Meetmethod en NH 3 - emissie uit stallen

Transcriptie

1 Meetmethod en NH 3 - emissie uit stallen

2 2

3 Meetmethoden NH 3 -emissie uit stallen Werkgroep "Meetmethoden NH 3 -emissie uit stallen" Eindredactie: E.N.J. van Ouwerkerk (IMAG-DLO)

4 Onderzoek inzake de mest- en ammoniakproblematiek in de veehouderij 16

5 Colofon: Ministerie van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij Dienst Landbouwkundig Onderzoek Postbus AB Wageningen tel prijs: ƒ 75,- ISSN

6 In de reeks "Onderzoek inzake de Mest- en Ammoniakproblematiek in de Veehouderij", die wordt uitgebracht onder verantwoordelijkheid van de programmaleiding van het mesten ammoniakonderzoek van de Dienst Landbouwkundig Onderzoek (DLO), zijn reeds verschenen: 1. Mestinjectie: mogelijkheden, voordelen en problemen (november 1988). Verslag van de werkgroep Mestinjectie. Redactie: W.P. Wadman Verkrijgbaar bij DLO (beperkte oplage). Prijs: ƒ 15,-. 2. Raamplan voor onderzoek inzake de mest- en ammoniakproblematiek (mei 1989). NRLO Taakgroep COLA, Ambtelijke Werkgroep Mestonderzoek. Verkrijgbaar bij DLO (uitverkocht). Prijs: gratis. 3. Perspectieven voor de aanpak van de mest- en ammoniakproblematiek op bedrijfsniveau (mei 1989). Verslag van de themadag Mestbehandeling op de boerderij op 30 mei 1989 in Ede. Samenstellers: A.A. Jongebreur en G.J. Monteny Verkrijgbaar bij DLO (beperkte oplage). Prijs ƒ 25,-. 4. Mestproblematiek: aanpak via de voeding van varkens en pluimvee (april 1990). Verslag van de themadag Veevoeding & Milieu op 19 april 1990 in Lelystad. Samenstellers: A.W. Jongbloed en J. Coppoolse Verkrijgbaar bij IVVO, Postbus 160, 8200 AD Lelystad. Prijs: ƒ 35,-. 5. De uitscheiding van stikstof, fosfor en kalium door landbouwhuisdieren, Nu en Morgen (juli 1990). Auteurs: J. Coppoolse et al. Verkrijgbaar bij IVVO, Postbus 160, 8200 AD Lelystad. Prijs: ƒ 35,-. 6. Advies beperking uitrijperiode van dierlijke meststoffen voor de tweede fase van de mestregelgeving (juli 1990). Eindverslag van de Commissie van deskundigen inzake de uitrijregels betreffende dierlijke mest voor de tweede fase van de mestregelgeving. Redactie: W.P. Wadman Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: gratis. 7. Milieu-effecten van dierlijke mest (augustus 1990). Verslag van de themadag Milieu-effecten van Dierlijke Mest van 26 april 1990 in Wageningen. Samenstellers: A. Breeuwsma en H.A.C. Verkerk Verkrijgbaar bij SC, Postbus 125, 6700 AC Wageningen. Prijs: ƒ 15,-. 8. Naar stallen met beperkte ammoniak-uitstoot (september 1990). Publikatie in het kader van de themadag Naar stallen met beperkte ammoniakuitstoot van 11 september 1990 in Bussum. Stuurgroep Emissie-arme Huisvestingssystemen. Deel 1: Bronnen, processen en factoren. Auteurs: P.W.G. Groot Koerkamp, N. Verdoes en G.J. Monteny Prijs: ƒ 15,-. Deel 2: Rundvee. Auteur: L. Snel Prijs: ƒ 15,-. Deel 3: Varkens. Auteur: N. Verdoes Prijs ƒ 20,-. Deel 4: Pluimvee. Auteur: P.W.G. Groot Koerkamp Prijs: ƒ 15,-.

