diepte van 50 cm gaven aan dat NH3-afbrekende bacteriën de mest binnendrongen en actief waren in biodegradatie. Tenslotte toont de gemeten effectiviteit van bio-schuimtoepassing in deze studie aan dat het besproeien van bio-schuim via gespecialiseerde roterende sproeiers een efficiënte en uniforme methode kan zijn voor het toedienen van bio-schuim over grote veldoppervlakken binnen composteerfaciliteiten.

 

Inleiding

De productie van onaangename geuren uit dierlijke mest is een probleem dat gepaard gaat met de verwerking van mest, vanaf het begin tot het einde van het hele proces, namelijk de verzameling, opslag, transport en verwijdering van dierlijke mest (Post et al., 2020). Vanwege de snelle ontwikkeling van de veehouderij, vooral de varkenshouderij, hebben geuruitstoten uit mest de afgelopen jaren steeds meer aandacht gekregen. De verspreiding van onaangename geuren in de omgeving kan leiden tot ernstige gezondheidsproblemen bij mensen, zoals hoofdpijn, ademhalingsmoeilijkheden, oog- en huidirritaties en hart- en vaatziekten (Nicell, 2009). De geuren op varkensbedrijven kunnen afkomstig zijn van verschillende bronnen, zoals composteerhallen en mestkuilen. Composteerhallen worden vooral beschouwd als een belangrijke bron van geuren op varkensbedrijven. Mesthopen in composteerhallen stoten meer ammoniak (NH3) uit dan mest in vloeibare vorm. Onder zure omstandigheden met een pH lager dan 7 blijft 99% van de ammoniak in vloeibare toestand aanwezig als ammonium (NH₄+). Urine in de mest heeft meestal minder zure omstandigheden, wat bijdraagt aan een geringere geurverspreiding in de omgeving (Canovai et al., 2004; Zhu et al., 2021). Daarom zijn nieuwe en efficiënte methoden voor het verminderen van geuren in mestverwerkingsfaciliteiten nodig.

Uit onderzoek blijkt dat verschillende fysieke, chemische en biologische methoden kunnen worden gebruikt om geuren uit mest te verminderen. Fysieke methoden omvatten voornamelijk adsorptie, verdamping, fysieke onderdrukking van geuruitstoot en verdunning van de gasconcentratie in de omgeving (Abdulrasheed et al., 2018; Schilling en Kollatsch, 1990; Wang et al., 2021). Chemische methoden (natte reiniging, verbranding, fotokatalytische oxidatie, enz.) voor het verminderen van gassen hebben hoge geurverminderingsefficiënties aangetoond (Jafari et al., 2018; Ma en Lan, 2015; Tsai et al., 2001; Yan et al., 2016). Naast deze fysieke en chemische processen zijn het toevoegen van mestadditieven en het aanpassen van diëten ook populair vanwege de eenvoudige implementatie (Aarnink et al., 2007; Le et al., 2005). Biologische methoden voor mestverwerking (anaerobe vergisting, compostproductie en beluchting) worden beschouwd als de meest milieuvriendelijke, omdat ze geen secundaire verontreinigende stoffen genereren (Gould, 2012; Jang et al., 2020; Mehrez et al., 2022). Daarom is het nodig om combinaties van fysieke/chemische of fysieke/biologische methoden te ontwikkelen om verschillende geurbronnen op boerderijen effectief te beheersen. Daarnaast moeten veelbelovende methoden voor geurvermindering worden ontwikkeld om de emissiebronnen van varkensmest en compost direct te beheersen, omdat directe beheersing van emissiebronnen efficiënter is dan indirecte beheersing van geuren na de emissie van geurstoffen.

Een van de combinaties van fysieke en biologische benaderingen is bio-schuimtechnologie voor geurvermindering, die bestaat uit een combinatie van stabiel oppervlakte-actief schuim en geurreducerende bacteriestammen, direct toegepast op mest voor geurafbraak/onderdrukking (Bajagain et al., 2022; Park et al., 2006). Oppervlakte-actief schuim vermindert geur door het verspreiden van geur naar de omgeving te onderdrukken en verdeelt de bacteriestammen gelijkmatig over het mestoppervlak. Schuimsproeien is een effectieve methode om bacteriestammen of remediërende stoffen gelijkmatig te verdelen over verontreinigde oppervlakken (Bouzid et al., 2018; Jeong et al., 2015; Karthick et al., 2019).

