DD273898A1 - Verfahren und anordnung zur sofortigen ermittlung des gehaltes an inhaltsstoffen von guellefluessigkeit - Google Patents

Abstract

Die sofortige Ermittlung des Gehaltes an Inhaltsstoffen, insbesondere an Trockensubstanz und Naehrstoffen von Guelle in Behaeltern, Rohrleitungen und Kanaelen, ist mit Hilfe von Leitfaehigkeitsmessungen moeglich. Die Leitfaehigkeit wird mit einer 4-Elektroden-Anordnung in einem Rohrabschnitt aus elektrisch nicht leitendem Material mit Hilfe einer konstanten Wechselspannung und Messen des Spannungsabfalls, Stromflusses oder Widerstandes bestimmt und die erhaltenen Messwerte mit Messwerten einer Verduennungsreihe aus anlagentypischer Guelle und anlagentypischem Brauchwasser verglichen. Damit wird die stark fehlerbehaftete gravimetrische Trockensubstanzbestimmung und die zeitaufwendige nasschemische Naehrstoffbestimmung an Guelle abgeloest. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur sofortigen Ermittlung des Gehaltes 3n Inhaltsstoffen, insbesondere an Trockensubstanz und Nährstoffen von anlagentypischer Gülleflüssigkeit.

Die Erfindung ist anwendbar in Stallanlagen, Staukanälen, Güllelagerbecken und -behältern sowie Rohrleitungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Ermittlung der Nährstoffe von Gülleflüssigkeit ist es allgemein üblich, den Trockensubstanzgehalt von Gülleflüssigkeitsproben zu bestimmen und die Proben auf ihren Gehalt an Stickstoff, Phosphor, Kalium, Kalzium, Magnesium und weiteren Elementen mittels naßchemischer Analyse zu untersuchen.

Nach der allgemein angewandten Schnellmethode erfolgt die Trockensubstanzbestimmung von Gülleflüssigkeitsproben gravimetrisch nach Trocknung in speziell dafür eingerichteten Laboratorien (l-eldwirtschaft, [19841,12, S. 541). Von dem so ermittelten Trockensubstanzgehalt wird der Gehalt der Gülleflüssigkeit an Nährstoffen abgeleitet, wobei die korrelative Beziehung zwischen den chemisch bestimmten Nährstoffen und dem ermittelten Trockensubstanzgehalt zugrunde gelegt wird. Die Aussagefähigkeit der im Laboratorium mit hohem Arbeite-, Zeit- und Materialaufwand ernittelten Werte wird jedoch durch die begrenzte Anzahl der manuell zu entnehmenden Proben gemindert. Ein weiterer Nachteil bei der Anwendung des Trocknungsverfahrens ergibt sich aus der zeitlichen Verzögerung zwischen Probenentnahme und dem Vorliegen des Untersuchungsergebnisses.

Es ist bekannt, Konzentrationsbestimmungen durch Messen der elektrolytischen Leitfähigkeit von lonenlösungen durchzuführen. Die dafür bekannten Meßvorrichtungen bestehen aus mindestens 2 speziellen Elektroden, die mit dem zu messenden Elektrolyten in Berührung stehen, sowie aus einer Spannungsquelle und einem elektrischen Meßgerät., die mit den Elektroden elektronenleitend verbunden sind. Für die Elektroden kommt entweder die 2-Punkt- oder die 4-Punkt-Anordnung in Frage. Der Vorteil der 4 Punkt-Anordnung besteht darin, daß die an Wechselspannung liegenden Elektroden nicht polarisiert werden. Die 4-Elektroden-Anordnung wird bisher vorzugsweise für die Messung des spezifischen Erdwiderstandes, dem reziproken Wert der elektrolytischen Leitfähigkeit, verwendet.

Es wurde auch weiterhin schon vorgeschlagen (DD-PS 52231, DD-PS 143533), die 4-Elektroden-Anordnung für die Konzentrationsmessung in ruhenden oder strömenden Flüssigkeiten zu verwenden. An die beiden äußeren Elektroden wird dabei eine konstante Wechselspannung angelegt und an den beiden inneren Elektroden der Meßwert abgegriffen, der entweder auf der Messung des Stromes, des Spannungsabfalls oder des Widerstands beruht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung is* es, die stark fehlerbehaftete gravimetrische Trockensubstanzbestimmung und die zeitaufwendige naßchemische Nährstoffbestimmung an Gülle durch eine Methode zu ersetzen, die wesentlich genauer ist und die große Zeitdauer von der Probenaufnahme bis zum Vorliegen des Ergebnisses vermeidet. Außerdem sollen die hygienischen Bedingungen bei der Gülleuntersuchung für den ausführenden Werktätigen wesentlich verbessert werden.

Dtirstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunoe, ein Verfahren zur sofoi tijten Ermittlung des Gehaltes an Inhaltsstoffen, insbesondere an Trockensubstanz und Nährstoffen von anlagentypischer Gülleflüssigkeit in Behältern, Rohrleitungen und Kanälen zu entwickeln, das kontinuierlich oder diskontinuierlich, in strömender oder ruhender Gülleflüssigkeit, ohne Probenahme automatisch oder manuell, in offenen und in Drucksystemen durchgeführt werden kann. Die dazugehörige Anordnung darf keine in die zu untersuchende Flüssigkeit hineinragenden Bauteile aufweisen, die einen Strömungsverlust und Verstopfung durch inhomogene Bestandteile der Gülleflüssigkeit verursachen können. Außerdem dürfen die Bauteile der Vorrichtung nicht aus Edelmetallen bestehen.

Die Aufgabe wird erfindunysgemäß dadurch gelöst, daß die elektronische Leitfähigkeit der Gülleflüssigkeit mit Hilfe einer konstanten Wechselspannung und Messen des Spannungsabfalls, Stromflusses oder Widerstandes ermittelt und die erhaltenen Meßwerte mit Meßwerten einer Verdünnungsreihe aus anlagentypisch ν Gülle und anlagentypischem Brauchwasser verglichen werden. Die Meßanordnung dazu weist vier Elektroden in einer Achse h einer Wandung aus elektrisch nicht leitendem Material auf, die durch die Wandung hindurchgehend angeordnet sind und an dun der Gülleflüssigkeit abgewand'en Enden der Elektroden mit Meßleitungsanschlüssen versehen sind. Die äußeren Elektroden sind an eine konstante Wechselspannungsquclle und die inneren Elektroden mit einem Meßverstärker verbunden. Durch Wahl einer geeigneten Frequenz der Wechselspannung, die sich deutlich von der im Spannungsnetz verwendeten Frequenz oder einem Vielfachen davon unterscheidet, werden Störungen der Messungen durch Metzspannung vermieden, so daß die Messungen auch unmittelbar in der Nähe von elektrischen GüllepuTipen und Starkstromleitungen durchgeführt werden können, ohne daß eine besondere Abschirmung erforderlich ist. Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus Chrom-Nickel-Stahl und die elektrisch nicht leitenden Wandungen vorzugsweise aus Polyvinylchlorid. Zur Ermittlung der Konzentration der Inhaltsstoffe der Gülleflüssigkeit während der Förderung in Rohrleitungen können die Elektroden in einem Rohrabschnitt mit Flansch- oder Muffenverbindung angeordnet werden, der in die entsprechende Rohrleitung eingebunden ist. Zur Messung der Güllekonzentration in offenen Kanälen, Behältern und Lagerbecken werden die Elektroden in einem stibförmigen Hohlkörper angeordnet, bei dem die Elektrodenköpfe nach außen ν'eisen und die Meßleitungen innenliegend verlegt und flüssigkeitsdicht mit Harzen vergossen sind. Die dadurch gebildete Meßsonde kann in die Behälter, Kanäle, Absetzbecken mit der fließenden oder ruhenden Gülleflüssigkeit getaucht werden und direkt vor Ort mit Hilfe der Meßeinrichtung der Spannungsabfall, der Stromfluß oder der Widerstand gemessen werden. Bei Kopplung des Meßverstärkers mit Registrier- und Auswertegeräten können bei entsprechender Eichung sofort die Konzentrationswerte der Inhaltsstoffe ohne Verzögerung abgelesen und registriert werden. Mit diesem Verfahren und mit der Meßanordnung ist es gelungen, unter den rauhen Bedingungen in Stallanlagen sowie Lagerund Transporteinrichtungen für Gülleflüssigkeit mit geringem manuellen Aufwand und ohne Beeinträchtigung der Gesundheit des Meßausführenden durch Berührung mit der keimbelasteten Flüssigkeit und Einatmen der toxischen Dämpfe, eine einfache, mit 'loher Geschwindigkeit ausführbare Methode der LandwHschaft zur Verfügung zu stellen, die ohne hohe Kosten und ohne besondere Qualifikationen überall angewendet werden kann. Die Aufstellung der Vergleichsdiagramme zur Ermittlung de's Zusammenhanges der gemessenen elektrischen Größen und t'er Konzentration der Inhaltsstoffe sowie die Einstellung der Abgleichung bei automatischer Messung ist nur in größeren Ze'tabständen notwendig, wenn in den entsprechenden Stallanlagen andere Tierarten oder -gruppen gehalten werden, c'ie Wasserqualität oder die Art der Fütterung geändert wird. Mit der vorgeschlagenen Methode ist es gelungen, das Problem tier sofortigen quiintitativ-n Analytik der inhomogen zusammengesetzten Gülle zu lösen, indem das Prinzip der bisher nur für homogene Flüssigkeiten einsetzbaren Leitfähigkeitsmessung als Analysenmothode so mi difiziert wurde, daß auch die Bestimmung des Gehaltes an Trockensubstanz und organischer Substanz neben den löslichen Bestandteilen ermöglicht wurde. Der Gehalt an organischer Substanz ist insofern von besonderem Interesse, weil damit die hydrodynamisch als auch pflanzenphysiologisch bedeutsamen Bestandteile erfaßt werden, im Gegensatz zum Trockensubstanzgehalt, der auch Zufällst eimengen wie Sand und Ton enthält.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausf jhrungsbeispielen erläutert. In den zugehörigen Zeichnungun zeigen