7 Deel 5: Gebundelde Samenvattingen. Auteurs: P.W.G. Groot Koerkamp, N. Verdoes en L. Snel Prijs: ƒ 10,-. Setprijzen: Delen 1, 2 en 5: ƒ 40,-. Delen 1, 3 en 5: ƒ 40,-. Delen 1, 4 en 5: ƒ 40,-. Delen 1 t/m 5 : ƒ 70,-. Verkrijgbaar bij DLO. 9. Advies van de Commissie Stikstof. Redactie: F.R. Goossensen en P.C. Meeuwissen. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: gratis. 10. Stikstofbenutting en -verliezen van gras- en maïsland. Stand van zaken in het onderzoek naar de stikstofproblematiek van gras- en maïsland. Redactie: H.G. van der Meer Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 20, Practical measures to reduce nutrient losses from grassland systems. Publikatie van inleiding gehouden op de bijeenkomst van The Fertiliser Society op 13 december 1990 in Londen. Auteurs: H. Korevaar en D.J. den Boer. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 15, Weidevogelstand en ammoniakemissie-arme mesttoediening. Verslag van een inventarisatie door medewerkers van Dienst Landbouwkundig Onderzoek, Directie Beheer Landbouwgronden en Informatie- en Kenniscentrum Veehouderij. Auteurs: H. Korevaar, J.F.M. Juijsmans, H.A. Boeschoten en J.H.A.M. Steenvoorden. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 35, Mest & Milieu in 2000: Visie van het landbouwkundig onderzoek. Verslag van het congres Mest & Milieu in 2000 van 19 november 1991 te Veenendaal. Redactie: H.A.C. Verkerk. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 35, Economische aspecten van veehouderij en milieu. Verslag van de studiemiddag Economische aspecten van veehouderij en milieu van 26 februari 1992 te Veenendaal. Redactie: H.A.C. Verkerk. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 25, Mestbehandeling op de boerderij. Verslag van het symposium Mestbehandeling op de boerderij van 26 mei 1992 te Ede. Verkrijgbaar bij DLO. Prijs: ƒ 35,-.

8 Voorwoord De problematiek van de verzuring van het milieu staat sterk in de maatschappelijke belangstelling. Eén van de verzurende stoffen is ammoniak. De ammoniakuitstoot uit stallen en mestopslagen bedraagt ca. 35% van de totale ammoniakuitstoot in Nederland. Bij de aanvang in 1988 van het ammoniakonderzoek in stallen werd duidelijk dat het meten van de uitstoot een buitengewoon ingewikkelde zaak was. Diverse instituten en bedrijven hebben inmiddels verscheidene meetmethoden ontwikkeld. De vergelijkbaarheid van deze methoden was echter voor veel onderzoekers in het Mest- en Ammoniakonderzoek een punt van grote zorg. In overleg met de Ministeries van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij en van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer alsmede het bedrijfsleven is besloten tot het instellen van de werkgroep Meetmethoden NH 3 -emissie uit stallen. De werkgroep heeft kans gezien een degelijke beschrijving van de verschillende methoden op papier te zetten. Daarnaast zijn aspecten aangegeven die bij het meten een rol kunnen spelen. Ik prijs mij gelukkig, dat het bedrijfsleven en de overheid in deze groep zinvol hebben kunnen samenwerken, waardoor een breed draagvlak voor toepassing is verkregen. Ik spreek de verwachting uit dat een ieder die betrokken is bij het zoeken naar en beoordelen van emissie-arme huisvestingssystemen voor landbouwhuisdieren in dit rapport de actuele informatie over de meetmethoden zal kunnen vinden. Ir M. Heuver, algemeen directeur Dienst Landbouwkundig Onderzoek (DLO)

9 Inhoud Voorwoord 8 Werkgroepsamenstelling 13 Samenvatting 14 1 Inleiding Definities Samenstelling van stallucht Richtlijn Ammoniak en Veehouderij Leidingeffecten ammoniakmonstername Meting achtergrondconcentraties 22 2 Meetmethoden NH 3 -concentratie NH 3 -converter + NO x -analyzer Niet dispersieve infrarood (NDIR) fotometrie Hyphenated laserfotoakoestiek Filterpakketmethode Denuder/filterpakketmethode Annular denuder/filterpakketmethode Roterende denuder Roterende denuder met on-line detector Thermodenuder Gaswasfles Gasdetectiebuisjes Elektrochemische cel Passieve meetmethoden Differentiële optische absorptie spectroscopie (DOAS) Overige meetmethoden 64 3 Meetmethoden ventilatiedebiet Meetventilator Pitotbuis Hittedraad anemometer Meetflens Verschildrukmeting Tracergas experimenten CO 2 -meting en CO 2 -balansberekening Warmtebalansmethode Vleugelradanemometer Meetdoelen en meetstrategie Algemeen Doel van de metingen Beïnvloedende variabelen Meetstrategie in relatie tot het doel van de metingen Opzet van een meetsysteem Overzicht van emissieschattingsmethoden Foutenanalyse Meettechnische criteria en afwegingen Inleiding Meettechnische criteria Toelichting op de tabellen Voorbeeld kostenvergelijking meetsystemen Inleiding Criteria voor het toepassingsgebied Economische aspecten Evaluatie van methoden en aanbevelingen Algemeen Bruikbare meetsystemen Mogelijk bruikbare meetsystemen en meetsystemen in onderzoek Niet bruikbare meetmethoden Aanbevelingen 157 Bijlagen 159 Bijlage I. Emissiefaktoren voor de stalemissie 160 Bijlage II. Aërosolmetingen in stallucht 164 Bijlage III. Resultaten van twee testen met een NH 3 -sensor van Dräger 166 Bijlage IV. Staltypen 168 Bijlage V. Manieren van uitmesten 170