Tot op heden is de bio-schuimtechnologie voor geurvermindering alleen op laboratoriumschaal toegepast (Gautam en Mohanty, 2004; Park et al., 2006; Bajagain et al., 2022). Voor zover wij weten, is er geen studie uitgevoerd om de toepassing van bio-schuimtechnologie op veldschaal voor de beheersing van geuruitstoot uit varkensmesthopen te onderzoeken. Uitdagingen bij het toepassen van schuim in het veld kunnen te wijten zijn aan de instabiliteit van het schuim op de mest in het veld en de logistieke moeilijkheid om schuim over een groot oppervlak van de mestfaciliteit te verspreiden.

Deze studie voerde de eerste veldtoepassing van bio-schuimtechnologie uit om NH3-uitstoot uit varkensmesthopen te verminderen. Het doel van deze studie was om het geuronderdrukkende vermogen van bio-schuim en het geurafbrekende vermogen van de geurafbrekende bacteriën in het oppervlakte-actieve schuim na het afdekken van een varkensmesthoop in het veld te evalueren, met vier doelen als volgt. Het eerste doel was om een leveringsmethode voor bio-schuim te identificeren voor toepassing op grote oppervlakken in het veld. Het tweede doel was om de toepassing van bio-schuim onder verschillende veldomstandigheden te evalueren, zoals omgevingstemperatuur, ventilatie van de faciliteit, opwaartse compostluchtstroming en de frequentie of het volume van het bio-schuim. Het derde doel was om de geurconcentratie in de omgevingslucht nabij de compostfaciliteit te onderzoeken. Het vierde doel was om de geurconcentratie op een diepte van 50 cm te onderzoeken om de infiltratie van de geurafbrekende microbiële vloeistof na het breken van het bio-schuim en de biologische afbraak te controleren.

 

Reagentia en materialen
In deze studie werden alle chemicaliën van analytische kwaliteit gebruikt. Een anionisch oppervlakte-actief middel; natrium alfa olefinesulfonaat (AOS; C14–16) werd gekocht bij AK Precision Chemical Co., Ltd. (Seoul, Zuid-Korea). Gelatine werd gekocht bij Gelita AG (Berlijn, Duitsland). In het veldexperiment werden alle oplossingen bereid met kraanwater dat werd geleverd aan elke compostfaciliteit voor varkensmest.

 

Veldtestlocaties
Veldtests van bio-schuimtechnologie voor het verminderen van mestgeur werden uitgevoerd op vier composteerfaciliteiten gedurende vier seizoenen in Zuid-Korea.

 

Vermindering van gasemissie van het oppervlak van de mesthoop
Tabel 3 geeft de initiële NH3-concentratie weer op elk van de vijf bemonsteringspunten en de gemiddelde initiële NH3-concentratie voor alle locaties. De gemiddelde initiële NH3-concentratie varieerde van 150 tot 745 ppm, met de hoogste concentratie op locatie 4 en de laagste op locatie 3. In deze studie werden er geen significante hoeveelheden H2S of R–SH gedetecteerd in de varkensmest; daarom worden deze niet besproken en richten de resultaten zich op de monitoringgegevens van NH3. Figuur 3 toont de vermindering van NH3 uit de mest.

 

Conclusies
Om het onderzoek naar de toepassing van bio-schuimtechnologie op veldschaal voor het verminderen van NH3-emissies van veehouderijen te bevorderen, werden in deze studie zes veldtesten uitgevoerd naar de vermindering van geurige gasemissies uit composthopen van varkensmest door middel van bio-schuimsproeitechnologie. Ammoniak was overvloedig aanwezig in de mesthopen en was de dominante geur in de geteste mestfaciliteiten. Het sproeien van bio-schuim op het mestoppervlak blokkeerde de NH3-oppervlakte-emissies bijna volledig. Na het uiteenvallen van het schuim trad er heruitstoot van NH3 op.

 

Voor de originele tekst met tabellen en referenties klik hier.