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Dokumentenidentifikation DE3537467C1 09.04.1987
Titel Elektro-Ultrafiltrationsverfahren mit kontinuierlich steigender Filtrationsleistung zur Untersuchung der Nährstoffe bzw. der Schadstoffe in Böden, Müllkompost, Klärschlamm etc.
Anmelder Németh, Kálmán, Dipl.-Ing. Dr., 3000 Hannover, DE
Erfinder Németh, Kálmán, Dipl.-Ing. Dr., 3000 Hannover, DE
DE-Anmeldedatum 22.10.1985
DE-Aktenzeichen 3537467
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.04.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.04.1987
IPC-Hauptklasse G01N 33/24

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Elektro-Ultrafiltrationsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Elektro-Ultrafiltrationsverfahren zur Bestimmung der Nährstofffraktionen im Boden sind bekannt aus der DPS 21 03 111 sowie aus folgenden Veröffentlichungen: N}meth, K., 1976, "Die effektive und potentielle Nährstoffverfügbarkeit im Boden und ihre Bestimmung mit Elektro-Ultrafiltration (EUF)", Habilitationsschrift, Universität Gießen; N}meth, K., 1985, "Recent advances in EUF research (1980-1983)", Plant and Soil 83, 1-19. Bei diesen dynamischen Verfahren werden die unter natürlichen Bedingungen verlaufenden Prozesse der Nährstoffanlieferung an die Pflanzenwurzel befriedigend nachgeahmt, weshalb sich dieses Verfahren bei der Untersuchung land- und forstwirtschaftlich genutzter Standorte weltweit bewährte und durchsetzen konnte. Trotz beachtlicher Vorteile treten aber bei diesen zur Zeit angewandten Verfahren folgende Mängel auf.

Während der Elektro-Ultrafiltration wandern die negativ geladenen Bodenkolloide (hauptsächlich Tonminerale) zur Anode, wo sie durch die Ultrafilter zurückgehalten werden. Durch Anlagerung dieser Bodenkolloide am Filter nimmt die Wasserdurchlässigkeit des Anodenfilters ab. Die Menge der extrahierten Anionen wie Phosphat, Sulfat, Nitrat usw. hängt aber von den durch den Filter durchgeflossenen Filtratmengen ab. Bei einem gegebenen Gehalt an Anionen im Boden steigt nämlich die mittels Elektro-Ultrafiltration extrahierte Menge mit den anodischen Filtratmengen an, und zwar in Form einer Sättigungskurve, d. h. nach Erreichen einer bestimmten Filtratmenge steigen die extrahierten Anionengehalte nicht weiter an. Für eine optimale Extraktion ist somit entscheidend, daß eine bestimmte Filtratmenge in der Zeiteinheit durch den Anodenfilter durchfließt. Diese erforderliche Filtratmenge liegt bei ca. 65 m 1/30 min.

Bei Böden mit niedrigen Kolloidgehalten erreicht man diese Filtratmenge bereits bei einer Vakuumleistung von -0,4 bar. Bei Böden mit hohen Gehalten an Bodenkolloiden ist dagegen eine Vakuumleistung von -0,8 bar erforderlich, um die notwendigen Filtratmengen von 65 m 1/30 min zu gewinnen. Da die zu untersuchenden Proben die verschiedensten Gehalte an Bodenkolloiden haben können, ist man gezwungen, die höchste Filtrationsleistung (-0,8 bar) zu wählen, um auch unter den ungünstigsten Bedingungen ausreichende Filtratmengen zu bekommen.

Das Extrahieren mit hoher Filtrationsleistung bei Böden mit niedrigen Gehalten an Bodenkolloiden bringt aber Störungen mit sich, und zwar folgende:

Bei einer Vakuumleistung von -0,8 bar fließen bei Böden mit niedrigen Gehalten an Bodenkolloiden in den ersten 10 bis 15 min große Filtratmengen durch die Anode, wodurch die Bodenkolloide (Nährstoffträger des Bodens) mitgeschleppt werden. Werden diese Nährstoffträger zu schnell zur Anode mitgeschleppt, dann kann nur ein Teil ihrer Nährstoffe wie Kalzium, Magnesium, Kalium usw. extrahiert werden. Der Versorgungsgrad eines Bodens an diesen Nährstoffen wird dann unterbewertet, was zur Empfehlung zu hoher Düngermengen führt.

Das Arbeiten mit einer zu hohen Vakuumleistung bei Böden mit niedrigen Kolloidgehalten bringt außer den bereits erwähnten Störungen noch mit sich, daß die Anodenfiltrate stark verdünnt werden, wodurch die Messung der Nährstoffkonzentrationen erschwert wird.