10 Bijlage VI. Afwijkingen bij de overdracht van een meetsignaal 171 Bijlage VII. Soorten van fouten 174 Bijlage VIII. CO 2 -meting en CO 2 -balansberekening 175 Bijlage IX. Meetmethoden voor indicatieve bronsterktebepaling 178 Bijlage IX. Meetmethoden voor bronsterktebepaling t.b.v. emissiefaktoren 179 Bijlage IX. Meetmethoden voor procesonderzoek en modelvorming/validatie 179

11

12

13 Werkgroepsamenstelling paragrafen: Ir. A.A. Jongebreur (voorzitter), IMAG-DLO, Wageningen Ing. E.N.J. van Ouwerkerk (secretaris, eindredacteur), IMAG-DLO, Wageningen 1.2, 1.5, 3.7, 3.9, 5, 6.1, 6.2, 7 en samenvatting Ir. G. van Beek, COVP-DLO, Beekbergen Dr. F.M.G. Boshouwers, Rijksuniversiteit, Utrecht 2.12 Dr. ir. H.W.G. Heynen, Cehave, Veghel 6.3 Ir. K.W. van der Hoek, RIVM, Bilthoven 6.3 Ir. P. Hofschreuder, Landbouwuniversiteit, Wageningen 2.13 en 4 Drs. J.C.T. Hollander, IMW-TNO, Delft 2.2, 2.14, 3.2, 3.3 en 3.4 Ir. C.E. van 't Klooster, Proefstation voor de Varkenshouderij, Rosmalen E. Mulder, Gezondheidsdienst voor Dieren Noord-Nederland, Drachten Ir. A. van 't Ooster, Landbouwuniversiteit, Wageningen 3.1, 3.9 en en , 3.6, 3.7 en 3.8 Ir. R. Scholtens, IMAG-DLO, Wageningen 1.4, 2.1, 2.12, 3.1 en 6.3 J.J.H. Willems, Landbouwuniversiteit, Wageningen, 2.13 Ir. Y. Wintjens, Hendrix' Voeders, Boxmeer 2.10 Dr. G.P. Wyers, ECN, Petten 1.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 en 2.9 Tot 1 mei 1992 maakte Ir. H.A.C. Verkerk (Dienst Landbouwkundig Onderzoek, Wageningen) deel uit van de werkgroep en secretariaat Dr. D. Bicanic, Landbouwuniversiteit, Wageningen, leverde een externe bijdrage 1 en Het secretariaat is tijdelijk versterkt geweest met de heren Ir. O. Cleveringa en Ir. R.L.A. Boel en 6 Nederlands Normalisatie Instituut 2.4

14 Samenvatting Dit rapport beschrijft de huidige stand van zaken bij de meting van ammoniakemissies uit stallen. Meetmethoden voor de meting van ammoniakconcentraties in stallen alsmede methoden voor de bepaling van ventilatiedebieten komen aan de orde. Ook de verschillende meetdoelen en uitgangspunten voor de meetstrategie zijn geformuleerd, van de eenvoudige indicatieve meting tot en met de gedetailleerde meetsystemen voor procesonderzoek. Voor de meting van ammoniakconcentraties zijn veertien methoden beschreven. Vele daarvan worden tot nu toe voor andere doeleinden dan voor stalmetingen, zoals voor buitenluchtconcentratie-metingen, toegepast. Geconcludeerd wordt dat slechts enkele methoden geschikt zijn voor metingen in stallen. De meest geschikte methode is die van de NH 3 -converter + NO x -analyser, op basis van nauwkeurigheid en mogelijkheden om processen in de tijd te volgen (continue registratie). Dit instrument is kostbaar, vergt meer installatiewerk dan andere methoden en is daardoor aantrekkelijk voor grote hoeveelheden van metingen. Wanneer met een geringer aantal metingen kan worden volstaan zijn gaswasflessen (nat-chemische methode), filterpakketten en vlakke passieve samplers de meer aangewezen instrumenten. Voor mechanisch geventileerde stallen blijkt de meetventilator het beste instrument te zijn voor de meting van het ventilatiedebiet. Daarnaast kunnen voor indicatieve metingen ook hittedraad- en vleugelradanemometers worden gebruikt. Voor natuurlijk geventileerde stallen is geen pasklare methode voorhanden. Actieve debietmeetmethoden bieden nu geen oplossingen. Enkele indirecte methoden zijn in onderzoek. Daarvan lijkt de methode van CO 2 -meting + modelberekening of de tracergasdecay-methode voor dit moment de meeste perspectieven te bieden. Voor de concentratiemeting kunnen de NH 3 -converter + NO x -analyser, de gaswasfles of de vlakke passieve sampler worden gebruikt. Verdere ontwikkeling van methoden voor ammoniakemissiemeting in natuurlijk geventileerde stallen wordt sterk aanbevolen.