Fig. 1: einen Schnitt durch eine Rohrleitung mit stationärem Meßwertgeber

Fig. 2: einen Schnitt durch einen mobilen Meßwertgeber

Fig. 3: einen Schnitt durch einen stationären Meßwertgeber in einem Kanal.

In Fig. 1 ist in einer mit Gülle 10 beaufschlagten Rohrleitungen 1 über Muffen oder Flansche 2 ein Meßwertgeber, bestehend aus einem nichtmetallischen Rohr 3 und vier Elektroden 4,5,6,7, welche in gleichem Abstand zueinander so in ä'ts Rohrwand eingelassen sind, daß sie kein Strömungshindernis darstellen, eingebunden. An die Elektroden 4 und 7 wird in bekannter Weise eine konstante Wechselspannungsquelle 6 und an die Elektroden 5 und 6 ein Meßverstärker 9 angeschlossen, welcher den Meßwert anzeigt. Der Meßverstärker als Widerstandsmeßgerät in Brückenschaltung ist über Mebleitungen 11 mit einem Thermostreifendrucker 12 verbunden.

In Fig. 2 ist eine konstruktive Lösung für einen mobilen Meßwertgeber, der wiederum aus einem nichtmetallischen Rohr 3 und den vier Elektroden 4,5,6,7 besteht, dargestellt. Die Elektroden sind an der äußeren Oberfläche des Meßwertgebers angeordnet und im Rohrinneren 13 mit Meßleitungen 11 verbunden. Das Rohrinnere ist mit Harz vergossen, so daß die Meßleitungen sowohl vor dem aggressiven Elektrolyt Gülle als auch mechanisch und vor Korrosion geschützt sind. Die Elektroden sind wiederum, wie bereits in Fig. 1 gezeigt, mit einer konstanten Wechselspannungsquelle 8 und einem Meßverstärker 9 verbunden. Eine besondere anwenderfreundliche Gestaltung des mobilen Meßwertgebers nutzt Akkumulatoren, die direkt in den Meßwertgeber eingebaut sind und in bekannter Weise über Zerhacker eine konstante Wechselspannung liefern. Somit wird erreicht, daß dieser mobile Meßwertgeber in den Tierproduktionsanlagen sowohl in mit Gitterrosten abgedeckten Staukanälen als auch in offenen Güllebecken netzunabhängig eingesetzt werden kann. Für den Einsatz des Meßwertgebers in Stallanlagen mit Gitterrosten ist der Durchmesser des nichtmetallischen Rohres so gewählt, daß er geringer ist als die Spaltenbreite der Roste. Für Messungen in Güllelagerbehältern kann das Rohr mit den Elektroden mittels eines teleskopartigon, beweglichen Innenrohres 14 ausgezogen werden. Som't wird das Messen in verschiedennr Tiefen und Schichten ermöglicht. Dies ist bei Messungen in nicht oder wenig homogenisierter Gülleflüssigkeit besonders vorteilhaft, da aus einer Mohrzahl von in verschiedenen Tiefen gemessenen Werten ein eindeutiger statistischer Mittelwert gewonnen wird.