Versucht man das Vakuum nach Erreichen bestimmter Filtratmengen abzuschalten, um ein zu schnelles Mitschleppen der negativ geladenen Bodenkolloide zu verhindern und eine zu starke Verdünnung der Filtrate zu vermeiden, kommt es zu Reaktionsstörungen an den Elektroden. Wird nämlich das Vakuum zeitweise abgeschaltet und damit die Filtration unterbrochen, werden die herausgelösten Nährstoffe von den Elektroden nicht entfernt. Eine Fraktionierung der Nährstoffe in der Zeiteinheit ist dann nicht mehr gegeben, sondern es kommt zur Verschleppung der Nährstoffe von einer Fraktion in die andere.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zu schnelles Mitschleppen der negativ geladenen Bodenkolloide zur Anode infolge zu hoher Filtratmengen zu Beginn der Extraktion (in den ersten 10- 15 min) zu verhindern und eine zu starke Verdünnung der Filtrate zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die anodische Vakuumleistung von Beginn der Extraktion an von -0,4 bar kontinuierlich bis auf -0,8 bar erhöht wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit dem Verfahren erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zu Beginn der Extraktion, wenn die Durchlässigkeit des Anodenfilters durch die Bodenkolloide noch nicht herabgesetzt ist, eine Vakuumleistung von -0,4 bar bei den verschiedensten Böden mit unterschiedlichsten Kolloidgehalten genügt, um ausreichende Filtratmengen zu gewinnen. Bei einer Vakuumleistung von nur -0,4 bar können auch bei Böden mit sehr niedrigen Kolloidgehalten keine großen Filtratmengen auftreten, so daß eine zu starke Verdünnung der Anodenfiltrate und ein Mitschleppen der Bodenkolloide zur Anode vermieden wird. Während der Extraktion geben die Bodenkolloide dann ihre positiv geladenen Nährstoffe wie Ca, Mg und K ab und wandern infolge ihrer negativen Ladung zur Anode, wodurch die Durchlässigkeit des Anodenfilters herabgesetzt wird. Mit der kontinuierlich steigenden Filtrationsleistung von -0,4 bis -0,8 bar wird der Herabsetzung der Durchlässigkeit des Anodenfilters entgegengewirkt, und es können ausreichende anodische Filtratmengen (65 ml/30 min) gewonnen werden.

Mit Hilfe der im Anspruch 2 vorgeschlagenen kontinuierlich steigenden Filtrationsleistung wird weiterhin erreicht, daß auch durch die Kathode nur die erforderlichen Filtratmengen zu Beginn der Extraktion durchfließen. Bei zu hohen kathodischen Filtratmengen zu Beginn der Extraktion werden nämlich auch die negativ geladenen Nährstoffe wie Phosphor (Phosphat-Ionen) zusammen mit den Filtratmengen kathodisch mitgeschleppt und verbleiben im alkalischen Kathodenfilter (z. B. als Ca-Phosphate), wodurch diese Nährstoffe nicht erfaßt werden. Dieses kathodische Mitschleppen von Anionen ist besonders dann gegeben, wenn die Konzentration der Bodenlösung an diesen Nährstoffen noch hoch ist, also zu Beginn der Extraktion. Während der Extraktion nimmt dann die Anionenkonzentration der Bodenlösung allmählich ab, und die Menge der kathodischen Filtrate kann daher durch kontinuierliche Steigerung der Vakuumleistung erhöht werden, um eine ausreichende Extraktion der Kationen (Ca, Na, K, Mg usw.) gewährleisten zu können.

Mit Hilfe der vorgeschlagenen kontinuierlich steigenden Filtrationsleistung kann also die Nährstoffversorgung der Böden genauer beurteilt werden, als das bisher möglich war, wodurch die Düngeberatung genauer erfolgen kann. Eine dem Bedarf der Pflanze angepaßte Düngung bietet die Voraussetzung für die Erzeugung qualitativ hochwertiger Nahrungsmittel und dient zugleich der Umweltsicherung.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektro-Ultrafiltrationsverfahren mit kontinuierlich steigender Filtrationsleistung zur Untersuchung der Nährstoffe bzw. Schadstoffe in Böden, Müllkompost, Klärschlamm etc., bei dem die an den Elektroden angelegte elektrische Spannung während der Extraktion variiert wird und die durch die Ultrafilter zu den Elektroden transportierten Stoffe durch Unterdruck abgesaugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die anodische Vakuumleistung von Beginn der Extraktion an von -0,4 bar kontinuierlich bis auf -0,8 bar erhöht wird.
  2. 2. Elektro-Ultrafiltrationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kathodische Vakuumleistung von -0,3 bar kontinuierlich bis auf -0,5 bar erhöht wird.
  3. 3. Elektro-Ultrafiltrationsverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangs- bzw. Endwerte der anodischen und kathodischen Vakuen in Abhängigkeit von der Durchlässigkeit der verwendeten Ultrafilter erhöht bzw. erniedrigt werden.






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