15

16

17 1 Inleiding In het plan 'Plan van Aanpak beperking ammoniakemissie van de landbouw' (Anonymus, 1990) wordt onder andere aangegeven, dat de komende jaren het onderzoek naar ammoniakemissie-arme stalsystemen geïntensiveerd dient te worden. Inherent aan het zoeken naar emissie-arme huisvestingssystemen is het meten van NH 3 -emissie van die stallen. Er is een aantal bedrijven, instellingen en instituten, dat zich bezighoudt met het meten van ammoniak in lucht zowel binnen als buiten stallen. Bij enkele instellingen gaat dit niet verder dan het vaststellen van de ammoniakconcentratie. Velen proberen de ammoniakuitstoot vast te stellen. De NH 3 -emissie van een stal is het produkt van ammoniakconcentratie in de uitgaande stallucht en het ventilatiedebiet. De ammoniakconcentraties kunnen met behulp van verschillende methoden bepaald worden. Deze zijn beschreven in hoofdstuk 0. Ook voor het ventilatiedebiet geldt dat er een aantal methoden beschikbaar zijn. Deze zijn terug te vinden in hoofdstuk 0. De in dit rapport weergegeven kennis is het resultaat van de werkgroep "Meetmethoden NH 3 -emissie uit stallen', die is ingesteld door de Programmaleiding van het Mest- en Ammoniakonderzoek. De werkgroep had als taak de beschikbare meetmethoden en meetsystemen te inventariseren. De doelgroep van dit rapport bestaat uit diverse overheidslichamen, adviesbureaus, het agrarisch bedrijfsleven en agrarische ondernemers. De aard van de metingen (meetnauwkeurigheid, meetduur en meetstrategie) is daarom ook divers. Een onderverdeling naar de aard van de metingen is aangegeven in hoofdstuk 4. In hoofdstuk 5 zijn de meetmethoden gewaardeerd op grond van enkele meettechnische criteria. Hieruit volgt een aantal (mogelijk) bruikbare meetmethoden. In hoofdstuk 6 is een voorbeeld gegeven van een economische vergelijking van een paar meetsystemen. De kosten die genoemd zijn zijn uiteraard sterk gedateerd en kunnen door allerlei omstandigheden wijzigen. Literatuur Anonymus, 1990a. Plan van Aanpak beperking ammoniakemissie van de landbouw, Tweede Kamer, vergaderjaar , , nr. 42. SDU uitgeverij 's-gravenhage.

18 1.1 Definities De begrippen en afkortingen die in dit rapport voorkomen zijn op de onderstaande wijze gedefinieerd. Aërosol Begrip afkomstig uit de meteorologie. Totaal van de in de atmosfeer zwevende vaste en vloeibare deeltjes (Van Dale). Meetmethode Directe of indirecte bepaling van een enkelvoudige parameter (NH 3 -concentratie of ventilatiedebiet) binnen een meetsysteem. Meetsysteem Stelsel van meetmethoden, waarmee de emissie van NH 3 uit een stalgebouw bepaald wordt. Ventilatiedebiet Volume lucht, die een bepaalde ventilatie-opening per tijdseenheid passeert. Praktijk In het 'veld', op boerderijniveau. In praktijk bruikbaar Meettoestel is bestand tegen stallucht en heeft bewezen storingvrij te werken. MAC TLV NTP FEP PTFE Maximaal Aanvaardbare Concentratie Threshold Limit Values (Amerikaanse lijst van MACwaarden) Norm Temperature and Pressure (0 C en Pa) Fluorinated ethylene propylene resin Polytetrafluoretheen (Teflon) Literatuur Nationale lijst van MAC-waarden, (Publikatie / Ministerie van Sociale Zaken en Werkgelegenheid, Directoraat-Generaal van de Arbeid, Arbeidsinspectie; No. 145). 1.2 Samenstelling van stallucht Stallucht bevat naast ammoniak, de component die voor dit rapport van belang is, nog een groot aantal andere componenten. Deze componenten bestaan uit een groot aantal organische zuren en aromaten, die voor het grootste gedeelte bepalend zijn voor de geur van de stallucht. De samenstelling van de stallucht is niet constant maar is afhankelijk van een groot aantal faktoren o.a. van de diersoort, het staltype, voersamenstelling, temperatuur, ventilatiedebiet etc.). In 1.1 is de stalluchtsamenstelling weergegeven van een vleesvarkensstal en van leghennenstallen met drie verschillende typen van mestopslag. De gegevens van de leghennenstallen hebben betrekking op het gemiddelde van 6 meetdagen gedurende de zomerperiode. De variatie in de ammoniakconcentratie over één dag en tussen verschillende dagen is vooral voor de stal met droge mestopslag groot. Tijdens de periode waarin de mestventilatoren aan staan is de ammoniakconcentratie hoog (12-24 mg/m 3 ) staan de ventilatoren uit dan zijn de concentraties veel lager (1,3-13,2 mg/m 3 ).