Die Fig. 3 zeigt einen stationären Meßwertgeber, der, wie schon in Fig. 1 und 2 beschrieben, aus einem nichtmetallischen Rohr 3. vier Elektroden 4.5,6,7, einer konstanten Wechsel jpamungsquelle 8, einem Meßverstärker 9, geschirmten Meßleitungen 11 und einem Registriergerät 12 besteht. Das Rohr mit den Elektroden und einem Festring 15 ist mittels I lalterung 16 frei drehbar an der Wandung des Sammelbehälters 17 gelagert. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß sich das Rohr an das Fließverhalten des Elektrolytes Gülle 10 anpaßt und somit eine Verstopfung <Jes Abflusses 18 vermieden wird. Der Elektrolyt Gülle wird dem Sammelbehälter und somit dem Meßwertgeber über einen mittels Schieber 19 absperrbaren Zufluß 20 zugeführt.

Verfahrensbeispiel

Im Labor wird eine unverdünnte repräsentative Durchschnittsprobe von Gülleflüssigkcii einer Stallanlage gravimetrisch auf ihren Gehalt an Trockensubstanz und naßchemisch auf den Gehalt an Pflanzennährstoffen N, P, K, Mg, Ca in bekannter Weise bestimmt. Parallel dazu wird der spezifische elektrolytische Widerstand mit der Meßanordnung nach Fig. 2 gemessen. Anschließend wird die Gülleprobe systematisch mit anlagentypischom Brauchwasser verdünnt und dar Gehalt an Trockensubstanz und an den Pflanzennährstoffen rechnerisch aus der ersten Analyse ermittelt. Zu jeder Verdünnungsstufe werden der spezifische elektrolytische Widerstand gemessen und die Wertepaare in dem Diagramm Fig. 4 dargestellt. Mit jeder der Meßanordnunr 'f. nach Fig. 1 bis 3 und dem Diagramm Fig. 4 läßt sich jede mehr oder weniger verdünnte Gülleflüssigkeit gleichen Ur -ungs, z. B. aus der gleichen Stallanlage, hinsicmlich der Bestimmung der Konzentration der Inhaltsstoffe der Gülle untersuchen.

In einer Gülledruckrohrleitung ist ein Meßgeber nach Fig. 1 eingebunden. Durch die Gülleleitung wird verdünnte Gülleflüssigkeit unbekannter Konzentration gefördert. In Abständen von je 1 Minute worden 5 Mef sungen des elektronischen Widerstandes durchgeführt und arithmetisch gemittelt. Der erhaltene Mittelwertvon 2Ωγτι entspricht nach dem Diagramm Fig.4 einem Massenanteil an Trockensubstanz von 3,5%, an organischer Substanz von 2,38% sowie an Pflar":ennährstoffen von N1,40, P0,21,K0,16,Mg0,017, Ca0,074kg/t.

Claims (5)

1. Verfahren zur sofortigen Ermittlung des Gehaltes an Inhaltsstoffen, insbesondere an Trockensubstanz und Nährstoffen, von anlagentypischer Gülleflüssigkeit in Behältern, Rohrleitungen und Kanälen, gekennzeichnet dadurch, daß die clektrolytische Leitfähigkeit der Gülleflüssigkeit mit Hilfe einer konstanten Wechselspannung und Messen des Spannungsabfalles, Stromflusses oder Widerstandes ermittelt und die erhaltenen Meßwerte mit Meßwerten einer Verdünnungsreihe aus anlagentypischer Gülle und anlagentypischem Brauchwasser verglichen werden.

2. Anordnung zur Ermittlung des Gehaltes an Lhaltsstoffen von Gülleflüssigkeit in Behältern, Rohrleitungen und Kanälen, gekennzeichnet dadurch, daß vier Elektroden in einer Achse in einer Wandung aus elektrisch nicht leitendem Material durch die Wandung durchgehend angeordnet sind, an den der Gülleflüssigkeit abgewandten Enden der Elektroden die Meßleitungsanschlüsse angebracht sind, die äußeren Elektroden an eine konstante Wechselspannungsquelle und die inneren Elektroden mit einem Meßverstärker verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektroden aus Chrom-Nickel-Stahl und die Wandung aus Hart-Polyvinylchlorid bestehen.

4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektroden in einem Rohrabschnitt angeordnet sind, der in bekannter Weise mit Flansch- oder Muffenverbindung in eine Rohrleitung eingebunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektroden in einem stabförmigen Hohlkörper angeordnet sind, wobei die Mcßleitungen innenliegend verlegt und gülleflüssigkeitsdicht mit Harzen vergossen sind.