19 Tabel 1.1 Samenstelling stallucht stalluchtsamenstelling component concentratie (mg/m 3 ) vleesvarkens leghennen droge mest mengmest dagontmesting Stikstofammoniak NH tri-ethylamine N 2H 4 zwavelwaterstof H 2S 0,004 Organische zuren: azijnzuur C2 6,7 propionzuur C3 1,1 n-boterzuur n-c4 0,70 i-boterzuur i-c4 0,16 n-valeriaanzuur n-c5 0,08 i-valeriaanzuur i-c5 0,21 n-capronzuur 0,01 i-capronzuur 0,004 oenanthzuur 0,003 caprylzuur 0,005 pelargoonzuur 0,004 tot. org. zuren 0,103 0,177 0,035 Aromaten: fenol 0,005 p-cresol 0,040 indol 0,003 skatol 0,003 tot. aromaten 0,007 0,058 0,006 diacetyl - Stal met droge-mest-systeem; Stal met mengmestopslag; Stal met mestband (dagontmesting); de mest valt op een band die 2 à 3 maal per week wordt afgedraaid. Het aantal kippen tijdens de meetperiode bedroeg met een gemiddeld levend gewicht per kip van 1,75 kg. Het gemiddelde ventilatiedebiet over de 6 meetdagen was voor de drie staltypen resp , en m 3 /h bij 20 C. Literatuur Jongebreur, A.A., Geuremissies van veehouderijbedrijven. Syllabus PAO-cursus "Veehouderij en Milieu", Wageningen. Samenvatting van Jansen, C.M.A. Instrumenteelsensorisch onderzoek aan de ventilatielucht van leghennenstallen. Rapport MT-TNO de m de Schaefer, J., Onderzoek van de voor stank van varkensmesterijen verantwoordelijke componenten. CIVO-TNO Rapport nr R 4265, Zeist. 1.3 Richtlijn Ammoniak en Veehouderij De richtlijn ammoniak en veehouderij heeft tot doel de toename van de depositie van ammoniak op daarvoor gevoelige bos en natuurterreinen vanuit een veehouderijbedrijf te stabiliseren. Daartoe is een maximaal toelaatbare depositiedrempel opgenomen voor nieuwvestigingen (max. 15 mol potentieel zuur/ha/jaar) en voor uitbreidingen van bestaande bedrijven (max. 30 mol potentieel zuur/ha/jaar). De depositie van ammoniak heeft een verzuring van de bodem tot gevolg. Met name grond met weinig kalk is daar erg gevoelig voor. Door de verlaging van de ph verloopt de omzetting van ammoniak tot nitraat veel langzamer. Door het veel langzamer verlopen van dit omzettingsproces, hoopt het ammonium zich in de bodem op en worden andere voedingsstoffen zoals calcium, magnesium en kalium door de planten minder goed opgenomen (kationen-verdringing). Een ander gevolg van ammoniakdepositie is, dat er meer stikstof in de bodem komt, waardoor planten, die in een stikstofarm milieu leven, verdrongen worden door stikstof minnende planten. De voor verzuring gevoelige bodemeenheden waarvoor de richtlijnen gelden zijn op de bodemkaart van Nederland weergegeven. De depositie wordt per bedrijf berekend door de totale emissie van het bedrijf met behulp van de opgestelde emissiefaktoren per diergroep en per staltype (zie bijlage 0) te bepalen. Vervolgens wordt de afstand gemeten tot het voor verzuring gevoelige gebied (middelpunt bedrijf tot het dichtbijgelegen punt van de rand van het betreffende gebied). Via een omrekeningsfaktor, die afhankelijk is van de afstand en de hoogte van de vegetatie (omrekeningsfaktor voor bos 2x zo groot als voor de overige vegetaties) wordt de depositie bepaald. Bij de bepaling van het maximale depositieniveau wordt geen rekening gehouden met depositie als gevolg van de achtergrondammoniakconcentratie. De ammoniakemissiefaktoren worden ieder jaar op basis van de resultaten van het emissie-onderzoek aan bestaande en nieuwe staltypen bijgesteld. Literatuur

20 Richtlijn ammoniak en veehouderij 1991 (richtlijn in het kader van de Hinderwet), Ministerie van Landbouw, Natuur en Visserij en het Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer. 1.4 Leidingeffecten ammoniakmonstername Probleemstelling Alle materialen waarlangs lucht wordt geleid hebben invloed op de samenstelling van deze lucht. Wanden van leidingen, gascellen, multiplexers, passieve samplers, etc., waarmee de te analyseren lucht in contact komt, hebben effect op de gevonden meetwaarde. De meeste meet- en monstername-instrumenten hebben wanden. Het is dus belangrijk een goede en praktische keuze te doen uit de beschikbare materialen. In onderstaande tekst wordt een poging gedaan de invloed van faktoren aan te geven en waar mogelijk een oplossing of minst slechte keuze aan te geven. Verder blijkt uit dit stuk dat aanvullende metingen nodig zijn. Gekeken is daarbij naar het gedrag van NH 3 en NO in leidingen Processen Stroming door een leiding Bij laminaire stroming van een medium door een buis is er een slecht gemengde weerstandslaag langs de wand aanwezig. De snelheidsverdeling loodrecht over de buis heeft een parabolisch verloop. Transport naar de wand van de buis vindt plaats via diffusie. In het geval van turbulente stroming is de gemiddelde snelheid over het grootste deel van de doorsnede constant. Het transport naar de wand wordt door deze turbulentie bepaald. Tussen beide situaties bestaat een overgangsgebied waarin een steeds groter deel van de stroming door de buis turbulent wordt. Met behulp van grenswaarden voor het Reynoldsgetal is uit te rekenen bij welke snelheden door een buis stroming nog grotendeels laminair is. De ruwheid van de wand is ook van invloed op het stromingsgedrag. Voorbeeld van een berekening: Kritische waarden van het Reynoldsgetal voor lange gladde cilindrische buizen: water Re = 2300; lucht Re = Re = vd/v waarin: v = luchtsnelheid [cm/s] v = kinematische viscositeit [Stokes;cm 2 /s] v-lucht = 0,137 [St] (15 C) D = doorsnede buis [cm] 1/4 " FEP wanddikte 1 mm : kritische snelheid 6 l/min 3/8 " FEP wanddikte 1 mm : kritische snelheid 10 l/min Bij turbulent transport worden aërosoldeeltjes afgezet op de leidingwand. Verbindingen als ammoniumnitraat en ammoniumchloride zijn instabiel. Bij dissociatie ontstaat ammoniak. Het blijkt echter dat ammoniumaërosol in relatief geringe mate voorkomt in stallucht (t.o.v. NH 3 ) Diffusie Transport van NH 3 en NO door de leidingwand treedt alleen op indien een concentratiegradiënt aanwezig is. Wanneer de concentraties van NH 3 en NO binnen in de leiding en daarbuiten weinig verschillen, kan dit effect verwaarloosbaar worden geacht Adsorptie

21 De meest storende effecten bij transport van reactieve gassen door leidingen worden veroorzaakt door adsorptie van gassen aan de leidingwand. Adsorptie is afhankelijk van een aantal faktoren. - Stroomsnelheid langs de wand - Concentratie Adsorptie neemt in absolute waarde toe naar mate de concentratie stijgt. Het adsorptieevenwicht stelt zich echter sneller in bij hoge concentraties. - Temperatuur van de wand De adsorptie neemt af bij een hogere temperatuur. - Luchtvochtigheid Gasvormig water kan adsorptieplaatsen op de wand bezet houden en zo van invloed zijn op de adsorptie van andere gassen. - Materiaal Geadviseerd wordt gebruik te maken van FEP, dit materiaal geeft weinig aanleiding tot problemen en is redelijk te verwerken. - Vervuiling van de wanden Reacties tijdens transport door de leidingen NH 3 Van ammoniak zijn geen omzettingsreacties bekend die onder 'normale' omstandigheden en in een kort tijdsbestek problemen kunnen veroorzaken NO NO wordt voor een deel omgezet in NO 2 tijdens het transport door leidingen. De grootte van dit effect is ondermeer afhankelijk van de verblijftijd in de slang. Uit metingen aan een 1/4" FEP slang met een lengte van 350 m en een aanzuigsnelheid van 500 ml/min bleek dat ± 5 % van de NO omgezet was in NO 2. De verblijftijd in de slang was ± 12 min. Bij gebruik van de NO 2 --> NO van de NO x -analyzer blijkt dit geen probleem te zijn Absorptie Condensvorming in leidingen geeft aanleiding tot de absorptie van ammoniak. Door de leidingen voldoende te verwarmen kan dit worden voorkomen. Omdat instabiele aërosoldeeltjes als ammoniumnitraat in stallucht geen probleem lijken te vormen is dit niet bezwaarlijk Minimalisering leidingeffecten NO Door omzetting van NH 3 in NO d.m.v. een converter, zo dicht mogelijk bij het monsternamepunt, worden problemen door wandeffecten geminimaliseerd. No is een gas dat zich zonder grote problemen over grote afstanden laat transporteren. Concentratiestappen van buitenlucht naar enkele ppm en omgekeerd vragen minimaal 15 minuten. NH 3 -concentratiestappen in het bereik van 0,5-1 ppm tot enkele tientallen ppm vragen ± 2 minuten NH 3 Uit praktijkmetingen met ammoniakmeetsystemen met één centrale verwarmde aanzuigslang (3/8 " FEP; snelheid 12 l/min) max. lengte 80 m blijkt dat een evenwichtsinstelling na 25 min. bereikt wordt. De gemeten ammoniakconcentratie liep uiteen van 2 tot 50 ppm. De kleppen zijn bij de monsternamepunten geplaatst en de converter bij de analyzer. Uit controlemetingen met impingers bleken (zie tabel 0) geen grote verschillen tussen de met beide methoden gemeten waarden te bestaan. Uit metingen aan een meetsysteem waarbij iedere afdeling voorzien was van een eigen slang (1/4" FEP; snelheid 2 l/min) max. lengte 70 m blijkt dat binnen 10 min een evenwichtssituatie werd

22 bereikt. De gemeten ammoniakconcentraties varieerden van 2 tot maximaal 20 ppm. De kleppen en de converter zijn bij de NO x -analyzer geplaatst. Achtergrondmetingen zijn met beide meetsystemen niet goed mogelijk door de traagheid van converter en/of slang. De prestatie van systemen met een converter bij het monsternamepunt is grotendeels beschreven in Aanwijzingen voor het gebruik van leidingen Transport van NO door leidingen lijkt goed mogelijk. Bij transport van NH 3 door leidingen treden problemen op, voornamelijk door adsorptie/desorptie van NH 3 aan de leidingwanden. Het verdient, in het geval van ammoniak, altijd aanbeveling de leidinglengte zo kort mogelijk te houden. Als leidingmateriaal verdient FEP de voorkeur, aangezien dit materiaal een gladde binnenwand heeft waardoor het intern oppervlak (en dus adsorptie) relatief laag is. Uitgaande van een laminair stromingsregime moet het debiet zo hoog mogelijk worden afgeregeld, zodat adsorptie evenwichten snel worden ingesteld. Bij lage ammoniumaërosol-concentraties verdient het misschien aanbeveling een nog hoger debiet te gebruiken (turbulente stroming). Stilstaande lucht in leidingen moet worden vermeden. Continu lucht aanzuigen heeft de voorkeur boven intermitterend aanzuigen. Condensvorming in leidingen moet beslist worden vermeden. Dit is, afhankelijk van de situatie, te realiseren door leidingen te isoleren en/of enigszins te verwarmen. Verwarmen van leidingen is alleen toegestaan indien is vastgesteld dat, de concentraties van ammoniumnitraat en -chloride laag is in verhouding tot de ammoniakconcentratie. Leidingen moeten regelmatig worden gereinigd met dubbel gedemineraliseerd water en worden gedroogd met schone lucht of stikstof. Normaal stalstof blijkt, behalve door verstopping, weinig problemen te veroorzaken. Bij hoge aanzuigsnelheden kan verstopping door stalstof hinderlijke vormen aannemen. Het voorkomen van verstopping door het plaatsen van een teflonfilter is wenselijk. Indien er verbouwingen nabij een monsternamepunt plaatsvinden is het wenselijk het aanzuigen van lucht vanuit dit punt te stoppen en de slang af te sluiten. Het effect van metaaloxyden, die vrijkomen tijdens slijp en laswerkzaamheden, op de NH 3 -metingen is desastreus Advies aanvullende gegevens Zoals aangegeven in 0 en 0 zijn er geen exacte meetgegevens bekend over de invloed van een aantal parameters op de snelheid waarmee een gewijzigde ammoniakconcentratie aan het eind van een leiding terug wordt gevonden. Gedacht wordt aan de volgende parameters: - lengte van de leiding - ammoniakconcentratie - wandtemperatuur - luchtvochtigheid - aanzuigsnelheid (turbulente of laminaire stroming) 1.5 Meting achtergrondconcentraties De NH 3 -concentratie in de buitenlucht kan in de meeste gevallen verwaarloosd worden. In dit rapport worden achtergrondammoniakconcentraties onder 0,5 ppm verwaarloosd. In een aantal gevallen kan men verwachten, dat de achtergrondconcentratie wel van belang is. Dit is bijvoorbeeld het geval als de stal in de nabijheid van andere emissiebronnen zoals stallen, mestopslag of een pas bemest perceel ligt. De achtergrondconcentratie kan ook van belang zijn als er sprake is van een heel hoog ventilatievoud. De ammoniakconcentraties in de uitgaande lucht en de instromende lucht kunnen in dat geval erg dicht bij elkaar komen te liggen waardoor de mogelijke fout in de ammoniakemissiemeting door het verwaarlozen van de achtergrondconcentratie onaanvaardbaar hoog kan worden. Voor meting van de achtergrondconcentratie moet een meetmethode gebruikt worden waarmee concentraties van µg/m 3 zeer nauwkeurig te bepalen zijn. Metingen van de achtergrondconcentratie dienen altijd bovenwinds van de te meten stal verricht te worden om te voorkomen, dat de emissie uit de stal ook als achtergrondconcentratie mee wordt gemeten. Van de gemeten ammoniakconcentraties in de stal moet voor het berekenen van de ammoniakemissie de achtergrondconcentratie worden afgetrokken.

23

24

25 2 Meetmethoden NH 3 -concentratie 2.1 NH 3 -converter + NO x -analyzer Toepassingsgebied Ammoniakconcentratiemetingen op emissieniveau in en uit huisvestingssystemen in de intensieve veehouderij. Voor emissiemetingen uit mechanisch geventileerde stallen moeten de concentratiemetingen gekoppeld worden aan ventilatiedebietmetingen (zie hoofdstuk 0) Beginsel De ammoniakconcentratie in de aangezogen lucht wordt gemeten m.b.v. een NO x -analyzer gecombineerd met een NH 3 -converter. De meting van de NO x -analyzer is gebaseerd op de chemo-luminescentiereactie tussen O 3 en NO (zie ook NEN 2039). Tijdens deze reactie wordt NO 2 gevormd en er komen lichtdeeltjes vrij. De ozon wordt in de analyzer geproduceerd d.m.v. een ozongenerator. Doordat in de reactiekamer een overmaat aan O 3 aanwezig is, is de snelheid van deze reactie: NO + O 3 ---> NO 2 + O 2 + hv (lichtdeeltjes) proportioneel afhankelijk van de NO-concentratie in de reactiekamer. De stroom lichtdeeltjes is sterk afhankelijk van druk en temperatuur in de reactiekamer. Zijn druk en temperatuur in de reactiekamer constant dan is de stroom lichtdeeltjes evenredig met de NO 2 -produktie en dus met de NO-concentratie in de aangezogen lucht. Door een hoog vacuüm in de reactiekamers te handhaven en de temperatuur van de reactiekamers op ongeveer 50 C te houden kan aan deze voorwaarden worden voldaan. De door de pomp geleverde onderdruk moet voldoende laag zijn (<500 hpa). Er moet gecontroleerd worden of er geen grote drukverschillen tussen de aanvoerleidingen bestaan want dat beïnvloedt de nauwkeurigheid van de metingen. Een NO x -analyzer meet in een aangezogen gasstroom zowel NO als NO 2. De NO 2 -concentratie wordt als NO gemeten na omzetting door een geschikte converter. Het verschilsignaal tussen beide metingen is de NO 2 -concentratie. Dit verschilsignaal kan worden bepaald door gebruik te maken van één meetkamer met een kleppensysteem waarmee geschakeld wordt tussen wel of niet gebruik maken van de NO 2 -converter. Een NO x -analyzer met twee gescheiden meetkamers geeft continu dit verschilsignaal. De NO 2 -converter mag vrijwel geen NH 3 omzetten in NO of NO 2. Door een NH 3 -converter op te nemen in het NO-kanaal wordt de NO x -analyzer omgebouwd tot een NH 3 -meetinstrument. Deze combinatie meet NH 3 als verschilsignaal tussen NH 3 + NO x en NO x. Een meetbereik tot 50 ppm is wenselijk bij het meten van ammoniak in stallen, bij pluimveestallen zelfs tot 100 ppm. Een kort lopend gemiddelde (bijvoorbeeld 5 s) is nodig bij het snel schakelen tussen verschillende meetpunten Ammoniakconverter Een ammoniakconverter zet NH 3 om in NO. Deze converter werkt i.h.a. bij hoge temperaturen, waarbij het meestal om een katalytische reactie gaat. Door de hoge temperaturen wordt niet alleen NH 3 maar ook NO 2, HNO 3 en organische N-verbindingen gereduceerd tot NO. Een omzettingsefficiëntie > 95% voor ammoniak in het gevraagde meetbereik en een levensduur van minimaal 6 maanden zijn vereist Transport van stallucht naar meetopstelling De wijze van transporteren van de bemonsterde stallucht naar de ammoniakmeetopstelling is afhankelijk van de configuratie van deze opstelling. Figuur 0 laat schematisch een aantal mogelijkheden zien.